Colin Anderson / Getty Images
Судя по всему, российские элиты продолжают искать пути, чтобы разрушить сырьевое проклятие страны. Недавно к списку передовых технологий, которые собираются продвигать в стране, – квантовой телепортации , высокоскоростному трубопроводу Hyperloop и блокчейну , – добавилось новое направление с не менее интригующим названием: президент Владимир Путин поручил проработать вопрос о развитии в стране технологии «туманных вычислений» (fog computing). Slon Magazine разобрался, что в реальности стоит за этими словами.
Что такое туманные вычисления?
Это модель, в которой для хранения данных, их анализа и принятия решений используются ресурсы устройств, работающих «на земле» (персональных компьютеров, гаджетов, бытовых приборов, дронов, видеокамер и так далее), а не центральных узлов сети.
Проще понять смысл термина, отталкиваясь от понятия «облако», с которым уже многие знакомы. В облачной модели основные функции выполняют централизованные дата-центры, которые собирают данные с крайних узлов сети и находят им дальнейшее применение. Облака, содержащие миллионы терабайт информации, есть у всех IT-гигантов: Apple, Google, Intel и других. В облачной модели многое зависит от пропускной способности каналов, по которым идет обмен информацией между облаком и периферией. По замыслу авторов идеи туманных вычислений, передача значительной части этой работы «на места» позволит увеличить скорость принятия решений. Централизованное «облако» и децентрализованный «туман» не исключают друг друга, а скорее взаимодополняют.
Где можно использовать модель?
Туманные решения лучше всего пригодны для интернета вещей – сети, в которой различные устройства взаимодействуют друг с другом и окружающей средой на основе определенных правил (давно не было дождя – поливается грядка) или по команде человека. Если удастся добиться успешного воплощения модели в жизнь, она будет наиболее эффективна в сферах, где критически важна оперативность реагирования и безопасность: в медицине, электроэнергетике, автомобилестроении и так далее. Следом предположительно последуют отрасли, где оперативность будет не так сильно важна, однако дополнительная автоматизация может увеличить эффективность процессов.
01 июля 2016
«Коммерсант» узнал о новом поручении президента: профильные ведомства и «Ростелеком» должны заняться подготовкой инфраструктуры «туманных вычислений». Разбираемся, что такое «туманные вычисления», и какая инфраструктура им необходима.
Что случилось?
Администрация президента РФ поручила Минкомсвязи, Минпромторгу, «Ростелекому» и Агентству стратегических инициатив заняться подготовкой инфраструктуры «туманных вычислений» (буквальный перевод от англ. «fog computing»). Об этом сообщает «Коммерсант» со ссылкой на собственные источники в правительстве.
По данным источника издания, инициатива работы в этой сфере идет от «Ростелекома» и АСИ. Идея Fog computing принадлежит Cisco Systems.
Что такое Fog Computing? Коротко
Это название целого комплекса технологий, похожих на облачные, но ближе к «земле». Fog Computing – необходимое условие для внедрения интернета вещей.
«Туманные» – потому что обработка информации от устройств происходит не в Центре обработки данных (облаке), а в вычислительных центрах (каплях), которые находятся на «границах инфраструктуры», то есть максимально близко к устройству.
Архитектура Fog Computing расширяет облачные технологии до физического «мира вещей». Fog Computing позволяет сместить вычислительные, сетевые функции хранения информации на границу инфраструктуры.
Двумя параграфами ниже менеджер Cisco по развитию новых технологий Игорь Гиркин объясняет на пальцах, что такое «туманные вычисления».
Что значит, «подготовить инфраструктуру»?
Вот, что пишет по этому поводу «Коммерсант»:
«Поручено проработать внедрение "туманных вычислений" в экономику России, а также создание программно-аппаратных комплексов, необходимых для работы инфраструктуры "туманных вычислений"» , – цитирует «Коммерсант» неназванный источник.
Представить результаты выполнения поручения необходимо в октябре. Министерства уже начали консультации с компаниями, которые занимаются интернетом вещей и знакомы с технологиями «туманных вычислений».
