Das Internet of Things (IoT) ist 2020 längst kein Zukunftstrend mehr, sondern Realität. In den kommenden Jahren werden die Zahlen der Nutzer von IoT-Devices und die Zahl der IoT-Devices selbst und die damit verbundenen Services exponentiell steigen. Um solch eine Entwicklung zukünftig gewährleisten zu können, muss neben einer ausreichend schnellen Datenverbindung (5G) auch eine langlebige, stabile Netzwerkarchitektur sichergestellt werden. Fog Computing oder Fogging – so könnte ein möglicher Aufbau der Netzwerkstruktur heißen.
Was ist „Fog Computing“?
Fog Computing beschreibt eine dezentrale Netzwerkarchitektur, bei der sich die Daten und Anwendungen in logischen Ebenen zwischen den Quellen der Daten und der Cloud bzw. dem Rechenzentrum befinden. Fogging stellt somit das Bindeglied zwischen dem Datentransport und der Datenerstellung am Rand (Edge) dar. Ziel ist es Performance und Effizienz im gesamten IoT zu erhöhen. Erreicht werden kann dies, indem die Daten näher am Verarbeitungsort gelagert werden, und sich somit kürzere Transportwege realisieren lassen. Zudem kann Fog Computing zur Erhöhung der Sicherheitsstandards eingesetzt werden. Es ist in der Lage den Bandbreitenverkehr aufzusplitten und zusätzliche Firewalls einzuführen. Als Erweiterung des Cloud Computings können Kunden auch mit Hilfe des Fog Computing nicht nur den Service selbst vom Provider erwerben, sondern außerdem die Wartung und Upgrades.
Fogging – eine Erfindung des Informationszeitalters
Fog Computing steckt genau wie seine Artgenossen IoT, Smart Factory, KI, etc. noch in den Kinderschuhen seiner Entwicklung. 2011 wurden erstmals Überlegungen angestellt das bis dahin standardmäßig eingesetzte Cloud Computing zu erweitern. Grund dafür waren die rasant steigenden Zahlen von IoT-Geräten und die anwachsenden Datenmengen für Echtzeitanwendungen. Der IT-Riese Cisco brachte Fogging erstmalig unter dem Begriff „Cisco Fog Computing“ auf den Markt. Der Begriff Fog bezieht sich dabei anders als beim Cloud Computing auf die Wolken in Bodennähe – also Nebel. Im Jahr 2015 wurde schließlich ein OpenFog-Konsortium erschaffen. Gründungsmitglieder waren neben ARM, Cisco, Dell, Intel, Microsoft auch die Princeton Universität.
Fog Computing: Pro´s and Con´s
Die Fog Computing Architektur weißt eine große Anzahl an Vorteilen auf. Aufgrund der Datenverarbeitung an Orten nahe der eigentlichen Erstellung kann ein Netzwerk mit geringer Latenz erstellt werden. Dies führt zur Beschleunigung automatisierter Analyse- und Entscheidungsprozesse. Zudem werden von vornherein weniger Daten geladen, wodurch die Effizienz der Verarbeitung maßgeblich erhöht werden kann. Eine wichtige Eigenschaft dieser Netzwerkarchitektur ist es Daten ebenfalls verarbeiten zu können ohne Bandbreitenverfügbarkeit – IoT-Geräte stehen den Benutzern in solch einer Architektur also auch offline zur Verfügung. Da die Vorverarbeitung beim Fog Computing in lokalen Netzwerken stattfindet, besteht die Möglichkeit bedenkliche Daten vor dem Upload zu verschlüsseln bzw. zu anonymisieren. Dies kann zur Steigerung der Datensicherheit führen. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist auch die Kostenersparnis bei der Nutzung von Fremdnetzen nicht zu vergessen. Allerdings führt die Fog Computing Architektur zwangsläufig zu höheren Hardwarekosten. Alle Geräte müssen mit extra Recheneinheiten bestückt werden, um die lokale Datenverarbeitung störungsfrei realisieren zu können. Leider ist die Architektur anfällig für Man-in-the-Middle-Angriffe. Bei solch einem Cyberangriff gelingt es dem Angreifer die Kommunikation abzufangen, indem er sich zwischen dem Opfer und den Ressourcen positioniert. Es werden höhere Anforderungen an die Netzwerksicherheit laut. Die dezentrale Datenverarbeitung bringt einen weiteren Nachteil mit sich. Aufgrund der verteilten Geräte über das gesamte Netzwerk ist eine zentrale Wartung und Administration nicht möglich.
