Fog computing: nuevo paradigma para las nubes del IoT

El Internet de la coasas (IoT) está cambiando el paisaje tecnológico a lo largo y ancho del mundo aunque, más que la interconexión universal de aparatos, es la llamada smart factory la que está situando a la infraestructura en la nube tal y como la conocemos ante importantes retos. En el marco de lo que muchos ya denominan la Cuarta Revolución Industrial o la Industria 4.0, el Internet de las cosas ocupará un lugar central como la tecnología clave que la hará posible. Hoy por hoy la infraestructura necesaria solo está disponible en el espacio urbano. Las empresas localizadas en un entorno rural carecen del acceso a redes de gran potencia. El problema inmediato es que si se lleva el concepto de la fábrica inteligente a sus últimas consecuencias, una planta industrial completamente conectada podría generar diariamente varios centenares de gigabytes, volúmenes enormes de información que con la tecnología de hoy día no podrían procesarse ni en la nube ni de forma centralizada.

La novedosa computación en la niebla (fog computing o fog networking) propone posibles soluciones a la problemática que acompaña a la implantación total de la IoT.

Fog computing es el nombre de una tecnología cloud por la cual los datos que generan los dispositivos no se cargan directamente en la nube, sino que se preparan primero en centros de datos descentralizados más pequeños. El concepto engloba a una red que se extiende desde sus propios límites, que es donde los terminales generan los datos, hasta el destino central de los datos en la nube pública o en un centro de datos privado (nube privada).

El OpenFog Consortium, que reúne a algunas de las empresas más innovadoras del sector con el objetivo de desarrollar un marco común de desarrollo de la tecnología, está trabajando en una arquitectura de referencia para sistemas de fog computing.

La computación en la niebla se diferencia de la tecnología cloud, sobre todo, por el lugar donde se accede a los recursos y se procesan los datos. La computación en la nube suele basarse en centros de datos centralizados. Aquí, los servidores en el backend son los que suministran recursos como la potencia de procesamiento y la memoria, que utilizan los clientes a través de la red. La comunicación tiene lugar entre dos o más terminales siempre mediante un servidor en un segundo plano.

Con conceptos como el de la fábrica inteligente esta arquitectura topa con sus limitaciones, puesto que en ella hay un gran número de dispositivos que están intercambiando datos constantemente. Apoyándose en el procesamiento de los datos cerca de la fuente, la computación en la niebla logra reducir el tráfico de datos.

Pero la computación en la nube no solo se ve saturada por el tráfico de datos que generan las grandes infraestructuras de IoT, sino también por la latencia, porque el procesamiento centralizado de los datos implica depender de las rutas de transferencia y esto ocasiona siempre cierto desfase. Los dispositivos y los sensores han de estar siempre en contacto con el servidor en el centro de datos para poder comunicarse y esperar tanto el tratamiento externo de la petición como la propia respuesta, de modo que este tiempo de latencia se convierte en un problema en procesos de fabricación apoyados en IoT que necesitan el procesamiento inmediato de la información para que las máquinas puedan reaccionar inmediatamente a cualquier incidente.

La computación en el borde de la red o edge computing propone una posible solución a este problema. Según este concepto, los datos no solo se procesan descentralizados, sino en el mismo dispositivo y por eso al “borde” de la red. Para ello es necesario equipar a cada aparato inteligente con un microcontrolador propio que permita procesar los datos pero también comunicarse con otros aparatos y sensores en el Internet de las cosas.

El IoT de hoy no puede compararse con el de mañana. Según un estudio publicado por Cisco, el Internet de las cosas ya conectará en 2020 alrededor de 50 mil millones de dispositivos en todo el mundo que generarán el tráfico de datos correspondiente, que ha de guardarse, analizarse y prepararse para su procesamiento.

La fábrica inteligente no es ni de lejos el único campo de aplicación en que la computación en la niebla puede aportar sus ventajas descongestionantes. Otros proyectos futuristas, como los connected cars (semiautónomos o completamente autónomos) o la ciudad inteligente, enhebrada por redes inteligentes de suministro, también necesitan que los datos se analicen en el momento, algo que, hoy por hoy, con la tecnología cloud que conocemos, no es viable. Un coche inteligente, por ejemplo, está constantemente recogiendo datos sobre el entorno, las condiciones de conducción y la situación del tráfico que se han de evaluar sin latencia para que pueda reaccionar ante cualquier imprevisto de la forma correcta. La computación en la niebla permitiría procesar los datos del vehículo tanto en el automóvil mismo como en el proveedor del servicio.

La computación en la niebla propone soluciones para diversos problemas propios de las infraestructuras de TI basadas en la nube. A primera vista son conceptos que prometen acortar las vías de transferencia y limitan la carga en la nube a un mínimo. Pese a todo, el procesamiento descentralizado en el borde de la red también conlleva desventajas que resultan sobre todo del trabajo que requiere mantener y administrar un sistema distribuido.

Tabla: Pros y contras de una arquitectura de fog computing

Se prevé que hasta 2020 se implantará en toda Europa el nuevo estándar de telefonía 5G con una velocidad de descarga de hasta 10 gigabits por segundo. Los expertos cuentan con un crecimiento exorbitante de los datos, sobre todo en el terreno profesional. Con el estándar 5G aumentan enormemente tanto el ancho de banda como la velocidad de la transferencia móvil de datos y se abren posibilidades de aplicación completamente nuevas en la industria y el sector servicios. 5G promete, además, una latencia en el rango de los submilisegundos. Pero la tecnología actual no permite aprovechar todas las ventajas de este nuevo estándar de telefonía, entre otras cosas debido al número de hops (saltos) que un paquete de datos ha de recorrer desde la fuente al destino en la nube. En ámbitos que requieren el procesamiento inmediato de los datos, su envío a la nube se revela poco práctico.

Es aquí donde la computación en la niebla puede cualificarse como propuesta para hacer posible el uso del 5G para la industria. Una red de fog computing traslada la capacidad de procesamiento y de memoria al borde de la red, de forma que los datos generados por las aplicaciones pueden evaluarse localmente, seleccionarse y agregarse a la nube. Esto garantizaría que las respuestas importantes, como la orden de apagado de emergencia de una planta de fabricación, pueda emitirse en tiempo real. En la nube solo se depositarían los datos que o bien son demasiado complejos para evaluarse localmente o requieren un análisis más elaborado, como los que señalarían la necesidad de una reparación futura.