Зачем России Fog Computing?
«Туманные вычисления» необходимы для дальнейшего развития «интернета вещей», объем рынка которого уже к 2020 году вырастет почти в три раза и, согласно прогнозу IDC, превысит $7 млрд.
Агентство стратегических инициатив занимается, в частности, определением перспективных рынков, в которых отечественные компании могли бы занять существенную нишу. Вероятно, АСИ увидело в новой технологии потенциал. Что радует.
В ноябре 2015 года Cisco, Microsoft, Dell, ARM, Intel и Princeton University основали OpenFog Consortsium для создания открытой архитектуры, которая обеспечит масштабируемость и совместимость различных устройств.
Игорь Гиркин
менеджер Cisco по развитию новых технологий
Выдержки из выступления на конференции Connected Russia
«Число подключенных к интернету устройств растет, и возникает проблема как быстро и надежно подключать не только новые устройства, но и наследуемую базу. Загляните к себе в шкаф под умывальником, там стоят счетчики. Они не IP, и об IP ничего не знают. Тем не менее, там есть проводочки, к коим их можно подключить. Все это хозяйство нужно подсоединять. Для чего? По разным причинам. Это, конечно, и монетизация услуг, и удобство.
Если мы повесим, допустим, на пожилого человека датчик, и он какое-то время не будет срабатывать – это еще ничего не значит. Может, человек сидит и книжку читает. Нужны дополнительные датчики, информация с датчиков должна соотноситься тут же – либо в квартире, либо в доме, – и должно приниматься решение – действительно человек лежит обездвижен, уже не дышит, либо просто сидит».
Традиционная для сегодняшнего дня система связи выглядит так: есть клиентское устройство, и есть ЦОД. Пока до ЦОДа данные дойдут, они могут устареть. В некоторых случаях задержка не имеет значения, а иногда может стать критичной.
«Понятно, что если собачка бегает с ошейником, который передает информацию о ее местонахождении и о том, бьется ее сердце или нет, хозяин, если он сидит далеко от собачки, будет получать информацию из ЦОДа. Но если речь идет о межмашинном взаимодействии в современном его понимании, то желательно, чтобы устройство было подключено как можно ближе к интеллектуальным узлам с распределенным вычислением».
Контроллеры известны давно, но они не обеспечивают сетевого взаимодействия, а значит, не могут принимать максимально адекватные и эффективные решения. Кроме того, так называемые наследуемые устройства вообще непонятно как подключать к сети. Разные компании разрабатывают разные устройства, но стараются делать их максимально стандартизированными.
«Концепция туманных вычислений не только подразумевает перенос интеллекта ближе к конечному устройству, но и позволяет подключить это конечное устройство любыми интерфейсами. Люди сами могут разработать интерфейсы, сами могут наделить эти интерфейсы нужными инструментами благодаря виртуализации, и подключить устройство в сеть. Сделать IoT – интернет вещей».
Примеры применения Fog computing компанией Cisco
УДК: 004.45
ББК: 32.97-018.2
Саламатов И.А.
ЛОКАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБЛАЧНО-ТУМАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
SIMPLIFICATION OF DATA LOCALIZATION THROUGH THE USE OF CLOUD-FOG TECHNOLOGY
Ключевые слова: сетевые технологии, облачные технологии, туманные технологии, большие данные, ЦОД 1, Интернет вещей.
Keywords: network technologies, cloud computing, fog computing, big data, data center, IoT
Аннотация: в статье рассмотрены вопросы использования облачных технологий, а также новый тип сетевых технологий - туманные вычисления. Приводятся некоторые отличительные особенности вычислительного «облака» от вычислительного «тумана». Конкретизируется необходимость туманных вычислений.
Abstract: in the article the questions of use of cloud technologies, as well as a new type of network technologies - Fog Computing. Provides some features of the «cloud» Computing and «Fog» Computing. Concretized necessity of Fog Computing.
