Análisis en profundidad

La computación en la niebla (fog computing) en la era de la nube y del Internet de las cosas

Al procesar los datos con recursos informáticos locales, el uso de estas tecnologías permite limitar el enorme tráfico de datos generado, por ejemplo, por los dispositivos IoT, permitiendo así que solo se acceda a la información final y se almacene en centros de datos remotos. Esto reduce los tiempos de respuesta.

20 Dic 2021

Adriano Di Stasi

fog computing

Aunque la introducción de la computación en la nube supuso una revolución en el procesamiento, la disponibilidad y la distribución de los datos, haciéndolos accesibles desde cualquier lugar y liberándolos de la infraestructura física del usuario final, hoy en día están surgiendo nuevas tecnologías para resolver los problemas que pueden surgir debido a los altos volúmenes de tráfico de datos y, en el peor de los casos, a los altos tiempos de latencia de la transmisión. Aquí es donde entran en juego nuevas infraestructuras como el edge computing y el fog computing, que también son valiosos aliados para la gestión diaria del IoT.

¿Qué es la informática de niebla?

Traducido literalmente del inglés, el término “fog” hace referencia a la “niebla”. En informática/tecnología, la computación en la niebla es una infraestructura entre la edge computing y la computación en la nube, esta última muy utilizada a lo largo de los años.

Una de las primeras definiciones afirma que:

“La computación en la niebla es una plataforma altamente virtualizada que proporciona servicios de computación, almacenamiento de datos y red entre los dispositivos finales y los centros de datos tradicionales de la computación en la nube. Todo esto se ofrece normalmente, pero no exclusivamente, en el borde (Edge) de la red”.

La definición de Cisco, en cambio, establece que:

La niebla amplía la nube para estar más cerca de las cosas que producen y actúan sobre los datos del IoT. Estos dispositivos, denominados nodos Fog, pueden desplegarse en cualquier lugar con conexión a la red: en una fábrica, en lo alto de un poste eléctrico, a lo largo de una vía férrea, en un vehículo o en una plataforma petrolífera. Cualquier dispositivo con procesamiento, almacenamiento y conectividad de red puede ser un nodo de niebla.

Entre las más recientes se encuentra la elaboración del profesor Mung Chiang:

“La niebla es una arquitectura que utiliza uno o muchos dispositivos de usuario, o dispositivos situados cerca del usuario en el borde de la red, para realizar una cantidad importante de operaciones de almacenamiento, comunicación y gestión de datos.”

Al procesar los datos con recursos informáticos locales, el uso de estas tecnologías permite limitar el enorme tráfico de datos generado, por ejemplo, por los dispositivos del Internet de las Cosas (IoT), permitiendo así que solo se acceda a la información final y se almacene en centros de datos remotos. De este modo, se reducen los tiempos de respuesta para obtener los datos que se van a utilizar y se solucionan los problemas de latencia debidos a conexiones de Internet inestables o con poco ancho de banda, sobre todo en lugares donde la brecha digital está todavía muy presente.

Los elementos fundamentales en los que se basa esta infraestructura son la disponibilidad de dispositivos inteligentes o servidores de proximidad capaces de procesar datos con rapidez para que los recursos que los habían solicitado puedan continuar con un procesamiento más complejo o disponer de datos en tiempo real. Los resultados obtenidos están entonces listos, a través de los nodos de la computación de niebla, para ser transmitidos a la infraestructura de la nube o disponibles para ser almacenados en sus propios centros de datos.

Fog computing, edge computing, Internet de las cosas (IoT)

La computación en la niebla, a diferencia de la computación en el borde (edge computing), tiene una topología de red más compleja y es capaz de manejar no sólo el rendimiento de procesamiento, sino también: la red, el control y el almacenamiento de datos (archivo) en la nube. La computación de borde es un modelo de computación distribuida que se ocupa de procesar los datos lo más cerca posible de la fuente donde se generan. A menudo se equiparan erróneamente ambas infraestructuras, pero no es así.

Internet de las Cosas se refiere a todos aquellos dispositivos o aparatos inteligentes que están conectados a una red de internet y son capaces de comunicarse entre sí, intercambiando información y procesándola, para ofrecernos una mejor experiencia de uso en nuestra vida diaria. Se definen como objetos inteligentes, y podemos identificar en esta categoría, por ejemplo: dispositivos para gestionar el hogar, electrodomésticos inteligentes e incluso wearables que monitorean nuestras actividades deportivas o nuestros hábitos alimenticios. El mismo concepto puede extenderse a los sensores de las plantas industriales. La característica que tienen en común todos estos objetos es que producen una masa continua de datos que es necesario procesar para que el aparato funcione correctamente y consiga los resultados deseados. De hecho, basta con pensar en el continuo crecimiento de los dispositivos móviles, como se mostró en una presentación en la “2020 IEEE International Conference on Fog Computing – ICFC2020”, que se espera que llegue a más de 10.000 millones de dispositivos en 2022.

Figura 1- Tendencia de crecimiento de los dispositivos móviles a nivel mundial – ICFC2020

Qué hace la informática de niebla

La computación en niebla controla el rendimiento, la latencia y la eficiencia, eligiendo qué gestionar en sus “nodos de niebla” y qué reenviar directamente a la nube, haciendo evaluaciones basadas en el estado de la red. En la práctica, su algoritmo de decisión tiene en cuenta todos aquellos factores que pueden afectar al buen funcionamiento de la red o a posibles congestiones, como son: el ancho de banda del enlace, la capacidad de almacenamiento, la gestión de eventos de fallo o incluso las amenazas de seguridad.

