Informatica industriala Io T cloud fog si edge

Informatica industriala Io. T, cloud, fog si edge computing

Centralizare v. s. Distribuire caracteristici Centralizare Distribuire Complexitate Mai mica Mai mare Disponibilitate /fiabilitate /toleranta la defecte mica mare Latenta mare mica Mentenanta (update) usoara Mai dificila Implementare (deployment) Mai usoara Mai dificila Suport computational Calculatoare mari, centre de calcul, cloud si dispozitive terminale Calculatoare mici interconectate Suport de comunicatie Retele de larga raspandire PAN, LAN, WAN Control autocratie democratie Detinatorii de echipamente si software Companii ITC specializate Utilizatori individuali (nespecialisti) 2

Fog computing n Etape istorice, modele de calcul: n n n n n Calculator (mare/mediu) + terminale de operare Calculatoare mari + retea de telefonie + terminale (mai) inteligente Calculatoare personale (PC) PCuri + retele locale de calculatoare (LAN) PCuri + LAN, MAN, WAN Dispozitive mobile + PC + Internet GRID + Internet +PCuri Cloud + Internet +PC+ disp. Mobile Cloud + Fog + Edge +obiecte (inteligente) 3

Relatia dintre Io. T, fog, edge si cloud Cloud computing PLC, Reglaj Gateway, PC industrial Fog computing Transport inteligent Oras inteligent Fabricatie inteligenta Edge computing si Io. T Energie inteligenta 4

De la date la intelepciune Prognoza, Predictie, Planificare Intelepciune Relatii, formule, modele Cunostinte Informatii Date Senzori, actuatori Temperatura, presiune, … 00110, 001110, 111000, 123, 4567, 1. 01. 2019, Stare proces Valori masurate 5

Definitii n Edge computing n n n paradigmă de calcul distribuit aduce calculul și stocarea datelor mai aproape de locația în care este nevoie, pentru a îmbunătăți timpii de răspuns și a economisi lățimea de bandă. Inteligenta la nivelul dispozitivelor aflate la “periferia” unui sistem ierarhic/distribuit n Fog computing n Distribuirea inteligentei (procesare, stocare) la nivelul retelelor locale, la nivelul unor dispozitive care administreaza retele locale (routere, gateway, controloare) 6 n Obs: notiuni oarecum similare

Istoric Organizatii implicate in promovare si standardizare n Fog Computing – 2012 Fondator: CISCO n Viziunea initiala: “platformă înalt virtualizată care oferă servicii de calcul, stocare și comunicatie între dispozitivele finale și infrastructura cloud” n Open Fog Consortium 2015 n fondatori: Cisco, ARM, Dell, Intel, Microsoft , Princeton Univ. Edge Laboratory n Edge Computing Consortium 2016 n fondatori : Huawei, Intel, ARM si altii n Mobile Edge Computing (MEC) –ETSI n Specificatii industriale. ~2014, n 7

Viziunea CISCO privind fog computing 8

Alta viziune care include Fog si Edge Sursa: //www. winsystems. com/cloud-fog-and-edge-computing-9 whats-the-difference/

Si inca una 10

De ce fog si edge computing (avantaje) n Latenta redusa - Timp de raspuns/reactie mai bun decat in cazul procesarii in cloud; satisfacerea unor cerinte de timp-real, timp de reactie de ordinul milisecundelor n Economie de latime de banda - Descongestionarea retelei de comunicatie; volumul foarte mare de date generate la nivelul obiectelor simple (senzori) nu va ajunge direct in cloud, fiind procesat/sintetizat in nodurile fog n Procesare locala - Implementarea de functii de achizitie de date, procesare, stocare si control la nivel local si intermediar n Sintetizarea datelor – date primare transformate in informatii cu un anumit continut semantic; exemplu: n n Nivel senzorial: temperatura – 20 Edge: valoare medie pe o locatie (cu mai multi senzori) sau perioada de timp Fog: valoare medie pe o regiune, prognoza Cloud: harti de temperatura globale, prognoza globala 11

De ce fog si edge computing n Autonomie - fata de un punct central de control n Fiabilitate ridicata, toleranta la defecte – prin distribuirea functiilor de control n Connectivitate - Asigura conectivitate Internet pentru obiecte/dispozitive simple n Scalabilitate – dezvoltare si crestere treptata n Agilitate – decizii luate mai rapid pe nivele inferioare ale ierarhiei de control, reorganizare si adaptabilitate n Descongestionarea calculului – eliberarea nivelelor superioare de anumite sarcini de procesare a datelor n Caching – stocarea datelor mai aproape de locul unde se iau decizii, mai aproape de „utilizatorii” finali (umani sau dispozitive) 12