На данный момент существует огромное количество разнообразных передаваемых и хранимых в электронном виде данных, и количество это растет из года в год. Поэтому часто возникает проблема доступа к ним в любое время, в любом месте и с любых доступных пользователю устройств (ПК, планшеты, смартфоны).
По прогнозам компании Cisco, к 2015 году количество сетевых устройств может превысить 15 млрд., т.е. вдвое превысит население нашей планеты. При этом в период с 2014 по 2015 гг. рост трафика составит 200 эксабайт3, что больше общемирового объема трафика в 2010 году. Таким образом, объем трафика вплотную приблизится к 1 зеттабайту (зеттабайт равен 1 триллиону гигабайт или 1 секстиллиону байт). По мнению Cisco, главными локомотивами такого роста стали следующие факторы:
1. Рост количества сетевых устройств. Распространение планшетных компьютеров, мобильных телефонов, подключенных устройств и других «умных» машин повышает спрос на сетевые соединения. В результате, как уже говорилось, к 2015 году в мире будет фиксироваться почти 15 млрд. сетевых соединений (включая соединения типа «машина-машина»), то есть по два соединения на каждого жителя Земли.
2. Рост числа интернет-пользова-телей. К 2015 году в мире будет около 3 млрд. интернет-пользователей, что составит более 40 процентов населения нашей планеты.
3. Рост скорости передачи данных в широкополосных каналах. Средняя скорость фиксированных широкополосных каналов увеличится вчетверо - с 7 Мбит/с в 2010 году до 28 Мбит/с в 2015 году. В прошлом году этот показатель вырос вдвое - с 3,5 до 7 Мбит/с.
Данные сегодня чрезвычайно распределены, они доставляются непрерывно, в больших объёмах к огромному количеству пользователей всевозможных устройств, поэтому поиск эффективной технологии доступа, хранения и предоставления данных
1 Центр обработки данных - это сложный комплекс, включающий в себя вычислительные мощности, элементы ИТ - инфраструктуры, строительных и инженерных систем, основными функциями которого являются хранение, обработка и передача информации.
2 Internet of Things - концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.
3 Эксабайт - единица измерения количества информации, равная 1018 или 260 байтам.
актуален. Например, чтобы сделать облачную модель эффективной, бизнесу необходимо научиться доставлять контент своим пользователям через географически распределённую платформу, а не через облако, находящееся физически в одном только месте. Задача туманных вычислений состоит в том, чтобы распределить данные и сделать их фактически ближе к пользователю, оптимизировать сетевые задержки и всевозможные препятствия, связанные с передачей данных. А это означает, что будущее облаков лежит в области уже известной идеи Internet of Everything, которую рассмотрел Михаил Ваннах в своём материале «Через «интернет вещей» к «интернету всего».
В сфере облачных технологий и ЦОД всё большую популярность набирает новое направление, получившее название «туманные технологии» (Fog Computing). Это направление вычислений решает задачу объединения сервисов, нагрузки, приложений, больших объёмов данных в сетях нового поколения.
Туманные вычисления - это «платформа с высоким уровнем виртуализации, предоставляющая вычислительные службы, службы хранения информации, а также сетевые службы между оконечными устройствами и центрами облачных вычислений, не обязательно расположенных на крайних уровнях сети» (из статьи CISCO «Fog Computing and its role in the internet of things»).
Из рисунка 1 видно, что «туман», это «облако», расположенное возле земли (физического мира).
Рисунок 1 - Сравнение облачных вычислений и туманных вычислений
И если облачные вычисления не имеют дела с физическими величинами и физическими действиями непосредственно, то «туман», наоборот, не только контактирует с физическим миром, но и имеет пространственную привязанность (знание расположения имеет смысл). Каждая составляющая («капля») «тумана» является самостоятельным вычислителем, обладающим вычислительной мощностью (часто довольно малой), имеет свой адрес, является сенсором и (или) актуатором (обладает набором действий).
