Fog und Edge Computing – Datenverarbeitung im IoT

04.05.2019 / Tanja Ulmen / Referentin und Beraterin

aus dem Netzwerk Insider Mai 2019

Zwei Begriffe sind seit einigen Jahren in aller Munde: IoT und Cloud. Passen sie zusammen?

Ja und nein.

Das Internet of Things (IoT) erhöht die Anzahl der Endgeräte und das von ihnen generierte Datenvolumen. Man spricht von Big Data. Die Verarbeitung und Speicherung von Big Data kann nur in einer skalierbaren Struktur wie der Cloud erfolgen.

Andererseits ist IoT mit erhöhten Anforderungen an Netzübertragungsleistung, Verfügbarkeit und Echtzeitfähigkeit verbunden. Nicht immer ist die Cloud über eine leistungsfähige Netzverbindung mit kürzester Latenz erreichbar.

Wenn die Endgeräte weit weg von der Cloud sind, muss eben die Cloud zu den Endgeräten. Wenn sich die Wolke der Erde nähert, wird sie zum Nebel. Dann spricht man von Fog Computing. Und wenn die Endgeräte selbst zur Verarbeitung der Daten beitragen, nennt man das Edge Computing.

Dieser Beitrag befasst sich mit Fog und Edge Computing, Beispielen für ihren Einsatz und den Unterschieden zwischen Fog und Edge Computing.

IoT: Die Menge ist der Unterschied

Jeden Tag kommen neue vernetzte Geräte auf den Markt. Sei es eine smarte Kaffeemaschine, ein neuer Sensor oder lediglich ein neues Smartphone. Diese Geräte sind mittlerweile so weit vernetzt, dass es keinen Menschen mehr braucht, um Daten untereinander auszutauschen. Im Internet of Things (IoT) kommunizieren verschiedenste Geräte untereinander mit dem Ziel, Prozesse zu automatisieren und zu verbessern.

Ein Smartphone schickt Daten an eine Kaffeemaschine, ohne dass eine Interaktion des Nutzers notwendig ist. Das Resultat ist der fertig gebrühte Kaffee, nachdem morgens der Smartphone-Wecker klingelt (sofern abends eine Tasse bereitgestellt wurde). Ein Getränkeautomat bestellt automatisch Nachschub wenn Bedarf besteht, und das Licht im Flur geht an, wenn der Bewohner nach Hause kommt.

Bei diesen Beispielen sind die entstehenden Datenmengen eher gering. In vielen Fällen sind die Größenordnungen allerdings deutlich kritischer. Ein autonomes Fahrzeug erkennt die rote Ampel und hält an. Das Bauteil einer Industrieanlage bestellt automatisch einen Techniker noch bevor es kaputt geht (Predictive Maintenance). In diesen Fällen sind enorm viele Sensordaten notwendig, um entsprechende Entscheidungen automatisch treffen zu können. Und von diesen Entscheidungen hängen unter Umständen Menschenleben ab.

Fog Computing

Abbildung 1: Fog Computing ermöglicht eine lokale Datenvorverarbeitung

Ein interessantes Beispiel ist der Airbus A350, in dem insgesamt rund 6000 Sensoren verbaut sind. Jeden Tag werden hier 2,5 TB an Daten generiert. Der Airbus A380 soll 10.000 Sensoren pro Tragfläche enthalten. Es wird geschätzt, dass mindestens dreimal so viele Daten anfallen, die verarbeitet und analysiert werden müssen. [1]
Das Problem ist allgemein nicht die Größe der einzelnen Datenpakete, sondern die Menge. Ähnliche Ausgangssituationen treten bei smarten Gebäuden und vielen weiteren Anwendungsfällen auf.

Wohin also mit den anfallenden Daten? Wo gibt es genug Performance und Speicherplatz, um diese Daten zu verarbeiten?

Datenverarbeitung in der Cloud

Eine Möglichkeit, diese Daten zu verarbeiten, ist die Nutzung der Cloud. Bei einem Cloud-Dienstleister kann je nach Bedarf Hardware (Infrastructure as a Service, IaaS), eine Plattform (Platform as a Service, PaaS) oder direkt vorkonfigurierte Software (Software as a Service, SaaS) gemietet werden. Gerade bei schwankendem Speicherbedarf oder wenn die Anschaffung eigener Hardware/Software vermieden werden soll, sind diese Lösungen sehr vorteilhaft.

