«Туманные» вычисления вместо «облачных»: новая концепция распределения данных. Коротко и ясно про «туманные вычисления

«Коммерсант» узнал о новом поручении президента: профильные ведомства и «Ростелеком» должны заняться подготовкой инфраструктуры «туманных вычислений». Разбираемся, что такое «туманные вычисления», и какая инфраструктура им необходима.

Что случилось?

Администрация президента РФ поручила Минкомсвязи, Минпромторгу, «Ростелекому» и Агентству стратегических инициатив заняться подготовкой инфраструктуры «туманных вычислений» (буквальный перевод от англ. «fog computing»). Об этом сообщает «Коммерсант» со ссылкой на собственные источники в правительстве.

По данным источника издания, инициатива работы в этой сфере идет от «Ростелекома» и АСИ. Идея Fog computing принадлежит Cisco Systems.

Что такое Fog Computing? Коротко

Это название целого комплекса технологий, похожих на облачные, но ближе к «земле». Fog Computing – необходимое условие для внедрения интернета вещей.

«Туманные» – потому что обработка информации от устройств происходит не в Центре обработки данных (облаке), а в вычислительных центрах (каплях), которые находятся на «границах инфраструктуры», то есть максимально близко к устройству.

Архитектура Fog Computing расширяет облачные технологии до физического «мира вещей». Fog Computing позволяет сместить вычислительные, сетевые функции хранения информации на границу инфраструктуры.

Двумя параграфами ниже менеджер Cisco по развитию новых технологий Игорь Гиркин объясняет на пальцах, что такое «туманные вычисления».

Что значит, «подготовить инфраструктуру»?

Вот, что пишет по этому поводу «Коммерсант»:

«Поручено проработать внедрение "туманных вычислений" в экономику России, а также создание программно-аппаратных комплексов, необходимых для работы инфраструктуры "туманных вычислений"» , – цитирует «Коммерсант» неназванный источник.

Представить результаты выполнения поручения необходимо в октябре. Министерства уже начали консультации с компаниями, которые занимаются интернетом вещей и знакомы с технологиями «туманных вычислений».

Зачем России Fog Computing?

«Туманные вычисления» необходимы для дальнейшего развития «интернета вещей», объем рынка которого уже к 2020 году вырастет почти в три раза и, согласно прогнозу IDC, превысит $7 млрд.

Агентство стратегических инициатив занимается, в частности, определением перспективных рынков, в которых отечественные компании могли бы занять существенную нишу. Вероятно, АСИ увидело в новой технологии потенциал. Что радует.

В ноябре 2015 года Cisco, Microsoft, Dell, ARM, Intel и Princeton University основали OpenFog Consortsium для создания открытой архитектуры, которая обеспечит масштабируемость и совместимость различных устройств.

Игорь Гиркин

менеджер Cisco по развитию новых технологий

Выдержки из выступления на конференции Connected Russia

«Число подключенных к интернету устройств растет, и возникает проблема как быстро и надежно подключать не только новые устройства, но и наследуемую базу. Загляните к себе в шкаф под умывальником, там стоят счетчики. Они не IP, и об IP ничего не знают. Тем не менее, там есть проводочки, к коим их можно подключить. Все это хозяйство нужно подсоединять. Для чего? По разным причинам. Это, конечно, и монетизация услуг, и удобство.

Если мы повесим, допустим, на пожилого человека датчик, и он какое-то время не будет срабатывать – это еще ничего не значит. Может, человек сидит и книжку читает. Нужны дополнительные датчики, информация с датчиков должна соотноситься тут же – либо в квартире, либо в доме, – и должно приниматься решение – действительно человек лежит обездвижен, уже не дышит, либо просто сидит».

Традиционная для сегодняшнего дня система связи выглядит так: есть клиентское устройство, и есть ЦОД. Пока до ЦОДа данные дойдут, они могут устареть. В некоторых случаях задержка не имеет значения, а иногда может стать критичной.