Парадигма туманных вычислений отличается от вычислительного «тумана» по целому ряду параметров:
1. Крайнее положение, осведомлённость о своей позиции и малые задержки в сети. К сожалению, проблема больших задержек в сети неразрешима для существующих радиостандартов, кроме семейства протоколов IEEE 802.11 (Wi-Fi).
2. Географическое распределение компонентов. Модель распределения сервисов в Fog Computing менее централизована, чем для облаков, а отдельные устройства могут быть связаны между собой потоками данных и предоставлять друг другу «тяжелые» сервисы.
Географическая распределённость достижима современными протоколами для беспроводных сенсорных сетей за счёт включённых в них протоколов ретрансляции.
3. Большой объем внешних данных. Устройства, экипированные многочисленными сенсорами, могут в реальном времени генерировать гигантские объемы данных. Сложная топология. Миллионы географически распределенных узлов могут создавать разнообразные и не детерминированные заранее связи.
4. Мобильность и гетерогенность. Мобильность устройств потребует использования альтернативных протоколов, например LISP.
5. Распределение вычислительной мощности и реальное время. Значительные вычислительные ресурсы могут быть размещены на периферии Сети, причем не должно быть зависимости от координат того места, где находится устройство, и при этом работа в режиме реального времени предполагает низкий уровень задержек при обмене данными, к тому же в Fog Computing может произойти конвергенция двух существовавших долгое время автономно друг от друга систем - управления бизнесом и технологическими системами.
6. Существенно упростится эксплуатация и администрирование мобильных устройств - сейчас их количество и нагрузка на них стремительно растёт, а туман позволяет существенно ускорить поставку нужных данных на смартфоны и вести при этом тотальный контроль за их работой и, например, определять местоположение сотрудника в корпоративном тумане с любой точностью.
7. Взаимодействие с другими типами сетей и их объединение. За счёт использование мостов беспроводные сенсорные сети хорошо объединяются, но из-за отсутствия единого стандарта протоколов сети, данная функция на настоящий момент не используется полностью.
8. Поддержка вычислений на узлах и взаимодействие с облаком. На данный момент есть определённые трудности с унификацией распределённых вычислений на узлах и их взаимодействием с облаком.
Для того, чтобы понять полезность и обосновать необходимость туманных вычислений, попытаемся различить в этом тумане способы использования Fog Computing.
С помощь туманных вычислений как системы можно, условно говоря, сделать данные ближе к пользователю, причём даже в географическом смысле. Постоянный оборот информации в мире вынуждает провайдеров создавать все новые технологии их локального хранения и кеширования. «Капли» позволяют разместить данные рядом с пользователем, вместо того чтобы хранить на значительном географическом отдалении в дата-центре. Это позволяет избежать всевозможных задержек в передаче информации конечному пользователю.
Посредством туманной технологии можно также создать географически плотное распределение вычислений и данных. Туманные вычисления расширяют границы облачных технологий за счёт того, что сеть и данные чрезвычайно рассредоточены. Такая инфраструктура полезна по ряду причин:
Позволяет быстрее и эффективнее анализировать «большие данные»;
сетевые администраторы могут удовлетворить локальные запросы пользователей без выстраивания полной сетевой инфраструктуры, кроме того, распределённые туманные вычисления делают анализ данных в реальном времени более чем осуществимым даже при активном масштабировании инфраструктуры.
Администратор вашей инфраструктуры получает доступ к данным о том, откуда и как пользователи получают информацию, насколько быстро это происходит. Это помогает не только улучшить взаимодействие с клиентом, но и сделать его более безопасным. Контролируя данные сразу на всех узловых точках, туманные вычисления позволяют превратить ваш ЦОД в распределённую облачную платформу для конечных пользователей.
Туманные вычисления, по мнению экспертов, должны на самом деле предоставить пользователям данные, сервисы, память и мощности для вычислений распределённо. На
сегодняшний день для данных характерна высокая распределённость. Они непрерывно поступают, в огромных объёмах, значительному числу пользователей, которые применяют для получения данных самые разные устройства: и стационарные, и мобильные.
