Fog computing: qué es y en qué se utiliza

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 liberándose 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 el Fog Computing?

Traducido literalmente del inglés, el término “fog” hace referencia a la “niebla”. En informática/tecnología, el Fog Computing 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:

“El Fog Computing 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 distintos 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.

Cómo aparece: origen del Fog Computing

El término de Fog Computing cuenta con menos de diez años de existencia y su nacimiento, por más de que hemos presentado distintas definiciones, corresponde a la multinacional norteamericana Cisco. Ellos crearon este término describiendo y traspolando algo que ocurre naturalmente con las nubes, a una infraestructura de TI. 

Dependiendo de la altura en la que éstas (gotas de agua que se forman por el vapor de agua que sale de la tierra y se enfría en la atmósfera) se encuentran, son denominadas popularmente como niebla o nube. 

El primer caso ocurre cuando éstas se encuentran muy cerca del suelo. A quién no le ha pasado alguna vez, en medio de una ruta, de toparse con un largo tramo de niebla. Las nubes, a diferencia de las anteriores, se ubican a una distancia considerable del suelo. Y ahí está la diferencia entre un término y el otro.

De alguna manera, Cisco lo que hizo fue trasladar esta observación a la de una infraestructura de TI. El Fog Computing es una infraestructura informática descentralizada en la que los datos, la computación, el almacenamiento y las aplicaciones se encuentran en algún lugar entre la fuente de datos y la Nube. Los especialistas explican que lo que hace el Fog Computing es acercar las ventajas y el poder de la nube al lugar donde se crean y actúan los datos.

La niebla metafórica viene del término meteorológico para una nube cerca del suelo. Justo como la niebla se concentra en el borde de la red. Si bien no hubo alguien que haya confirmado esta historia, se cree que el responsable de crear este término dentro de Cisco fue su Gerente de línea de productos. Ginny Nichols. Tal es así que la organización, en su momento, registró el término Cisco Fog Computing. 

Al respecto, el decano de la Universidad de Purdue (ubicada en los Estados Unidos), Mung Chiang, dijo en su momento que “la niebla proporciona el eslabón perdido de los datos que se deben enviar a la nube y los que se pueden analizar localmente, en el perímetro”. 

Por su parte, en el libro “El futuro de la tecnología está en la niebla, no en la nube”, Christopher Mims explica – entre varias cosas – que la metáfora apunta a la diferencia de que “mientras la nube está ‘ahí arriba’, en algún lugar del cielo, distante, remota y deliberadamente abstraída, ‘la niebla’ está cerca del suelo, donde las cosas se concretan”.

Qué es una red Fog

La empresa alemana de alojamiento web, Ionos, explica en su Digital Guide que 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”. 

En ese sentido, añaden que esto asegura que las respuestas realmente importantes, como por ejemplo la orden de apagado de emergencia de una planta de fabricación, puedan emitirse en tiempo real. 

“En la nube solo se depositarán los datos que o bien son demasiado complejos para evaluarse localmente o requieren un análisis más elaborado, como los que señalaron la necesidad de una reparación futura”, explican.

Qué hace y cómo funciona el Fog Computing

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.

Si alguna vez se han interiorizado sobre el término de Computación en la Niebla y su funcionamiento, posiblemente hayan escuchado hablar de los “Fog Nodes (Nodos de Niebla)”, un concepto característico del Fog Computing. Éstos se encuentran ubicados más allá de la fuente de datos y cuentan con una mayor capacidad de procesamiento y almacenamiento. Los expertos en el tema aseguran que los Fog Nodes tienen el poder para procesar los datos de manera más veloz que enviar la solicitud a la nube para su procesamiento centralizado.

Como ya hemos dicho, el creciente número de dispositivos que cada vez más se conectan a Internet, está colaborando para que la Nube termine saturada. Además, hay algo que es importante mencionar y es que el Fog Computing no sólo es útil, sino también necesario, ya que en algunos casos la Computación en la Nube no es viable. Por lo tanto, su implementación en dispositivos loT es super efectiva,  ya que logra manejar los enormes datos que estos generan.

Especialistas en desarrollo de Software describen que al implementarse, los dispositivos, potenciados por la Niebla (Fog) analizan localmente los datos críticos. Esto – añaden los expertos- minimiza la latencia y evita daños mayores. En definitiva, lo que logra el Fog Computing es que la cantidad de ancho de banda necesario se reduzca eficazmente. Y esto conlleva a que se acelere la comunicación con la Nube y los distintos sensores.