De ce fog si edge computing n Securitate si protectia datelor cu caracter privat n n pot fi delimitate zone de securitate la nivelul perimetrelor industriale Un nod fog/edge poate proteja un set de obiecte simple fara capabilitati de criptare avansate Izolarea atacurilor cibernetice Firewall la nivelul nodurilor Fog n Interoperabilitate n n Nodurile fog pot solutiona problemele de incompatibilitate intre obiecte, protocoale diferite, capabilitati functionale diferite Se poate construi perechea digitala pentru fiecare obiect fizic (dispozitiv virtual) n Eficienta energetica si costuri mai reduse 13

Fog si edge in context IIo. T n Ierarhizarea functiilor de control Bucle locale de control n Coordonarea componentelor unei celule flexibile de fabricatie/robot industrial n Optimizarea unui proces complex de fabricatie n Administrarea retelelor de distributie n Administrarea relatiilor cu alte firme/consumatori (relatii business-to-business) n Fac posibila trecerea de la date senzoriale catre stocare si procesare in cloud n 14

Noduri fog si edge n Controloare industriale si calculatoare de proces, n Elemente de comutare si dirijare a mesajelor: switch, n n router, Servere embedded Noduri de conversie (de protocol) - gateway, Controloare logice programabile - programmable logic controllers (PLCs), Puncte terminale inteligente – ex. Supraveghere video 15

Exemple de domenii utilizare n IIo. T, automatizari industriale n Agricultura inteligenta n Orase inteligente sustenabile n Transport - managementul traficului, siguranta traficului, informare, administrare servicii diferentiate pentru clienti� n Sistem de sanatate si bunastare� n Managementul deseurilor n Managementul resurselor de apa n Controlul gazelor cu efect de sera n Retele de energie n Automatizarea magazinelor cu amănuntul n Clădiri inteligente, acase inteligente n Aplicații de siguranță și de urgență 16

Exemple de aplicatii Denumire Domeniu Descriere Live. Map Trasporturi Harta scalabila cu date de timp-real din trafic Wearable Cognitive assistance Sanatate Sistem de asistenta la navigare pentru persoane cu dizabilitati; bazat pe ochelari inteligenti (google) Visual security and surveillance Oras inteligent Sistem de supraveghere real-time, detectie de anomalii Process Manufacturing Fabricatie inteligenta Procese de fabricatie de serie mare personalizate; „fog” asogura scalabilitatea sistemului Smart Buildings Spatii inteligente Sistemul „fog” permite modularizarea si asigura scalabilitatea sistemului Patient Monitoring e. Health Monitorizare in timp-real, decizii la nivel de pacient, securitate, date private Mobility-as-a. Service Transport Adaptabilitate in timp-real in functie de cerinte de moment SWAMP Agricultura Sistem inteligent de irigare Edge Content Cachingfor Mobile. Streaming Divertisment Furnizare de continut multimedia cu posibilitati de stocare locala 17

Elemente constitutive n Modele de implementare n n Fog privat – pt. securitate, latenta redusa, timp-real Fog public – solutii prefabricate, integrare de servicii multiple Fog comunitar – solutii pentru o comunitate (ex. oras) Fog hibrid – combinarea mai multor tehnologii pt. solutionarea problemenor de compatibilitate n Tehnologii de comunicatie folosite: n n n Low power wide area networks – dispozitive inteligente cu capabilitati de comunicatie in Internet Retele de telefonie celulara Retele fara fir : wi-fi, PAN – Personal area Networks: Bluetooth, NFC – Near Field Communication – in telefoane inteligente 18 RFID – Radio Frequency IDentification

Elemente constitutive n Platforme hardware: n n Noduri statice – puncte de acces, puncte de colectare a datelor, elemente de comutare (router, bridge) Noduri mobile – noduri aflate de dispozitive mobile (masini, drone, persoane, roboti) 19

Cloudlet n Definire: n un centru de date cloud pe scară mică, îmbunătățit pentru mobilitate, situat la marginea Internetului. n Middleware intre dispozitive mobile si cloud n Un micro-cloud – cloud intr-o cutie n Aduce mai aproape de utilizatorii mobili servicii de tip cloud n Scop – suport pentru aplicatii mobile cu cerinte sporite de resurse (procesare, stocare) n Arhitectura pe 3 nivele: n n n Dispozitive mobile Cloudlet Cloud 20