Giới thiệu Fog Computing và ứng dụng trong Hệ sinh thái IoT

Trương Đức Nam

1372

26-01-2018

Fog Computing là gì? Có thể nói điện toán sương mù ( IoT) được biết đến là khái niệm mở rộng hơn so với điện toán đám mây. Để hiểu được những thông tin về Fog Computing cùng Bizfly Cloud tìm hiểu ngay tại bài viết này nhé.  

Giới thiệu Fog Computing là gì và ứng dụng trong Hệ sinh thái IoT 

Cloud Computing không còn là khái niệm xa lạ đối với tất cả mọi người, đặc biệt khi thế giới đang tiến dần đến Công nghiệp 4.0. Công nghiệp 4.0 là xu hướng tự động hóa, thông minh hóa máy móc, thiết bị bằng cách cho phép chúng giao tiếp với nhau và với con người, từ đó giúp tạo ra các nhà máy thông minh. 

Công nghiệp 4.0 sẽ tận dụng tối đa khả năng thu thập và phân tích dữ liệu của Cloud coumputing để quản lý từ xa, lưu trữ tập trung, giảm downtime do bảo trì, đưa ra dự đoán dựa trên tập dữ liệu đã thu thập,... 

Công nghiệp 4.0 sẽ tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ nhất là khi các ứng dụng IoT đang gia tăng rất nhanh trong những năm gần đây. Điều đó khiến việc ứng dụng cloud computing trong công nghiệp bộc lộ một số hạn chế như:

- Luôn phụ thuộc vào Internet và nhà cung cấp dịch vụ đám mây

- Không tận dụng được tài nguyên tại chỗ của các edge device (thiết bị biên) như Router, IoT Gateway

- Lượng dữ liệu cực lớn được đẩy lên Cloud, khiến độ trễ cao cả về tính toán lẫn thời gian truyền thông tin.

- Có thể gây quá tải băng thông mạng

Khái niệm Fog Computing được đưa ra để giải quyết những hạn chế trên bằng cách cung cấp một kiến trúc phân tán, vận hành như một phần mở rộng của Cloud computing. Ở Fog Computing, các edge device sẽ phối hợp với nhau và với dịch vụ cloud để quản lý, cấu hình và điều khiển tại chỗ một số lượng lớn end device (thiết bị đầu cuối).

Tác động của Fog Computing lên các giải pháp IoT

Fog Computing ra đời để mở rộng chứ không phải để thay thế Cloud Computing. Sử dụng Fog Computing vào các ứng dụng IoT hiện có sẽ mang lại các lợi thế sau:

- Giảm sự phụ thuộc vào dịch vụ bên ngoài: Fog computing cho phép giải pháp IoT của người dùng kiểm soát và quản trị edge device của họ tại chỗ mà không phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ Cloud Computing.

- Các edge node và IoT gateway sẽ hình thành mạng lưới điện toán phân tán (distributed networks) có khả năng lưu trữ dữ liệu tạm thời và ra quyết định tại chỗ. Vì vậy, ngay cả khi không có dịch vụ Cloud Computing hoặc dịch vụ bị gián đoạn, ứng dụng IoT vẫn có thể hoạt động dù có thể gặp một vài hạn chế.

- Tối ưu sử dụng băng thông mạng. Trong Fog Computing, các edge node device sẽ xử lí dữ liệu thô thu được từ end device và định kì gửi dữ liệu đã qua xử lí lên các máy chủ hoặc dịch vụ Cloud Comuting để lưu trữ hoặc thực hiện các xử lí khác. Do đó băng thông mạng được sử dụng hiệu quả hơn.

- Vận hành theo thời gian thực và độ trễ thấp. Fog Computing đảm bảo các dữ liệu quan trọng luôn được xử lí tại chỗ mà không cần sự can thiệp của máy chủ. Do đó độ trễ tính toán thấp và đảm bảo được các yêu cầu về thời gian trong các hệ thống thời gian thực.

- Tối ưu sử dụng tài nguyên của các edge node. Các edge device được thiết kế và tính toán cấu hình vừa đủ để giải quyết bài toán cụ thể trong ứng dụng IoT nên hạn chế được sự lãng phí tài nguyên và tối ưu băng thông mạng.