«Понятно, что если собачка бегает с ошейником, который передает информацию о ее местонахождении и о том, бьется ее сердце или нет, хозяин, если он сидит далеко от собачки, будет получать информацию из ЦОДа. Но если речь идет о межмашинном взаимодействии в современном его понимании, то желательно, чтобы устройство было подключено как можно ближе к интеллектуальным узлам с распределенным вычислением».

Контроллеры известны давно, но они не обеспечивают сетевого взаимодействия, а значит, не могут принимать максимально адекватные и эффективные решения. Кроме того, так называемые наследуемые устройства вообще непонятно как подключать к сети. Разные компании разрабатывают разные устройства, но стараются делать их максимально стандартизированными.

«Концепция туманных вычислений не только подразумевает перенос интеллекта ближе к конечному устройству, но и позволяет подключить это конечное устройство любыми интерфейсами. Люди сами могут разработать интерфейсы, сами могут наделить эти интерфейсы нужными инструментами благодаря виртуализации, и подключить устройство в сеть. Сделать IoT – интернет вещей».

Примеры применения Fog computing компанией Cisco

Программная основа в первую очередь, вероятно, будет включать в себя гипервизор, способный консолидировать мощность «туманной сети» и представлять их как одну многопроцессорную систему. Такой подход в свое время уже использовался в ОС OpenMosix. Запрошенные потребителем (другой «каплей») ресурсы выделятся в виде виртуальной машины, в которой запускается, например, bare-metal Java-машина. В ней развертывается пакет приложения, приложение запускается, и так далее…

Особо стоит упомянуть о роли компьютеров-каплей в качестве «пользовательского терминала» - это единственный сценарий, когда к «капле» подключается какая-то периферия. Мне это видится, как некие устройства оболочки, наподобие SmartDocks от Motorola: оболочка-смартфон, оболочка-планшет, оболочка-ноутбук, оболочка-десктоп. Оболочка-ноутбук и оболочка-десктоп вполне могут вмещать в себя несколько модулей, и таким образом нести многоузловой частный кластер, «облачко тумана». А человек превращается в реальную PAN.

При таком подходе апгрейд системы превращается в простое подключение новых узлов. Если узлы-капли будут размером с MicroSD-карточку, будущим системным блоком вполне может оказаться трехлитровая банка с пластинами беспроводного питания по торцам, и тоненькой ниточкой оптики к огромному монитору.
В такой ситуации «три килограмма контрафактных серверов» уже не выглядят бредом.

Суммируя вышесказанное, можно отметить, что нам не видать «туманных ПК» и «туманных сетей» пока не будут выполнены следующие требования:

Наличие высокоэффективных (в Вт/MIPS) SoC распространенной архитектуры (ARM, x86, AMD64) с минимальной обвязкой по экстремально низкой цене ($2 - $10)
- Стандартизация и распространение консолидирующих гипервизоров
- Повсеместное распространение IPv6 и скоростных интерфейсов - как кабельных, так и беспроводных.
- Наличие дешевых и емких источников автономного питания (как минимум на порядок более емких, чем литий-ионные аккумуляторы)

За кадром остались вопросы аутентификации, авторизации, и разделения ресурсов «капли» несколькими «туманными сетями».

О туманных вычислениях более-менее громко заговорили в прошлом году, и вот уже это направление постепенно выбирается на рыночный свет.

Это всё та же поставка сервисов, приложений, данных, вычислительных мощностей и виртуальных хранилищ через сеть, только в случае тумана делается принципиальный акцент на том, что все эти услуги предоставляются абсолютно распределённо, без каких-либо компромиссов в плане обязательной доступности каждого узла туманной (технически -- mesh-) сети, который может в любой момент отказать, но ничего страшного: таких узлов («капель» в терминологии Fog Computing) будут миллионы и миллиарды.

Кстати, с инфраструктурной т.зр. -- облачные вычисления, в которых формально отсутствует важнейшая концепция «узла», пожалуй, потому и подвергаются такой яростной критике на уровне терминологии. А вот цифровой Туман, по своему прямому смыслу -- это огромное количество капель, каждая из которых представляет собой микрочип, способный автономно функционировать несколько лет, и по запросу выполняющий определённые вычисления. Такие капли можно разбрасывать на каждом шагу, рассыпать на столе, таскать в карманах итд. В некоторых киберпанковских играх существует подобная концепция «прокачки» -- когда способности персонажа определяются количеством чипов, которые он может задействовать для своего развития.