¿Cuáles son las ventajas de la informática de niebla?

A partir de la Arquitectura de Referencia de Open Fog para Fog Computing podemos decir que las arquitecturas Open Fog, con sus nodos Cloud-Fog y Fog-Fog, ofrecen varias ventajas resumidas por la sigla SCALE: Seguridad, Cognición, Agilidad, Latencia y Eficiencia. Pero veamos en detalle de qué estamos hablando y qué puede ofrecer esta infraestructura:

  • Seguridad: Seguridad adicional para garantizar transacciones seguras y fiables.
  • Cognición: Conciencia de los objetivos centrados en el cliente para permitir la autonomía.
  • Agilidad: -innovación rápida y escalabilidad rentable dentro de una infraestructura común
  • Latencia: Procesamiento y control en tiempo real del sistema ciberfísico.
  • Eficiencia: puesta en común dinámica de los recursos locales no utilizados de los dispositivos de los usuarios finales participantes.

En conclusión, los principales beneficios en la red, según las directrices, son: garantizar una mayor seguridad y conciencia, mejorar la agilidad y la eficiencia y reducir la latencia.

Consorcio OpenFog: qué es, qué hace

El Consorcio OpenFog fue fundado en noviembre de 2015 por una agrupación de grandes empresas e instituciones, concretamente: ARM, Cisco, Dell, Intel, Microsoft y la Universidad de Princeton.

El consorcio se creó con el objetivo de definir una arquitectura para hacer frente a los nuevos retos de infraestructura y conectividad, pues ya preveían que la nube por sí sola no podría sostener durante mucho tiempo la velocidad de intercambio de datos esperada y, sobre todo, el volumen de datos generado por el IoT.

Todo lo preparado por el consorcio puede encontrarse en las publicaciones OpenFog Reference Architecture for Fog Computing y en la documentación de los congresos internacionales organizados. La última se celebró en Sydney en abril de 2020.

Ámbito de aplicación

Esta infraestructura se utiliza cada vez más en los sectores del IoT (Internet de las cosas) y del IIoT (Internet industrial de las cosas). En particular, en cualquier sector o recurso que necesite transmitir y procesar datos en tiempo real procedentes de actuadores y sensores de todo tipo, como sensores de presión o flujo o válvulas de control. En estos casos, la rapidez en la disponibilidad de los datos es un elemento fundamental para el correcto funcionamiento de una planta, o de un recurso en general, y para evitar anomalías, fallos y las consiguientes pérdidas económicas importantes.

Otros ejemplos más concretos de la aplicación de esta infraestructura están en la gestión de:

  • Sector del transporte con coches inteligentes y control del tráfico. En este caso, un nodo de niebla está representado por un vehículo que puede ser un coche, un barco, una embarcación, un tren, un camión, un dron, un autobús, etc.
  • Sector de la seguridad y la videovigilancia, con dispositivos instalados en lugares públicos o privados. Sólo hay que tener en cuenta que las cámaras pueden generar una enorme cantidad de datos que hay que procesar, que puede superar el orden de los terabytes por día para cada dispositivo individual, dependiendo de su configuración y de la resolución de captura de la señal de audio/vídeo.
  • Ciudades inteligentes, hogares inteligentes, tiendas, empresas de fabricación o negocios en general. Una vez más, los sensores se utilizan cada vez más para controlar las operaciones diarias y, sobre todo, la seguridad frente a accesos no autorizados. En las ciudades inteligentes, esta tecnología es útil para evitar la congestión del tráfico, garantizar la seguridad pública, optimizar el consumo de electricidad y los servicios públicos y, por último, pero no menos importante, proporcionar una conexión pública a Internet. Por consiguiente, en una ciudad inteligente, todas las instalaciones podrían gestionarse de forma inteligente, como por ejemplo: hospitales, aparcamientos, fábricas, sistemas de autopistas o carreteras.

Figura 2- Oportunidades para las ciudades inteligentes – Arquitectura de referencia OpenFog para Fog Computing

  • Edificios inteligentes. En los edificios inteligentes, la red puede utilizarse para gestionar el tráfico de múltiples sensores que detectan los parámetros de funcionamiento del edificio, como la temperatura, la humedad, el control de apertura y cierre de puertas, los ascensores e incluso la calidad del aire.

Estos son sólo algunos de los ámbitos en los que se utiliza la informática de niebla, tanto en el ámbito doméstico como en el industrial.

Los datos están por todas partes y son generados constantemente por los dispositivos que nos rodean, y cada vez es más importante poder gestionarlos para simplificar nuestras rutinas diarias y laborales. En 2016, se estimó que una persona promedio crea alrededor de 650 MB de datos por día, y se esperaba que algunos proyectos generaran más del doble de esa cantidad de datos para este año.

Concluimos citando una definición del documento OpenFog Reference Architecture for fog computing, que resume la importancia de gestionar este Big Data, con un acrónimo DIKW – Data Information Knowledge Wisdom. ¿Qué significa esto? Los datos recogidos se convierten en información, y cuando se almacenan y se accede a ellos se convierten en conocimiento. El conocimiento permite la Sabiduría para un sistema autónomo de IoT.

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Adriano Di Stasi