Cloud Computing bietet also skalierbare Performance, skalierbaren Speicherplatz und zudem eine Erreichbarkeit unabhängig vom Standort und Endgerät. Die Daten können über Funknetze in die Cloud übertragen werden oder über die lokal vorhandene Netzwerkverbindung. Speziell für die Verarbeitung von vielen und großen Daten scheint Cloud Computing also ideal.

Für viele Anwendungsfälle ist die Datenverarbeitung in der Cloud auch tatsächlich ideal. Zum Beispiel für langfristiges Speichern von Daten, um Daten von überall erreichen zu können, für komplexe Datenanalysen oder Ähnliches. Big-Data-Analysen beispielsweise sind ohne die Datenverarbeitung in der Cloud kaum denkbar.

Für andere Anwendungsfälle ergeben sich bei der Nutzung der Cloud allerdings folgende Schwachstellen:

  • Bandbreite: Zum einen kann die Datenübertragung in die Cloud sowohl über das lokale Netz als auch über Funknetze bereits einige Schwierigkeiten verursachen. Ein smartes Gebäude, ein autonomes Fahrzeug oder der bereits erwähnte Airbus hat schnell eine fünfstellige Anzahl von Sensoren. Diese Sensoren erfassen mehrmals pro Sekunde Daten. Wenn die erfassten Daten direkt über die lokale Netzwerkverbindung in die Cloud geschickt werden, kommt jedes Netz auf Grund der Menge an Daten irgendwann an seine Grenzen. Insbesondere die Bandbreite, die über Mobilfunk zur Verfügung steht, kann gerade in schlecht angebundenen Bereichen für diese Datenmengen zu gering sein. So kann bei einer falschen Konfiguration des Netzes und der Netzwerkkomponenten eine DoS-Attacke (Denial of Service) durch die eigenen Komponenten erzeugt werden.
  • Lange Wege: Ein weiteres Problem ergibt sich zum Beispiel bei autonomen Fahrzeugen. Um eine angemessene Reaktionszeit des Fahrzeugs gewährleisten zu können, müssen Analysen, basierend auf den erfassten Sensordaten, möglichst in Echtzeit erfolgen. Eine Verzögerung von einigen Millisekunden kann in diesem Fall schon über Menschenleben entscheiden. Somit wäre es in diesem, und auch in anderen Anwendungsfällen, ein erheblicher Nachteil, auf eine hohe Latenz bei der Cloud-Anbindung angewiesen zu sein. Je nachdem wo sich die Server des Cloud-Dienstleisters befinden, die diese Berechnungen durchführen, können die Latenzen mehrere Sekunden betragen.
  • Offline-Analyse: Darüber hinaus müssen die Daten von autonomen Fahrzeugen nicht nur in Echtzeit verarbeitet werden, sondern auch offline. Sollte das Auto durch ein Funkloch oder einen Tunnel fahren, müssen die Funktionen des Autos (die auf der Auswertung der Sensordaten basieren) genauso zur Verfügung stehen, wie mit einer stabilen Netzanbindung. Das gilt natürlich nicht nur für autonome Fahrzeuge, sondern auch für weitere Anwendungsfälle.

Diese Punkte können also ausschlaggebend sein, wenn entschieden wird, wo die Daten verarbeitet werden. Eine Alternative ist hier die lokale Vorverarbeitung der Daten. Eine solche Vorverarbeitung bieten sowohl Fog Computing als auch Edge Computing, jeweils mit anderen Schwerpunkten, die im Folgenden erläutert werden.

Fog Computing

Fog Computing ist ein Architekturmodell, um Daten lokal vorzuverarbeiten. Dafür wird eine zusätzliche Hierarchie-Ebene zwischen den Endgeräten, die Daten produzieren, und der Cloud aufgebaut. Diese Ebene befindet sich im lokalen Netz, weist Cloud-ähnliche Strukturen auf und wird daher Fog genannt (engl.: fog = Nebel). Es bringt die Cloud also näher zu den Endgeräten (siehe Abbildung 1).

Die Elemente, die zwischen der Cloud und Endgeräten agieren, werden Fog Nodes genannt. Fast jedes Gerät im lokalen Netzwerk kann als Fog Node genutzt werden. Zum Beispiel Router, Kameras, Notebooks, Gateways, Server, etc. Also jedes Gerät, das eine gewisse Performance bereitstellt und sich im lokalen Netzwerk befindet.

