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.

¿Qué es la computación en la niebla?

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).

Nota

El límite de la red suele denominarse comúnmente edge (borde). Un aparato situado en el borde de la red, como un sensor en una planta industrial, se llama entonces edge device (dispositivos en el borde de la red).

El término comercial de fog computing se debe a la multinacional tecnológica norteamericana Cisco, uno de los fabricantes líder en soluciones de red, y nace de una afortunada metáfora: hablar de una acumulación de gotas minúsculas de agua como niebla (fog) o como nubes (clouds) depende solo de la altura en que se da el fenómeno. Trasladando esta idea a una infraestructura de TI, la computación en la niebla acercaría el procesamiento de los datos al nivel del suelo. Esto se realiza con los llamados fog nodes, nodos de procesamiento previos a la nube que actúan de instancia mediadora entre la nube y los distintos dispositivos de IoT.

El objetivo de la computación en la niebla, también llamada fogging, es acortar las vías de comunicación entre la nube y los dispositivos y reducir el caudal de datos en redes externas. Los nodos cumplirían así un papel de capa intermedia en la red en la que se decide qué datos se procesan localmente y cuáles se envían a la nube o a un centro de datos para ser analizados o procesados.

El gráfico siguiente presenta esquemáticamente las tres capas (layer) de una infraestructura de computación en la niebla:

  • Edge layer: la capa del borde comprende a todos los dispositivos inteligentes (dispositivos en el borde de la red) de una arquitectura de IoT. Los datos que se generan en esta capa se procesan en el mismo terminal o se envían a un servidor (nodo fog) en la capa niebla.
     
  • Fog layer: la capa en la niebla está compuesta por una serie de servidores de gran rendimiento que reciben los datos de la primera capa, los preparan y los envían a la nube si es menester.
     
  • Cloud layer: la capa en la nube constituye el punto final de una arquitectura de fog computing.

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.

Nota

El OpenFog Consortium se funda en 2015 como alianza entre la industria y la ciencia de la mano de las empresas Cisco Systems, Intel, Microsoft, Dell, ARM Holdings y la Universidad de Princeton. La iniciativa aspira a estandarizar la tecnología de computación en la niebla y está compuesta en la actualidad por 57 empresas de alta tecnología e instituciones académicas.

Para proteger tu privacidad, el vídeo se cargará tras hacer clic.

Diferencias con la computación en la nube

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.

Diferencias con la computación en el borde de la red

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.

Fog computing en la práctica

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.

Las ventajas y los inconvenientes del fog computing

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

Ventajas Inconvenientes
✔ Menos tráfico: la computación en la nube reduce el tráfico entre los dispositivos IoT y la nube. ✘ Costes superiores de hardware: para que los datos puedan procesarse localmente y los aparatos comunicarse entre sí ha de añadirse una unidad adicional de procesamiento a los dispositivos IoT.
✔ Ahorro de costes en el uso de redes externas: la velocidad de carga en la nube es un servicio que los operadores de red no regalan, pero que puede ahorrarse con la computación en la niebla. ✘ Escasa protección ante caídas o abusos: las empresas que apuestan por el fog computing han de equipar a los aparatos IoT y a los sensores con controladores difíciles de proteger en el borde de la red (en una planta industrial, p. ej.).
✔ Disponibilidad offline: los dispositivos de IoT en una arquitectura de fog computing también están disponibles offline. ✘ Necesidad creciente de mantenimiento: el procesamiento descentralizado de los datos va ligado a un esfuerzo mayor de mantenimiento, porque los controladores y la memoria están distribuidos por toda la red y, a diferencia de las soluciones en la nube, no pueden administrarse o mantenerse centralmente.
✔ Menor latencia: la computación en la niebla acorta las vías de comunicación, acelerando así los procesos automatizados de análisis y decisión. ✘ Mayores requisitos a la seguridad de red: la computación en la nube es vulnerable a ataques man in the middle.
✔ Seguridad de los datos: en el fogging, el preprocesamiento de los datos tiene lugar en la red local. Esto permite que los datos sensibles permanezcan en la empresa o que puedan cifrarse o anonimizarse antes de subirlos a la nube.  

Fog computing en el futuro: la telefonía 5G en la niebla

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.

Nota

Un hop o salto es el nombre que se da al camino que recorre un paquete de datos de un nodo a otro en la red. Cuantos más nodos ha de pasar un paquete (hop count), mayor será el desfase (latencia) en la transmisión de los datos.

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.


¡No te vayas! ¡Tenemos algo para ti!
Consigue tu dominio .es un año gratis.

Introduce el dominio que deseas en la barra de búsqueda para comprobar su disponibilidad.
12 meses desde 0€/año IVA incl.
después 12,10 €/año IVA incl.