Computación en la niebla:las pilas de cómputo de TI se encuentran con el control de arquitectura abierta

La computación en la niebla se está volviendo más popular y se está abriendo camino como concepto para implementar el IoT industrial. El Consorcio OpenFog define la computación en la niebla como "una arquitectura horizontal a nivel de sistema que distribuye recursos y servicios de computación, almacenamiento, control y redes en cualquier lugar a lo largo del continuo desde la nube hasta las cosas". Profundizando en la definición, el propósito es proporcionar recursos informáticos y de gestión de datos de baja latencia y de proximidad para respaldar la autonomía y los sistemas inteligentes conscientes del contexto.

En particular, la computación en la niebla facilita una arquitectura de Internet abierta para sistemas de cómputo escalables peer-to-peer que admiten análisis de borde, monitoreo local y sistemas de control. Es esta última aplicación para controlar la que creo que es particularmente interesante. Los sistemas de control se han implementado durante décadas en múltiples industrias, y recientemente algunas de estas industrias se han movido para crear arquitecturas de control abiertas e interoperables. En este blog, veremos algunos marcos de arquitectura abierta existentes que se parecen a Fog y cómo la computación en Fog y estas iniciativas de marco podrían beneficiarse de la polinización cruzada.

Control de arquitectura abierta

En 2004, la Marina comenzó a desarrollar su Arquitectura Marina Abierta. En un esfuerzo por reducir costos y aumentar la velocidad y la flexibilidad en la adquisición de sistemas, el Departamento de Defensa presionó a la industria para que estableciera y usara arquitecturas abiertas. El propósito era simplificar y abaratar la integración de sistemas definiendo claramente el software de infraestructura y la electrónica que “unen” los subsistemas o sistemas. La Marina seleccionó a DDS como su estándar de publicación y suscripción para mover datos en tiempo real a través de su backplane de software (Figura 1 a continuación).

Figura 1. Descripción general funcional de la arquitectura abierta de la Marina. El middleware de distribución y adaptación, en el centro, es para integrar aplicaciones de software distribuidas.

Un avance rápido hasta ahora y encontramos que la arquitectura de referencia del Consorcio OpenFog se parece mucho a una versión moderna basada en TI de lo que la Marina armó en 2004 para el control de la arquitectura abierta. Dado que esta arquitectura abierta de la Marina se implementa y se ejecuta con éxito en varios barcos, podemos estar seguros de que la computación en la niebla como patrón arquitectónico tiene sentido para los sistemas del mundo real. Además, es probable que podamos beneficiarnos de las lecciones aprendidas en el desarrollo y despliegue de la arquitectura de la Marina.

OpenFMB

El bus de mensajes de campo abierto (OpenFMB) es un estándar de marco de control distribuido de inteligencia de borde más reciente para aplicaciones de redes eléctricas inteligentes. Está siendo desarrollado por SGIP (Smart Grid Interoperability Panel). Las empresas de energía están buscando formas de crear sistemas de suministro de electricidad más eficientes y resistentes que aprovechen las soluciones de alta tecnología y energía limpia.

En lugar de grandes centrales eléctricas centralizadas que queman combustibles fósiles o utilizan energía nuclear para impulsar turbinas y generadores giratorios, los recursos energéticos distribuidos (DER) han surgido como alternativas más ecológicas y locales (al borde de la red eléctrica) que no tienen que transmitir electricidad. Sobre largas distancias. Los DER son típicamente soluciones de energía limpia (solar, eólica, hidroeléctrica, geotérmica) que proporcionan generación, almacenamiento y consumo local de electricidad. Pero los DER son intermitentes y deben administrarse y controlarse localmente, en lugar de centralmente, que es todo lo que está disponible en la red eléctrica actual.

La inteligencia distribuida y el control perimetral son la solución. El marco OpenFMB se está implementando y probando en bancos de pruebas de redes inteligentes y sistemas de campo. Al observar la arquitectura OpenFMB (Figura 2 a continuación), puede ver el concepto de un bus de integración de software claramente ilustrado.