Технически же Fog Computing подразумевает использование исключительно распределённых программных систем и сред параллельного программирования, поддерживающих миллиарды узлов.

Главный недостаток облачных вычислений - это последняя миля, медленная доставка сервиса пользователю из конкретного ЦОДа без задержек. Взамен этому принципу приходит обеспечение его системами, сочетающими скорострельность локальных систем и мощь облачных. Модель everything-as-a-service способна наконец реализовать слоган «данные с любого устройства, в любое время и в любой точке мира».

Но в чем же все таки явно заметное для конечного пользователя отличие тумана от облака?

Поставка данных физически ближе к пользователю. Сейчас нужные данные из американского облачного ЦОДа гонятся на мой гаджет через весь мир. А в тумане они будут храниться на моем журнальном столике, кэшируясь автоматически и совершенно незаметно, и молниеносно загружаясь через локальную сеть. Особо эффективны в этом контексте туманные сервисы, поставляющие потоковые услуги (например, онлайновые фильмы) -- в частности, за счёт кэширования фильмов в локальных туманах (вспомните по аналогии локальные файловые «помойки» с терабайтами вареза, некогда существовавшие у каждого провайдера, откуда нужный софт можно было загрузить молниеносно).
- географическая привязка облаков к конкретной области. Даже если ЦОД расположен физически в соседнем доме с моей организацией, которая обрабатывает Большие данные, эти потоки пойдут к ней через всю планету (на 70% -- через каналы Западной Европы и США, контролируемые АНБ))). А туманная технология позволит организовать туманный сервис непосредственно в офисе, который будет связан с ЦОДом практически напрямую, и без дорогостоящей возни с прокладкой оптоволокна.
- существенно упростится эксплуатация и администрирование мобильных устройств - сейчас их количество и нагрузка на них стремительно растёт, а туман позволяет существенно ускорить поставку нужных данных на смартфоны и вести при этом тотальный контроль за их работой и, например, определять местоположение сотрудника в корпоративном тумане с любой точностью.
- важно, что туман начинают внедрять по всей вертикали - от низов до топ-менедмента и от рядовых магазинчиков до крупнейших онлайновых сервисов. Все они крайне заинтересованы в скоростной поставке своих данных интенсивно использующим свои гаджеты пользователям по всему миру, но когда в организации 1-2 ЦОДа, этот процесс превращается в технологический кошмар.
- реальная возможность бесшовной интеграции тумана и облака! Сегодня вполне возможно выделить пользовательские данные, чтобы они «жили» на облачном краю, выделяясь в географически локальные туманы.

Можно ещё сказать так: облака - это нечто, инфраструктурно живущее в ЦОДе. Туман - это нечто, живущее на земле, непосредственно рядом с нами. Кроме того, все специалисты отмечают очень высокую защищённость туманной системы -- из-за сложного процесса распределённой обработки разбитых на кусочки данных огромным количеством узлов.
По большому счету, Туманный компьютинг - это последняя промежуточная стадия между облачными вычислениями и Интернетом вещей, или даже Интернетом Всего (Internet of Everything).

Большинство облачных вычислительных служб подразделяются на три общие группы: инфраструктура как услуга (IaaS), платформа как услуга (PaaS) и программное обеспечение как услуга (SaaS). Такие службы иногда называют облачным вычислительным стеком, потому что они накладываются одна на другую. Если вы узнаете, что они из себя представляют и чем друг от друга отличаются, то вам будет проще реализовать поставленные бизнес-цели.

Инфраструктура как услуга (IaaS)

Платформа как услуга (PaaS)

PaaS относится к облачным вычислительным службам, которые поставляют среду, доступную по запросу, для разработки, тестирования, доставки приложений программного обеспечения и управления ими. PaaS упрощает разработчикам задачу быстрого создания веб-приложений или мобильных приложений без необходимости иметь дело с базовой инфраструктурой серверов, хранилища, сети и баз данных, необходимых для разработки. Дополнительные сведения см. в разделе Что такое PaaS?