Ist diese Struktur aus Fog Nodes erst einmal eingerichtet, bildet sie eine Art lokale Cloud. Die Fog Nodes kennen sich untereinander, interagieren miteinander und „wissen“, wer welche Daten verarbeiten muss und welche Daten wohin weitergeleitet werden müssen.
Da Fog Nodes meistens bereits vorhandene Geräte im Netzwerk sind, die schon für andere Aufgaben zuständig sind, ist es wichtig diese nur für einfache Analyseaufgaben zu verwenden. Komplexere Aufgaben müssen auf Grund der geringen Ressourcen der Fog Nodes weiterhin außerhalb dieses Netzes verarbeitet werden. Hierfür ist weiterhin die Cloud eine geeignete Lösung.

In einigen Fällen ist es möglich diese komplexen Aufgaben aufzuteilen, sodass ein Fog Node den zeitkritischen Teil einer Analyse übernimmt, um eine schnelle Antwort zu gewährleisten. Der fortführende Teil der Analyse, der dann weniger zeitkritisch oder komplexer ist, kann in der Cloud ausgeführt werden.

Ein einfaches Beispiel ist eine Maschine in einer Industriehalle, die mit Hilfe eines Sensors Bewegungen erkennt und daraufhin stoppt. Diese Reaktion muss in Echtzeit erfolgen, da ansonsten Menschen verletzt werden könnten. Hier ist es möglich, die direkte Reaktion (Maschine Stopp) von einem Fog Node zu erhalten. Die weiteren Schritte, die in einem solchen Fall nötig sein können (Bericht erstellen, Benachrichtigungen versenden, Arbeit ggf. wieder aufnehmen), kann ein entfernter Knoten in der Cloud übernehmen.

Fog Computing bietet also verschiedene Vorteile:

  • Da diese einfachen Aufgaben nun lokal verarbeitet werden, sind die Latenzen deutlich geringer und Echtzeitanforderungen können eingehalten werden.
  • Die Datenmengen, die über das Netzwerk übertragen werden, sind geringer, da bereits vorab Daten analysiert und zusammengefasst werden können. So ist es möglich, die verfügbare Bandbreite anders zu nutzen oder diese sogar zu verringern.
    Durch die geringeren Datenmengen entstehen weniger Bottlenecks im Netz, somit ist die Fehleranfälligkeit geringer und der Datenfluss kann optimiert werden.
  • Die Daten liegen nicht mehr auf unbekannten Servern an unbekannten Orten, sondern werden lokal verarbeitet. So kann im eigenen Umfeld sichergestellt werden, dass ein angemessener Datenschutz eingehalten wird. Entweder indem die Daten komplett im Fog verarbeitet werden oder indem sie vor dem Upload in die Cloud anonymisiert oder verschlüsselt werden.
  • Die Daten werden dort verarbeitet, wo sie entstehen, also bleibt der Kontextbezug erhalten.
  • Anstatt einfache Analysen in batteriebetriebenen Endgeräten durchzuführen, können diese auf den nächsten Fog- Node ausgelagert werden. So kann im Endgerät Energie gespart werden.
  • Zudem ist die Performance im Fog skalierbar. Je mehr Geräte Teil des Fog Netzwerkes sind, desto mehr Daten können verarbeitet werden.

Fog Computing ist also eine gute Variante, um Daten aus dem Internet of Things zu verarbeiten, und dabei die oben genannten Schwachstellen des Cloud Computing zu umgehen. Ein weiteres Konzept, um diese Daten außerhalb der Cloud zu verarbeiten ist Edge Computing.

Edge Computing

Edge und Fog Computing werden oft gleichgesetzt, bezeichnen aber unterschiedliche Strategien. Edge Computing findet im Gegensatz zu Fog Computing direkt am oder sogar im Endgerät statt, also am äußersten Rand des Netzwerks (engl.: edge = Rand).

Unabhängig ob am oder im Endgerät, werden beim Edge Computing die Daten der angebundenen Sensoren, gesammelt, gefiltert, komprimiert, gegebenenfalls verschlüsselt und weiter gesendet. Edge Computing ist nur für sehr einfache Analysen gedacht und die jeweils fest definierten Aufgaben werden ohne Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten erledigt. Ein Edge-Gerät kennt nur die physisch oder per Funk angeschlossenen Komponenten, erledigt die vorgesehenen Analysen und schickt die Daten weiter an den nächsten Knoten im Netzwerk.