Чтобы данная модель работала эффективно, нужно создать такую платформу, которая будет иметь географическую распределённость, а не хранить данные в облаке, которое находится на вполне конкретной территории. Для этого и нужны туманные вычисления, распределяющие данные таким образом, чтобы они были максимально приближены к пользователю, который не будет больше сталкиваться с задержками, возникающими в сети, и другими препятствиями.
Эту технологию сближает с таким атмосферным явлением, как туман, концепция капли. Под каплей подразумевается чип микроконтроллера, в который встраиваются память и интерфейс, предназначенные для передачи данных. Он совмещён с другим чипом типа Mesh, который передаёт информацию по беспроводной связи.
Чип получает энергию от аккумулятора, заряда которого должно хватить на несколько лет непрерывной работы. К нему можно подключать различные датчики, позволяющие определить такие параметры, как положение в пространстве, температура, свет, излучение, напряжение.
Этот чип-капля - база туманных вычислений, позволяющая создавать распределённую сеть, которая охватит планету.
Для чего нужны туманные вычисления:
1. Делают данные ближе к пользователю во всех отношениях, в том числе и географическом.
2. Сегодня провайдерам приходится создавать технологии, позволяющие сохранять их локально и кешировать. Чипы позволят размещать данные в непосредственной близости от пользователя, что ускорит передачу информации.
3. Благодаря этой технологии будет создано плотное распределение по географическому признаку. Поэтому туманные вычисления позволят расширить границы использования облачных технологий.
4. Повысится качество взаимодействия с мобильными пользователями. Туманные вычисления будут контролировать данные на всех основных направлениях, что превратит Центр обмена данными в облачную платформу, которой будут пользоваться конечные потребители.
5. Данную концепцию нельзя назвать теоретическим концептом, то есть её вполне можно внедрить, что и делают некоторые компании, которым необходимо ежедневно доставлять пользователям сложный контент, имеющий значительные объёмы.
Заключение. Не стоит думать, что туманные вычисления заменят облачные, так как эта технология всего лишь развивает существующую концепцию облачных вычислений. Чипы-капли необходимы для изоляции данных в облаке и сохранения их в непосредственной близости от пользователя.
Облачные технологии, совмещённые с туманными вычислениями, скажутся позитивно на экономике коммерческих предприятий за счёт того, что передаваемые данные будут локализованы и распределены.
Все специалисты отмечают очень высокую защищённость туманной системы - из-за сложного процесса распределённой обработки разбитых на кусочки данных огромным количеством узлов.
По большому счету, Туманный компьютинг - это последняя промежуточная стадия между облачными вычислениями и «Интернетом вещей», или даже «Интернетом Всего» (Internet of Everything).
При этом надо понимать, что туманные вычисления - вовсе не замена облачной модели как таковой. Напротив, она продолжает идеи и активно развивает саму концепцию облачных вычислений. Благодаря «каплям» можно изолировать данные в облачных системах и хранить их рядом с пользователем. Если принимать во внимание эту деталь, то
появляется понимание того, насколько локализация данных облегчает жизнь тем, кто занимается их распределением. В концепции туманных вычислений облачные технологии многократно усиливают своё позитивное воздействие на экономику предприятия благодаря распределению и локализации данных.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Емельянов, И. «Туманные» вычисления вместо «облачных»: новая концепция распределения данных. URL: http://www.computerra.ru
2. Краснов, С.С., Куралесова, Н.О. Выбор модели нейронной сети для системы принятия решений при управлении сложными техническими устройствами // Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева. - 2013. - №4 (22). - 92-96 с.
3. Князева, Г.В. Исследование проблем технологий Ethernet и ATM при построении локальных вычислительных сетей // Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева. Серия "Информатика". Выпуск семнадцатый. - 2011. - 140-150 с.
4. Скороходов, А.Д. Исследование и разработка методов взаимодействия в интернете вещей: магистерская диссертация. - М., 2013.
5. Трубачев, Е.С. Вопросы обеспечения сетевой безопасности // Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева. - 2012. - №2 (19). - 134-140 с.