Fog Computing: die wichtigsten Use Cases
Stromnetze werden heutzutage immer intelligenter. Sie sind dynamisch gestaltet und reagieren auf verschiedene Szenarien. Im Falle eines erhöhten Stromverbrauchs werden zusätzliche Einheiten zur Verfügung gestellt. Auf der anderen Seite wird die Produktion gesenkt, sobald diese wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll ist. Um schnell und zuverlässig auf solche Situationsveränderungen reagieren zu können sind intelligente Stromnetze in hohem Maß auf Echtzeitdaten angewiesen. Fogging eignet sich hierfür bestens. In manchen Fällen ist es besser die Daten, die an einem entfernten Ort generiert werden, auch dort zu verarbeiten. In anderen Fällen stammen die Daten von verschiedenen IoT-Geräten und es bietet sich an, diese lokal zu verarbeiten. Die Daten können also dort verarbeitet werden, wo sie gerade benötigt werden. Es wird eine Überlastung des Netzes, durch Übertragung der gesamten Rohdaten, verhindert. Natürlich stellen auch autonome Fahrzeuge einen wichtigen Anwendungsfall dar. Bei einem intelligenten Verkehrsnetz wird jedes Fahrzeug und jedes andere Gerät im Straßenverkehr zu einem IoT-Gerät, die im Fog Computing Netzwerk miteinander verbunden werden. Alle Fahrzeuge sind in der Lage untereinander zu kommunizieren und Verbindungen zu Verkehrssignalen und den Straßen selbst aufzubauen. Ziele sind Vermeidung von Unfällen und die Erzeugung eines reibungslosen Verkehrsflusses. Im sogenannten Industrial Internet of Things (IIoT) werden im Rahmen der Fertigung ebenfalls die Methoden des Fog Computing angewendet. Die Daten von smarten Fertigungsgeräten mit teilweise komplexen Sensoren und Kameras können lokal gesammelt und verarbeitet werden. Dies führt zu einer 98%igen Reduzierung der übertragenen Daten, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer 97%igen Datengenauigkeit. So ist es beispielsweise Maschinen möglich schnell und folgerichtig auf defekte Komponenten oder Ausfälle zu reagieren. Bei Bedarf kann die Notausschaltung eingeleitet werden. Die Finanzindustrie kann sich gleiche Prinzipien zu Nutze machen. Über Transaktionen und die Vergabe von Finanzdienstleistungen kann schneller entschieden werden und Finanzbetrug kann langfristig besser überwacht werden.
Das Zusammenspiel von Fog Computing und 5G
In den nächsten Jahren ist mit einem flächendeckenden Mobilfunkstandard von 5G in gesamt Europa zu rechnen. Zukünftige Downloadgeschwindigkeiten werden bis zu 10 Gbit/s erreichen und erhöhen damit die Geschwindigkeit und die Bandbreite der Datenübertragung um ein Vielfaches. Mit den heute weit verbreiteten Technologien rund um Cloud Computing lassen sich diese Vorteile nicht effektiv nutzen. Die neu auf getanen Anwendungsfelder können nicht erschlossen werden. Hier schließt Fog Computing die Brücke zwischen 5G und für die Industrie nutzbaren Technologien. Es werden nicht mehr alle Daten in die Cloud verschoben, es wird auf eine lokale Generierung und Verarbeitung hingearbeitet und dadurch Echtzeitanwendungen unterstützt.
Quellenangaben:
https://www.ionos.de/digitalguide/server/knowhow/fog-computing-definition-und-erklaerung/
https://www.techradar.com/news/what-is-fog-computing
https://t3n.de/news/eigentlich-fog-computing-1185445/