Figura 2. La arquitectura OpenFMB integra subsistemas y aplicaciones a través de un bus central de publicación-suscripción en tiempo real.

Al igual que la arquitectura abierta de la Marina, la arquitectura de inteligencia distribuida OpenFMB se parece mucho a un entorno informático de niebla. Dado que OpenFMB aún está en desarrollo, apostaría a que el consorcio OpenFog y el equipo del proyecto OpenFMB se beneficiarían de la colaboración.

OpenICE

El monitoreo de pacientes, particularmente en unidades de cuidados intensivos y salas de emergencia, es un proceso desafiante. Puede haber más de una docena de dispositivos conectados a un paciente, y ninguno de ellos interopera. Para integrar los datos necesarios para tomar decisiones inteligentes sobre el bienestar y la seguridad del paciente, alguien tiene que leer la interfaz de cada dispositivo y hacer una "fusión de sensores" en su cabeza o verbalmente con otra persona.

OpenICE, el entorno clínico integrado de código abierto, fue creado por la comunidad de TI de la atención médica para proporcionar un marco de arquitectura abierta que respalde la interoperabilidad de dispositivos médicos y el desarrollo de aplicaciones médicas inteligentes. OpenICE (Figura 3 a continuación) proporciona un bus de datos central para integrar aplicaciones de software y dispositivos médicos.

Figura 3. La arquitectura informática distribuida de OpenICE, con bus de datos basado en DDS, facilita la integración de aplicaciones de software y dispositivos médicos.

Una vez más, la arquitectura OpenICE admite la supervisión, la integración y el control locales distribuidos y se parece mucho a una arquitectura de niebla.

Y ahora Open Process Automation

Más recientemente, Exxon-Mobil y otros clientes de automatización de procesos se han reunido a través del Foro de automatización de procesos abiertos para comenzar a definir un marco de automatización de procesos de arquitectura abierta. Si observa las diversas refinerías administradas por Exxon-Mobil, encontrará sistemas de control distribuidos de varios proveedores. Cada proveedor importante de sistemas de automatización de procesos o sistemas de control distribuido tiene sus propios protocolos, interfaces de gestión y ecosistemas de desarrollo de aplicaciones.

En este entorno de jardín amurallado, la integración de un subsistema, sensor o dispositivo más reciente y mejor es mucho más desafiante. Los costos de integración son más altos, los fabricantes de dispositivos deben admitir múltiples protocolos y el desarrollo de aplicaciones de software debe estar dirigido a cada ecosistema. La oportunidad para el Open Process Automation Forum es desarrollar una arquitectura única basada en IIoT que fomentará la innovación y agilizará la integración.

Al observar el diagrama de Exxon-Mobil a continuación, encontramos, nuevamente, una arquitectura centrada en un bus de integración, al que llaman bus de servicio en tiempo real. El propósito es proporcionar una aplicación de software de arquitectura abierta y un bus de integración de dispositivos.

Figura 4. Visión de Exxon-Mobil de una arquitectura de automatización de procesos abierta centrada en un bus de servicio en tiempo real.

Nuevamente, vemos una arquitectura muy similar a lo que se está desarrollando en el IIoT como computación en la niebla.

La oportunidad

Cada una de estas iniciativas de arquitectura abierta busca aplicar técnicas, tecnologías y estándares modernos de IIoT a sus desafíos particulares de monitoreo, análisis y control. Los beneficios son fomentar la innovación con un ecosistema abierto y optimizar la integración con una arquitectura abierta.

En cada caso, un elemento central de la arquitectura es un bus de integración de software (en muchos casos un bus de datos DDS) que actúa como el backplane del software facilitando el control, la supervisión y el análisis distribuidos. Cada grupo también está abordando (o necesita abordar) los otros aspectos de la computación en la niebla, como la seguridad de un extremo a otro, la gestión y el aprovisionamiento de sistemas, la gestión de datos distribuidos y otros aspectos de una arquitectura func

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