Программное обеспечение как услуга (SaaS)

SaaS - это метод доставки программного обеспечения для приложений через Интернет по запросу и обычно на основе подписки. В схеме SaaS облачные поставщики размещают программное обеспечение и базовую инфраструктуру и управляют ими, а также занимаются всем обслуживанием, включая обновление программного обеспечения и установку исправлений безопасности. Пользователи подключаются к приложению по Интернету, обычно с помощью веб-браузера на своем телефоне, планшете или ПК. Дополнительные сведения см. в разделе

Если вам кажется, что на картинке ничего не видно, то я отвечу, на картинке отчетливейшим образом изображен туман! ;) В связи с выходом из вынужденного захабренного молчания публикую свой небольшой футурологический очерк.

Ура! То, о чем так давно боялись спросить большевики, случилось! В след за облачными вычислениями сегодня мы открываем эпоху туманных (fog) вычислений!

Туманные вычисления - и звучит как-то туманно. Попробую в двух словах донести эту парадигму до читателя, невооруженного википедией и гуглом. Для вооруженных же придется сказать, что сие словосочетание уже было испохаблено одним из видов облачных вычислений, которые принципиально ни чем от них не отличаются.

Итак, туманные вычисления. Как нетрудно догадаться, «туман» - это, как и «облако» некоторая связанная распределенная вычислительная мощность. Применим дифференциальный подход к облаку и положим, что вместо одного дискретного узла облака (да, в настоящих облаках нет узлов и в этом кроется вся фальшивость этого термина) в составе: процессор, ОЗУ, ПЗУ, устройства ввода/вывода мы имеем скалярное поле (распределение в объеме плотности) вычислительной мощности, оперативной и постоянной памяти, а также векторное поле потоков данных.

В этой точке можно выдохнуть и дальше попробую без этих заморочек. Компьютеры становятся меньше. Компьютеры становятся дешевле. Сейчас МП3 плейер имеет вычислительную мощность на порядки больше, чем первый компьютер, созданный для решения сверх ответственных военных и научных задач. Про размер и самое главное - потребление энергии я молчу. Сейчас плотность вычислительных устройств настолько высока, что впору применять к ней статистические методы. Когда-то видел отличную статью, где приводилась суммарная выч. мощность устройств в разрезе выч. мощности одного устройства и оказалось, что вся сила не в суперкомпьютерах, а в дешевых мобильных телефонах.

Вместе с удешевлением компьютеров подешевели и системы связи. Блютус есть почти везде и я не уверен, что в моих кроссовках его нет. И вот именно сейчас не осталось преград для того, чтоб все эти маленькие слабенькие вычислительные машинки объединились в один большой сиреневый вычислительный туман.

В основе «тумана» лежит «капля» - чип микроконтроллера с памятью и интерфейсом для передачи данных на борту, и чип беспроводной связи типа Mesh (сенсорная сеть). Питание «капля» получает от маленькой батарейки, которой тем не менее хватит на пару лет работы с регулярными перерывами на сон (picoPower от Atmel рулит). К «капле» могут быть подключены устройства ввода (датчики всех мастей, от температуры и напряжения до положения в пространстве и уровня ультрафиолетового излучения) и вывода (светодиоды, жк и лед индикторы, сухие контакты и т.п.) Уже попахивает Скайнетом, не правда ли?

«И вот когда мы в двух шагах от груды сказочных богатств...» - как пел герой известного мультмюзикла, остается самое интересное - в этой сети может хранится и обрабатываться информация, непосредственно не связанная с этими самыми датчиками. Очевидно, что для большинства задач производительности современных микроконтроллеров более чем достаточно и мы получаем поле избыточной вычислительной мощности. А денег, патронов и вычислительной мощности, как известно, лишних никогда не бывает.

Вот такая вот у нас получается штука. Поживем увидим, был ли прав С.Лем в своем «Футурологическом конгрессе» и я в вычислительном тумане?