Mit Hilfe von Edge Computing lassen sich Daten reduzieren, bevor sie in das lokale Netzwerk gelangen. Die zu nennenden Vorteile sind ähnlich zum Fog Computing. Hauptsächlich wird die entstandene Datenmenge reduziert und somit das lokale Netzwerk weniger belastet.

Für die Vorverarbeitung am Endgerät können sogenannte Edge Gateways (siehe beispielhaft Abbildung 2) verwendet werden. Für die Vorverarbeitung direkt im Endgerät werden meist integrierte Prozessoren verwendet, in diesem Fall fällt die Verwendung eines Edge Gateways weg.

Bei der Verwendung von Edge Gateways lässt sich, im Gegensatz zu integrierten Lösungen, die Lebensdauer der angeschlossenen Sensoren, bzw. die Batterielebensdauer verlängern, da Analysen ausgelagert werden.

Ein Beispiel für eine sinnvolle Nutzung von Edge Computing sind Smart Meter. Smart Meter sind intelligente Stromzähler, die eine große Menge an Daten durch Messungen in kurzen Intervallen produzieren. Mit Hilfe von Edge Computing, in diesem Fall durch die eingebettete Lösung, lassen sich diese Daten reduzieren, bevor sie weiter über das Netz transportiert werden.

Unterschiede Fog und Edge

Die Begriffe Fog und Edge Computing werden oft redundant benutzt. Allerdings gibt es mittlerweile eine fest definierte Abgrenzung zwischen den beiden Lösungen. Diese wurde unter anderem vom OpenFog Consortium formuliert.

Das OpenFog Consortium wurde 2015 von ARM, Cisco, Dell, Intel, Microsoft und der Princeton University gegründet und beschäftigt sich sowohl mit technischen Arbeiten rund um Fog Computing als auch mit der Entwicklung von Standards zu dem Thema, zusammen mit dem IEEE.
Fog Computing ist demnach ein Oberbegriff für die Datenvorverarbeitung im lokalen Netzwerk, Edge Computing eine spezielle Form der Datenvorverarbeitung.

Ein Fog Node kennt alle in der Domäne vorhandenen Geräte. Bei Analysen kann auf die anderen Geräte zugegriffen und mit ihnen kommuniziert werden. Fog Nodes können Entscheidungen basierend auf den erhaltenen Daten treffen und sogar geringe Datenmengen zwischenspeichern.

Im Edge hingegen werden lediglich einfache Aufgaben wie das Filtern und Zusammenfassen von Daten ausgeführt. Edge Geräte kennen sich untereinander nicht und interagieren somit auch nicht miteinander.

Fog Nodes sind meistens bereits im Netzwerk vorhandene Geräte, deren Rechenleistung für Analysen genutzt wird. Sie befinden sich in einer zusätzlichen hierarchischen Ebene zwischen den Endgeräten und der Cloud. Edge Computing findet hingegen direkt am oder sogar im Endgerät statt.

Abbildung 2: Beispielhafte Darstellung von Edge Gateways [2]

Ein wichtiger Punkt ist hierbei, dass sich beide Ansätze nicht ausschließen, sondern sehr gut in Kombination verwendet werden können. So können die anfallenden Daten mit Edge Computing gefiltert, zusammengefasst und an den nächsten Fog Node gesendet werden. Eine Fog-Computing-Ebene führt erste Analysen der Daten durch. Alle Aufgaben, die komplexer sind oder aus anderen Gründen nicht im Fog verarbeitet werden können, werden in die Cloud weitergeleitet. Diese hierarchische Darstellung ist in Abbildung 3 dargestellt.

Die Cloud ist weiterhin eine wichtige Struktur, die nicht von Fog Computing abgelöst wird. Sie bietet wesentlich mehr Ressourcen und ist damit für bestimmte Anwendungsfälle geeigneter als Edge oder Fog Computing. Im folgenden Abschnitt werden einige Anwendungsfälle genauer betrachtet.

Use Cases

Das OpenFog Consortium beschäftigt sich neben der Etablierung von Standards und den technischen Arbeiten rund um Fog Computing auch mit der Veröffentlichung von Best Practices im Zusammenhang mit ausgewählten Anwendungsfällen.

