zoeken binnen de website

Edge and fog computing

iBestuur academie, mastercourse smart cities - Ben van Lier

door: Ben van Lier | 23 februari 2018

Autonomie is volgens Merriam Webster “the quality or state of being self-governing or the right of self-government”. De autonomie van fysieke apparaten groeit in hun versmelting met software en de verbinding van de nieuwe combinatie van hard- en software in netwerken.

De verbinding in netwerken stelt deze cyber-physical systems in staat tot onderlinge communicatie en interactie. Communicatie en interactie bieden de mogelijkheid om capaciteiten te ontwikkelen als self-configuring, self-optimizing, self-protecting of self-healing. Gezamenlijk geven deze capaciteiten cyber-physical systems een grote autonomie in de uitvoering van hun taken.

De kern van blockchaintechnologie wordt gevormd door de mogelijkheid van cyber-physical systems om zelfstandig en gezamenlijk besluiten te nemen over het uitvoeren van transacties op basis van voting en consensus algoritmes. Algoritmes, zo stelt Steiner [1], zijn in de kern slechts een set aan instructies: “to be carried out perfunctorily to achieve an ideal result”. In de ontwikkeling van het (industrial) internet of things worden in hoog tempo steeds meer cyber-physical systems verbonden in netwerken. Vanuit een centralistisch perspectief staan deze cyber-physical systems aan de rand van het netwerk en is dit uiteinde een reden voor de term edge computing.

Om een brug te vormen tussen de centrale cloud en de decentrale cyber-physical systems aan de rand wordt gesproken over fog computing. Interessante vraag is of blockchaintechnologie en de daarvoor gebruikte algoritmes kunnen opereren tussen het bestaande centralistische perspectief van cloud computing en het meer decentrale perspectief van het (industrial) internet of things. Gelijktijdig ontstaat de vraag of de blockchain daarmee bijdraagt aan het vergroten van de autonomie in de uitvoering van taken door groepen cyber-physical systems aan de rand van het netwerk.

Internet of Things

In 2014 ontwikkelen Samsung Electronics en IBM een proof of concept gericht op het vergroten van de autonomie van apparaten of machines die decentraal functioneren binnen het (industrial) internet of things [2]. Voor deze pilot maken zij gebruik van een Samsung-wasmachine (W9000). In de visie van Samsung en IBM zullen dergelijke consumentenapparaten steeds meer worden verbonden in netwerken zoals het internet of things en steeds meer zelfstandig en in eigen beheer informatietransacties regelen op bijvoorbeeld elektronische marktplaatsen. De uitgevoerde informatietransacties door deze apparaten kunnen bijvoorbeeld zijn gericht op het zelfstandig bestellen van wasmiddelen of reserveonderdelen, onderhandelen over de levering van energie of het weergeven van advertentie-inhoud op het display van de wasmachine.

Om de uitvoering van deze functies mogelijk te maken is in het project gewerkt aan peer-to-peer messaging, distributed file sharing en autonomous device coordination. Voor laatstgenoemde functie is onder andere gebruikgemaakt van software en protocollen van ethereum. Dit laatste protocol is in het project noodzakelijk voor onder andere het registreren en authentiseren van de verschillende apparaten in het netwerk, de afspraken en checklists tussen de apparaten en de op consensus gebaseerde rules of engagement. Het ADEPT-project leidt tot een pilot van een blockchain tussen apparaten waarin apparaten zelfstandig samenwerken en besluiten nemen over opdrachten of bestellingen, et cetera. De benadering om deze apparaten met blockchaintechnologie te verbinden, verhoogt daarmee tegelijkertijd de autonomie van deze apparaten. De software die in het kader van het ADEPT-project is ontwikkeld, vormt later de basis voor de ontwikkeling van Hyperledger fabric.

Edge en Fog computing

Edge computing is een nieuw computerparadigma waarbinnen zoals Satyanarayanan [3] stelt: “substantial computing and storage resources – variously referred to as cloudlets, micro datacenters, or fog nodes – are placed at the Internet’s edge in close proximity to mobile devices or sensors”. De toenemende hoeveelheid apparaten die in netwerken zoals het internet of things of het industrial internet of things worden verbonden, zoals bovenstaande wasmachines, zorgen voor een steeds grotere hoeveelheid geproduceerde, te verwerken en te analyseren data en informatie. Deze data en informatie stelt deze apparaten in staat zelfstandig te functioneren en hun activiteiten alleen of in gezamenlijkheid uit te voeren.

De snel toenemende hoeveelheid gedecentraliseerde en in hun uitoefening van hun activiteiten autonome apparaten maken real-time uitwisseling en opslag van gebruikte data en informatie noodzakelijk. Volgens Cisco [4] zijn de huidige cloud computing-modellen echter niet ontworpen voor: “the volume, variety, and velocity of data that the Internet of Things generates”. Deze ontwikkeling vereist volgens Cisco een nieuw soort infrastructuur die beter is gepositioneerd voor de apparaten aan de rand. Zij noemen deze infrastructuur ‘fog computing’.