Fog Computing có để đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực sau:

Chiếu sáng thông minh

Ngành công nghiệp chiếu sáng đang trải qua một cuộc cách mạng khi chuyển từ điều khiển chiếu sáng có dây sang không dây. Các edge node cho phép nhà sản xuất thiết bị chiếu sáng cung cấp giải pháp hoàn chỉnh và độc lập với các dịch vụ cloud với các tính năng:

- Điều khiển, giám sát, quản lí tại chỗ các thiết bị chiếu sáng đầu cuối

- Sử dụng dữ liệu thu được tại chỗ kết hợp với thời gian mặt trời mọc/lặn để tính toán và lập lịch bật/tắt đèn.

- Báo cáo mức tiêu hao năng lượng một cách chi tiết đối với từng thiết bị.

Năng lượng thông minh

Sử dụng năng lượng hiệu quả là mối quan tâm hàng đầu trong các ngành công nghiệp nhằm bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và giảm chi phí năng lượng. Trong ngành công nghiệp sản xuất năng lượng, thiết bị đầu cuối sử dụng trong các tổ hợp phát điện hoặc mạng lưới phân phối điện, khi đốt, nước… cũng cần được giám sát liên tục. Kết hợp fog computing với các giải pháp IoT có thể đạt được kết quả sau:

- Theo dõi và phát hiện sự cố theo thời gian thực với độ trễ thấp

- Xác định chính xác khu vực có sự cố

- Phân tích dữ liệu ngay tại edge node

- Phân tích nhu cầu năng lượng bằng cách sử dụng tương tác Machine to Machine (M2M)

- Chuyển mạch phân phối năng lượng tự động dựa trên nhu cầu đã được phân tích

Nông nghiệp thông minh

Với sự gia tăng mạnh mẽ của các thiết bị hỗ trợ IoT và lợi ích mà chúng mang lại, Nông nghiệp thông minh trở thành lĩnh vực thích hợp cho các nhà cung cấp dịch vụ đám mây IoT. Người nông dân sẽ chuyển dần sang sử dụng các phương pháp canh tác thông minh và tạo tạo ra lượng dữ liệu lớn từ các cảm biến đặt trong đất, nước, không khí như cảm biến độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ khoáng chất, ánh sáng môi trường,… 

(Ảnh: AdvancedTech.com)

Kết hợp Fog Computing với IoT có thể giúp nhà nông:

- Tính toán thời điểm thu hoạch lí tưởng

- Mở rộng phạm vi cung cấp giải pháp đến các vùng chưa có kết nối internet

- Phân tích sức khỏe cây trồng tại chỗ

- Theo dõi, phân tích sức khỏe vật nuôi trong trang trại

Giao thông thông minh

Kết hợp các mạng Fog Computing với nhau có thể mang lại nhiều lợi ích cho ngành giao thông vận tải:

- Dựa trên phân tích lưu lượng giao thông, các edge node có thể tự quản lý hệ thống đèn tín hiệu theo thời gian thực.

- Điều khiển chiếu sáng đường phố dựa theo thời gian, mùa và tình hình thời tiết.

- Báo cáo lưu lượng giao thông theo thời gian thực và hỗ trợ chỉ đường để chống tắc nghẽn

- Kết nối với các phương tiện để thu thập số liệu và đưa ra các đề xuất cần thiết.

Tương lai của Fog Computing

Như đã đề cập, Fog Computing dùng để mở rộng và khắc phục một số hạn chế của Cloud Computing chứ không phải để thay thế nó.

Trong tương lai, Fog Computing có thể tận dụng sức mạnh của machine learning và trí tuệ nhân tạo bằng cách sử dụng khả năng tính toán của các edge node tại chỗ và cung cấp kết quả phân tích cho người dùng. 

Sự kết hợp của Fog Computing và Cloud Computing sẽ tạo ra mô mình điện toán lai (Hybid Computing), trong đó các edge node sẽ đảm nhận việc phân tích dữ liệu thời gian thực, còn Cloud sẽ lưu trữ các dữ liệu này để phục vụ các tính toán khác. Với mô hình Hybrid Computing, các ứng dụng IoT có thể giải quyết được vấn đề thời gian thực và vẫn tránh được các nút thắt của Cloud Computing.

Theo Bizfly Cloud tổng hợp

>> Tham khảo thêm: Cài đặt và vận hành công cụ Monitor Network Smokeping