Ein solcher Anwendungsfall, in dem sowohl Edge als auch Fog Computing eine wichtige Rolle spielen, ist das autonome Fahren. [3] In einem autonomen Fahrzeug sind über hundert Sensoren verbaut, die dafür sorgen, dass das Auto zum einen Schilder und Fahrspuren erkennt, aber auch rechtzeitig auf Hindernisse reagieren kann. [4] Besonders in letzterem Fall muss das Auto schnellstmöglich reagieren, das heißt der Faktor Echtzeit spielt eine sehr große Rolle. Um nicht auf die Antwort eines entfernt gelegenen Cloud-Servers zu warten, müssen diese Analysen lokal durchgeführt werden, also im Fog.

Zusätzlich müssen die Daten nicht nur in Echtzeit analysiert werden, sondern auch offline. Wenn das autonome Fahrzeug durch einen Tunnel fährt oder aus anderen Gründen vom Netz getrennt ist, müssen sämtliche Systeme genauso funktionieren wie mit einer bestehenden Netzanbindung. Ein weiterer Punkt, der für die Verarbeitung der Daten im Fog spricht.

Darüber hinaus ist es nicht empfehlenswert, die Daten alle sofort in die Cloud zu schicken, sobald das Auto eine Netzverbindung hat. Bei einer schlechten Verbindung kann dies sogar zum Verlust der Daten führen. Ein gezieltes Sammeln und Bündeln ist hier sinnvoll. Das heißt Edge Computing ist im autonomen Fahrzeug genauso wichtig wie Fog Computing.

Ein anderer Anwendungsfall sind, wie bereits erwähnt, Smart Meter. Smart Meter sammeln ebenfalls sehr viele Daten in sehr geringen Abständen, aber ohne dass sie in Echtzeit verarbeitet werden müssten. Diese Daten werden noch im Smart Meter, also im Edge, gesammelt und gefiltert. Bei den meisten Geräten lässt sich konfigurieren, in welchem Abstand diese Daten weitergeleitet werden.

In diesem Fall wäre es zwar auch möglich, hinter den Smart-Metern eine Art Fog-Struktur aufzubauen, aber nicht zielführend. Die Kosten, ein solches Netz aufzubauen, sowie die Komplexität, die dadurch im lokalen Netz entsteht, stehen in keinem Verhältnis zum Nutzen. Es reicht, die Daten zu sammeln und diese anschließend in die Cloud weiterzuleiten.

Kombination von Fog und Edge Computing

Abbildung 3: Kombination von Fog und Edge Computing

Es gibt zahlreiche weitere Anwendungsfälle, in denen Fog oder Edge Computing empfehlenswert sind, auf die hier nicht weiter eingegangen wird. Darüber hinaus gibt es aber genauso viele Fälle, in denen diese Architekturmodelle nicht zweckdienlich sind, wie beispielsweise Big-Data-Analysen.
Herausforderungen

Soll Fog Computing in einem passenden Anwendungsfall als Architekturmodell verwendet werden, gibt es dennoch einige Herausforderungen, die beachtet werden müssen.

Bei der Erstellung einer Fog-Computing-Lösung ist es empfehlenswert, sich an dem Standard IEEE 1934 von August 2018 oder an dem Conceptual Model von NIST von März 2018 zu orientieren. Beide greifen die vom OpenFog Consortium entwickelte Referenzarchitektur auf. [5] Es werden unter anderem die acht Grundpfeiler definiert, auf denen eine solche Architektur basieren sollte. Diese sind Sicherheit, Skalierbarkeit, Offenheit, Autonomie, RAS (Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit), Agilität, Hierarchie und Programmierbarkeit. Sie werden in den Veröffentlichungen genauer erläutert.

Dennoch handelt es sich bei Fog Computing nur um ein Architekturmodell. Es gibt keine fest definierten Techniken, die umgesetzt werden müssen. Vielmehr richtet sich das jeweilige Fog-Netzwerk stark nach dem entsprechenden Anwendungsfall. Wie bereits erläutert, gibt es für einige Anwendungsfälle Best-Practice-Vorschläge vom OpenFog Consortium. Diese beziehen sich aber ebenfalls nur auf Architektur-Lösungen und nicht auf spezielle Techniken zur Umsetzung. Konkrete Lösungsansätze können oft aus dem Cloud Computing abgeleitet werden. Da sich diese aber auch nach dem Anwendungsfall richten, ist es schwierig, eine allgemein gültige Fog-Computing-Lösung bereitzustellen.