Volgens Cisco kan fog computing zorgen voor een tussenlaag tussen de gecentraliseerde cloud-infrastructuur en apparaten aan de rand van het internet. Voor Dastjerdi and Buyyais [5] is fog computing: “a distributed paradigm that provides cloud-like services to the network edge”. Het concept van Fog computing zorgt volgens hen in essentie voor: “deals with IoT data locally by utilizing clients or edge devices near users to carry out a substantial amount of storage, communication control, configuration and management. The approach benefits from edge devices close proximity to sensors, while leveraging the on demand scalability of cloud resources”. Bonomi c.s. [6] stellen dat Fog computing een in hoge mate gevirtualiseerd platform is dat kan zorgen voor: “compute, storage and networking services between end devices and traditional Cloud Computing Data Centers, typically, but not exclusively located at the edge of the network.”

Deze nieuwe concepten maken duidelijk dat alleen denken in centrale concepten, zoals cloud computing, op termijn niet voldoende is voor het verwerken, analyseren en opslaan van de enorme hoeveelheid data en informatie die zal voortkomen uit onderling verbonden apparaten aan de rand van het netwerk. Tussen de volledig decentrale en autonoom opererende apparaten en de centraal functionerende cloud zullen nieuwe voorzieningen moeten ontstaan zoals fog computing, die in staat zijn zoals Dastjerdi en Buyyya stellen: “to support the decentralized and intelligent processing of unprecedented data volumes generated by IoT sensors deployed for smooth integration of physical and cyber elements”.

Conclusion

Bieler [7] (2016) stelt dat zowel het internet of things als blockchaintechnologie zijn gebaseerd op “decentralized, distributed approaches”. Volgens hem zijn de gedecentraliseerd en autonoom opererende systemen binnen het (industrial) internet of things het meest gebaat bij directe onderlinge communicatie en interactie “rather than via existing centralized models”. Volgens Kranz [8] (2017) kan een blockchain in de ontwikkeling van het (industrial) internet of things bijdragen aan “secure, audit-level tracking of IoT data transactions, eliminating the need for a central, trusted intermediary between communicating devices”. Uitgaande van de basiskarakteristieken van blockchaintechnologie, namelijk fault tolerant communicatie, distributed ledging, voting en consensus gecombineerd met uitvoeringsprotocollen, zou met blockchaintechnologie een veilige en betrouwbare basis kunnen worden gelegd voor het reguleren van data- en informatietransacties tussen autonoom opererende ‘devices on the edge’ en decentrale fog-eenheden van de centrale cloudinfrastructuur. Blockchaintechnologie kan zo regels stellen waardoor decentrale, autonome en gezamenlijk opererende systemen in staat zijn zelf te bepalen en te reguleren onder welke omstandigheid zij waar, hoe en aan wie hun data en informatie willen afstaan.

[1] Steiner Chr. (2013) Automate this. How algorithms took over our markets, our jobs, and the world. Portfolio / Penguin, London England. ISBN 9781591846529
[2] IBM (2015) Empowering the Edge. Practical insights on a decentralized Internet of Things. IBM Institute for Business Value
[3] Mahadev Satyanarayanan (2017) The Emergence of Edge Computing. Computer, Volume, 50, Issue, 1, Jan. 2017. Pp. 30-39
[4] Cisco Whitepaper (2015) Fog Computing and the Internet of Things: Extend the cloud to where the things are.
[5] Dastjerdi V. and Buyya R. (2016) Fog Computing: Helping the IoT realize its potential. Computer, Volume 49, Issue 8, Aug. 2016. Pp. 112-116
[6] Bonomi F. Milito R., Zhu J., and Addepalli S. (2012) Fog Computing and its role in the Internet of things. Cisco Systems Inc. Report. August 2012
[7] Bieler D. (2016) Blockchain’s Potential For IoT Solutions. Forrester / Blog Blockchain’s Potential For IoT Solutions
[8] Kranz M. (2017) In 2018, get ready for the convergence of IoT, AI, Fog and Blockchain. RT Insights, December 27, 2017 https://www.rtinsights.com/in-2018-get-ready-for-the-convergence-of-iot-ai-fog-and-blockchain/

tags:

Reactieformulier

De met een * gemarkeerde velden zijn verplicht. U ziet eerst een voorbeeld en daarna kunt u uw bijdrage definitief plaatsen. Uw e-mailadres wordt niet op de site getoond. Reacties zonder achternaam worden verwijderd. Anoniem reageren alleen in uitzonderlijke gevallen in overleg met de redactie. U kunt bij de vormgeving van uw reactie gebruik maken van textile en er is beperkt gebruik van html mogelijk.