En el Fog Computing, los datos sin procesar son capturados por “balizas de loT”. Luego, estos datos se envían a un nodo de niebla cerca de la fuente de datos, se analizan localmente, se filtran y luego son llevados a una nube para su almacenamiento a largo plazo si es necesario.

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

El Fog Computing, 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, intercambiar información y procesarla, 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 o smart home, 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.

Diferencias entre Cloud Computing y Fog Computing

Empezaremos explicando brevemente qué es y en qué consiste el Cloud Computing. Sencillamente, se basa en la entrega de servicios de computación bajo demanda. Es la provisión de servicios de procesamiento y almacenamiento de datos a través de centros de datos a los que se accede a través de Internet.

En lo que denominamos la Nube, las compañías pueden consumir una serie de servicios informáticos. Estos pueden ir desde el uso de servidores hasta el almacenamiento de datos. De alguna manera, lo que viene a aportar este concepto, con todo lo que conlleva detrás, es que las compañías ya no tengan esa tediosa necesidad de invertir e instalar estructuras, servidores y recursos de almacenamiento de datos físicos dentro de su empresa. 

En una misma línea, Salesforce explica que la computación en la nube ofrece a los individuos y a las empresas de todos los tamaños la capacidad de un pool de recursos de computación con buen funcionamiento, seguro, de fácil acceso y bajo demanda, como servidores, almacenamiento de datos y soluciones de aplicaciones. 

“Eso proporciona a las empresas mayor flexibilidad en relación a sus datos e informaciones, a los que se pueden acceder desde cualquier lugar y en cualquier momento, siendo esencial para empresas con sedes alrededor del mundo o en distintos ambientes de trabajo”, añaden.

Si bien los conceptos son similares, hay diferencias claves para distinguir el Cloud Computing y Fog Computing. A continuación, explicaremos las más importantes:

• Por empezar, la arquitectura de la Nube está centralizada y consta de grandes centros de datos que se pueden ubicar en todo el mundo, a mil millas de distancia de los dispositivos de los clientes. Por otro lado, la arquitectura de Niebla se distribuye y consta de millones de pequeños nodos ubicados lo más cerca posible de los dispositivos del cliente
• Por otro lado, el Fog está más cerca de los usuarios finales. Actúa como mediador entre los centros de datos y el hardware. En caso de no haber una capa de niebla, la nube se comunicará con los dispositivos directamente. Siendo algo que puede llevar mucho tiempo.
• A su vez, el procesamiento de datos en el Cloud Computing se lleva a cabo en centros de datos remotos. A diferencia de lo que ocurre en el Fog Computing, donde el procesamiento y el almacenamiento de se realizan en el borde de la red, cercana de la fuente de información. Algo clave para el control en tiempo real.
• En cuanto a capacidades informáticas y de almacenamiento, la nube es más poderosa que la niebla.
• Mientras que el Fog incluye millones de pequeños nodos, la nube tan solo consta de unos pocos nodos de servidor grandes.
• La nube apunta a un análisis profundo a largo plazo, debido a su capacidad de respuesta más lenta; mientras que la niebla realiza un análisis de borde a corto plazo, por su capacidad de respuesta instantánea.
• La nube proporciona alta latencia y la niebla, baja.
• Sin conexión a Internet, un sistema en la Nube colapsa; mientras que el Fog Computing utiliza varios protocolos y estándares. El riesgo de falla en este último es claramente inferior.

¿Cuáles son las ventajas del Fog Computing?

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.

Estándares del Fog Computing

El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación mundial de ingenieros dedicada a la normalización y el desarrollo en áreas técnicas, ha definido con el fin de ampliar el uso de Fog Computing un estándar que busca sentar las bases oficiales para monitores, dispositivos, sensores y servicios sean interoperables y trabajen en conjunto para procesar los flujos de datos aparentemente ilimitados que vendrán de IoT, 5G y sistemas de inteligencia artificial (AI).

Este estándar, que fue desarrollado por el OpenFog Consortium y explicaremos en breve, es conocido como IEEE 1934 y define al Fog Computing como “una arquitectura horizontal a nivel de sistema que distribuye recursos y servicios de computación, almacenamiento, control y redes en cualquier punto a lo largo del continuo entre la nube y las cosas”.

Asimismo, describe que “es compatible con verticales industriales y dominios de aplicaciones, permite que los servicios y aplicaciones se distribuyan más cerca de las fuentes de producción de datos, y se extiende desde las cosas, a través de los bordes de la red, a través de la nube y en múltiples capas de protocolo”.

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 de OpenFog

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, edificios 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.

• Edificios inteligentes. En los edificios inteligentes, la red puede utilizarse para gestionar el tráfico a través 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 o Fog Computing, 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. 

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.