Auch bei der Entscheidung, welche Kommunikations-Protokolle zwischen den verschiedenen Ebenen Cloud, Fog, Edge und Endgerät eingesetzt werden, gibt es keine universelle Empfehlung. Auf den Ebenen vom Endgerät zum ersten Fog Node gibt es meistens keine Wahlmöglichkeit. Die jeweiligen Sensoren sind nur in der Lage, über das vom Hersteller definierte Protokoll zu kommunizieren. Hauptsächlich sind dies einfache Protokolle wie ZigBee, Z-Wave, SigFox oder ähnliche, da die Endgeräte möglichst einfach und energiesparend entwickelt werden. Das heißt, dass der jeweilige Fog Node, oder das dazwischen gelegene Edge Gateway mindestens in der Lage sein muss, diese Protokolle zu verstehen und auszuwerten. Auf der nächst höheren Ebene, also zwischen den Fog Nodes oder vom Fog zur Cloud sind diese Einschränkungen nicht mehr vorhanden. Da Fog Nodes leistungsfähiger sind als die Endgeräte, können hier auch komplexere Protokolle wie AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) oder Ähnliches genutzt werden. Es kann also das für den Anwendungsfall passendste Protokoll ausgewählt werden.

Zudem gibt es weitere Herausforderungen, die bei der Umsetzung von Fog Computing ebenfalls berücksichtigt werden müssen, zum Beispiel:

  • Die für das Fog Computing verwendeten Geräte müssen regelmäßig gewartet und instandgehalten werden.
  • Da Fog Computing eine dezentrale Datenverarbeitung ist, muss es ein Management für dezentrale Geräte geben.
  • Fog Nodes besitzen im Gegensatz zur Cloud nur limitierte Ressourcen. Es muss vorab definiert werden, welche Aufgaben sinnvoll im Fog verarbeitet werden können und für welche weitere Performance notwendig ist.
  • Wenn die Cloud der zentrale Datenspeicher wird, führt die Vorverarbeitung von Daten letztendlich zu einem Datenverlust in diesem Speicher. Dies ist ein wichtiger Punkt, wenn es beispielsweise um Big-Data-Analysen geht. Es muss sichergestellt werden, dass dieser Datenverlust keine negativen Auswirkungen hat.

Die mit dem Fog Computing eingefügte neue Hierarchie-Ebene im lokalen Netzwerk löst folglich zwar sehr viele Probleme, die im Zusammenhang von Cloud Computing und Internet of Things entstehen, aber sie erhöht auch die Komplexität des eigenen Netzwerks.

Hardware und Software

Die Idee des Fog Computing basiert darauf, Geräte zu verwenden, die bereits im Netzwerk vorhanden sind, wie Router, Gateways, Server, etc. Das heißt eine spezielle Hardware wird hier nicht benötigt. Allerdings müssen die bereits vorhandenen Geräte mit entsprechender Software in ein Fog Netz eingebunden werden. Eine solche Software gibt es mittlerweile von sehr vielen Anbietern. Meistens handelt es sich dabei um die Cloud-Anbieter selbst, die es mit Hilfe von entsprechender Software ermöglichen, deren Cloud-Strukturen lokal aufzubauen und eine Vernetzung von der Fog-Ebene in die jeweilige Cloud zu realisieren.

Edge Computing basiert dagegen meistens auf Hardware. In vielen Endgeräten laufen die oben genannten Edge-Computing-Funktionen auf eingebetteten Systemen und werden somit schon vom Hersteller bereitgestellt. Sollen die Daten eines Endgerätes ohne eine solche Funktionalität im Edge verarbeitet werden, ist zusätzliche Hardware wie ein Edge Gateway nötig. Diese gibt es von verschiedensten Herstellern. Die kleinen Geräte verfügen über verschiedenste Schnittstellen, um unterschiedliche Endgeräte anbinden zu können.