6. Бобровский, С. Очередной облачный тренд: Fog Computing. URL: http://www.pcweek.ru
7. Ваннах, М. Через «интернет вещей» к «интернету всего». URL: http://www.computerra.ru/
8. Дворников, А.А. Туманные вычисления и беспроводные сенсорные сети. URL: http://www.hse.ru
9. F. Bonomi, R. Milito, J. Zhu, S. Addepalli - Fog Computing and its role in the internet of things // Proceedings of the first edition of the MCC workshop on Mobile cloud Computing, 2012. С. 13-16.
10. Bufalino, S. Spanghero - M2M in the Cloud: It"s the Right Place. URL: http://www.telit.com
11. T. Clarke. The Fog of law and cloud Computing. URL:http://www.brisbanetimes.com.au
12. C. Karena. Lifting the Fog on cloud adoption. URL: http://www.smh.com.au
13. B. Kleyman. Welcome to Fog Computing: Extending the Cloud to the Edge. URL: http://www.cisco.com
14. На смену облачным вычислениям придут туманные. Электронный ресурс: http://www.ntpo.com
15. Размышления о «туманных вычислениях». Электронный ресурс: http://habrahabr.ru.
Туманные вычисления , относительно новый модный термин, звучащий на английском как fog computing или fogging , обозначает модель, в которой данные, их обработка и приложения концентрируются в устройствах на границе сети, вместо того, чтобы почти полностью находиться в облаке.
Эта концентрация на периферии означает, что данные могут быть обработаны непосредственно на пользовательских смарт-девайсах, а не направляться в облако для обработки. Туманные вычисления являются одним из подходов к реализации требований постоянно растущего числа интернет-устройств, подключенных к Интернет, которые все чаще называют (Internet of Things или IoT).
Согласно сценарию IoT, Вещь (Thing) - это любой натуральный или искусственный предмет, которому может быть присвоен IP-адрес и который обладает возможностью передачи данных по сети. Некоторые такие вещи могут создать большое количество данных. Например, Cisco представляет пример реактивного двигателя, который, по их словам, может создать 10 терабайт данных о своей деятельности и состоянии в течение получаса. Передача всех этих данных в облако и передача результатов обработки этих данных устанавливает соответствующие требования относительно пропускной способности сети, требует значительного количества времени и может страдать от задержки. В туманной вычислительной среде, большая часть обработки будет происходить в маршрутизаторе, вместо того, чтобы передавать весь объем данных в облако.
Fog Computing раздвигает парадигму облачных вычислений к границам сети. В то время как туманные и облачные вычисления используют одни и те же ресурсы (создание сетей, вычисления и хранение данных) и разделяют многие из механизмов и атрибутов (например, та же виртуализация), это расширение нетривиально в том, что существуют какие-то фундаментальные различия, вытекающие из причин, по которым туманные вычисления и были разработаны: обратиться к приложениям и услугам, которые не вписываются в парадигму облака.
Эти приложения и сервисы включают в себя:
- Приложения, которые требуют очень низкой и предсказуемой задержки. Облако освобождает пользователя от многих деталей реализации, в том числе точного знания о том, где происходит обработка и хранение информации. Тем не менее, это свобода от выбора, приемлемая во многих случаях, становится пассивностью, когда значительная степень латентности является неприемлемой (игры, видеоконференции).
- Географически распределенные приложения (мониторинг трубопроводов, сенсорные сети для мониторинга окружающей среды).
- Быстрые мобильные приложения (смарт-устройства в автомобиле).
- Крупномасштабные системы распределенного управления (Smart Grid, системы управления работой светофоров).
Сам термин «туманные вычисления » придумал Джинни Николс (компания Cisco). Метафора исходит из того, что туман - это такое же облако, просто находящееся близко к земле, так же, как туманная вычислительная обработка концентрируется на границе сети. Согласно Cisco, туманные вычисления простирается от края сети до облака в географически распределенной и иерархической организации.
«Cisco Fog Computing» - это зарегистрированное имя, а вот термины «fog computing » или «туманные вычисления » открыты для общества.