Sicherheit

Sicherheit ist im Fog Computing ein weiteres wichtiges Thema. Der Hauptpunkt ist, dass im Fog Computing meist Geräte genutzt werden, die schon im Netzwerk vorhanden sind und hauptsächlich andere Aufgaben übernehmen. Die Fog Nodes sind also nicht konkret für Fog Computing ausgelegt, sondern für unterschiedlichste Zwecke. Best Practice ist, hier zumindest für den Übergang vom Endgerät ins Fog-Netzwerk gehärtete Fog Nodes zu verwenden. [6]

Allgemein müssen die Geräte, die in das Fog-Netzwerk eingebunden werden, authentisiert werden. Hinzu kommt die Herausforderung, dass es gerade im Fog-Netzwerk, je nach Aufbau, eine hohe Fluktuation an Geräten geben kann (beispielsweise durch Nutzung von PCs als Fog Nodes). Sobald ein infiziertes Gerät dabei ist, kann das zu Problemen führen. Zudem erhöhen zahlreiche Sensoren, Gateways und Fog Geräte allgemein die Angriffsfläche im lokalen Netzwerk. Unternehmen benötigen ein ausgereiftes Patch Management, damit die Endgeräte möglichst über die aktuellsten Software/Firmware-Stände verfügen.

Ein weiterer Punkt ist neben der softwareseitigen Angreifbarkeit die physische Angreifbarkeit, die durch die Verwendung von Edge Gateways oder Fog Nodes entsteht. Das heißt idealerweise müssen auch die einzelnen Endgeräte und deren Ein- und Ausgänge geschützt werden. [6]
Nicht nur die Fog Nodes bieten eine breite Angriffsfläche, sondern auch die Kommunikation zwischen den verschiedenen Geräten und Ebenen. Diese sollte abgesichert und verschlüsselt werden. Da Fog Nodes allerdings auf den Inhalt eines Paketes reagieren, muss eine Entschlüsselung, Prüfung und Wiederverschlüsselung erfolgen. [6]

Auch in diesem Bereich variieren die Anforderungen natürlich je nach Anwendungsfall und müssen daher immer eingehend betrachtet werden.

Fazit

Das Internet of Things wird in den kommenden Jahren weiter wachsen und damit auch die Menge der zu verarbeitenden Daten. Immer mehr Unternehmen gehen den Weg in die Cloud, wie beispielsweise aktuell auch Volkswagen. Die 122 Fabriken des Konzerns sollen in einer „Volkswagen Industrial Cloud“ zusammengeführt werden. [7] Um dabei Echtzeitanforderungen, Offline-Verfügbarkeit und die Reduzierung der Datenmenge im Netzwerk gewährleisten zu können, sind Lösungen wie Fog und Edge Computing ideal und auch notwendig.

Wenn die passende Lösung für den jeweiligen Anwendungsfall gefunden ist, dann bieten sowohl Fog als auch Edge Computing und besonders deren Kombination einen großen Mehrwert in Bezug auf reduzierte Reaktionszeiten und Datenmengen. [8]

1. Literaturverzeichnis

[1] B. Marr, „Data Science Central,“ 09. April 2015. [Online]. Available: https://www.datasciencecentral.com/profiles/blogs/that-s-data-science-airbus-puts-10-000-sensors-in-every-single. [Zugriff am 09. April 2019].

[2] April 2019. [Online]. Available: http://dell.bmc.de/.

[3] „OpenFog Consortium – Autonomous Driving,“ April 2018. [Online]. Available: https://www.openfogconsortium.org/wp-content/uploads/Autonomous-Driving-Short.pdf. [Zugriff am 09. April 2019].

[4] T. Till, Automobil-Sensorik 2, Springer Berlin Heidelberg, 2018.

[5] OpenFog Consortium Architecture Working Group, „OpenFog Reference Architecture for Fog Computing,“ 2017. [Online]. Available: https://www.openfogconsortium.org/wp-content/uploads/OpenFog_Reference_Architecture_2_09_17-FINAL.pdf.

[6] B. A. Martin, F. Michaud, D. Banks, A. Mosenia, R. Zolfonoon, S. Irwan, S. Schrecker und J. K. Zao, „OpenFog security requirements and approaches,“ Fog World Congress (FWC), 2017 IEEE, 2017.

[7] C. Germis, „FAZ,“ 27. März 2019. [Online]. Available: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/unternehmen/vw-verbuendet-sich-mit-amazon-bei-industrial-cloud-16110894.html. [Zugriff am 10. April 2019].

[8] N. W. D. S. N. R. B. Blesson Varghese, „Feasibility of Fog Computing,“ in Proceedings of the 18th international conference on distributed computing and networking, 2017.

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