Fog Computing:Pilhas de computação de TI atendem ao controle de arquitetura aberta

A computação de névoa está se tornando mais popular e está abrindo caminho como um conceito para implantar a IoT Industrial. Fog Computação é definida pelo OpenFog Consortium como “uma arquitetura horizontal de nível de sistema que distribui recursos e serviços de computação, armazenamento, controle e rede em qualquer lugar ao longo do continuum da Nuvem às Coisas”. Analisando mais a fundo a definição, o objetivo é fornecer recursos de computação e gerenciamento de dados próximos à borda de baixa latência para oferecer suporte à autonomia e sistemas inteligentes com reconhecimento de contexto.

Em particular, a computação em névoa facilita uma arquitetura de internet aberta para sistemas de computação escalonáveis ​​ponto a ponto que oferecem suporte a análises de borda, monitoramento local e sistemas de controle. É este último aplicativo de controle que considero particularmente interessante. Os sistemas de controle já existem há décadas em vários setores e, recentemente, alguns desses setores passaram a criar arquiteturas de controle abertas e interoperáveis. Neste blog, daremos uma olhada em alguns frameworks de arquitetura aberta existentes que se parecem com o Fog e como a computação Fog e essas iniciativas de framework podem se beneficiar da polinização cruzada.

Controle de arquitetura aberta

Em 2004, a Marinha começou a desenvolver sua Arquitetura Aberta da Marinha. Em um esforço para reduzir custos e aumentar a velocidade e flexibilidade na aquisição do sistema, o DoD pressionou a indústria a estabelecer e usar arquiteturas abertas. O objetivo era tornar mais simples e barata a integração de sistemas, definindo claramente o software de infraestrutura e os componentes eletrônicos que “unem” os subsistemas ou sistemas. A Marinha selecionou o DDS como seu padrão de publicar-assinar para mover dados em tempo real no painel traseiro do software (Figura 1 abaixo).

Figura 1. Visão geral funcional da Navy Open Architecture. O middleware de distribuição e adaptação, no centro, é para integração de aplicativos de software distribuídos.

Avance até agora e descobrimos que a arquitetura de referência do OpenFog Consortium se parece muito com uma versão moderna baseada em TI do que a Marinha montou em 2004 para o controle de arquitetura aberta. Dado que esta Arquitetura Aberta da Marinha é implantada e funcionando com sucesso em vários navios, podemos ter certeza de que a computação em névoa como um padrão arquitetônico faz sentido para sistemas do mundo real. Além disso, provavelmente podemos nos beneficiar ao observar as lições aprendidas no desenvolvimento e implantação da arquitetura da Marinha.

OpenFMB

O Open Field Message Bus (OpenFMB) é um padrão de estrutura de controle distribuído de inteligência de borda mais recente para aplicativos de rede elétrica inteligente. Está sendo desenvolvido pelo SGIP (Smart Grid Interoperability Panel). As concessionárias de energia estão procurando maneiras de criar sistemas de distribuição de eletricidade mais eficientes e resilientes que aproveitem as vantagens da energia limpa e de soluções de alta tecnologia.

Em vez de grandes usinas centralizadas queimando combustíveis fósseis ou usando energia nuclear para acionar turbinas giratórias e geradores, os Recursos de Energia Distribuída (DERs) surgiram como alternativas locais mais verdes (no limite da rede elétrica) que não precisam transmitir eletricidade em longas distâncias. Os DERs são normalmente soluções de energia limpa (solar, eólica, hídrica, geotérmica) que fornecem geração, armazenamento e consumo local de eletricidade. Mas os DERs são intermitentes e precisam ser gerenciados e controlados localmente, ao invés de centralmente, que é tudo o que está disponível na rede elétrica atual.

Inteligência distribuída e controle de ponta são a solução. A estrutura OpenFMB está sendo implantada e comprovada em bancos de teste de smart grid e sistemas de campo. Olhando para a arquitetura OpenFMB (Figura 2 abaixo), você pode ver o conceito de um barramento de integração de software claramente ilustrado.

Figura 2. A arquitetura OpenFMB integra subsistemas e aplicativos por meio de um barramento central de publicação-assinatura em tempo real.

Como a Arquitetura Aberta da Marinha, a arquitetura de inteligência distribuída OpenFMB se parece muito com um ambiente de computação em névoa. Como o OpenFMB ainda está em desenvolvimento, aposto que o OpenFog Consortium e a equipe do projeto OpenFMB se beneficiariam com a colaboração.

OpenICE

O monitoramento de pacientes, principalmente em unidades de terapia intensiva e pronto-socorros, é um processo desafiador. Pode haver bem mais de uma dúzia de dispositivos conectados a um paciente - e nenhum deles interopera. Para integrar os dados necessários para tomar decisões inteligentes sobre o bem-estar e a segurança do paciente, alguém deve ler o front-end de cada dispositivo e fazer a “fusão de sensores” em sua cabeça ou verbalmente com outra pessoa.

OpenICE, o Ambiente Clínico Integrado de Código Aberto, foi criado pela comunidade de TI da área de saúde para fornecer uma estrutura de arquitetura aberta que oferece suporte à interoperabilidade de dispositivos médicos e ao desenvolvimento de aplicativos médicos inteligentes. OpenICE (Figura 3 abaixo) fornece um barramento de dados central para integrar aplicativos de software e dispositivos médicos.

Figura 3. A arquitetura de computação distribuída OpenICE, com barramento de dados baseado em DDS, facilita a integração de dispositivos médicos e aplicativos de software.

Mais uma vez, a arquitetura OpenICE oferece suporte para monitoramento, integração e controle locais distribuídos e se parece muito com uma arquitetura de névoa.

E agora Open Process Automation

Mais recentemente, a Exxon-Mobil e outros clientes de automação de processos se reuniram por meio do Open Process Automation Forum para começar a definir uma estrutura de automação de processos de arquitetura aberta. Se você olhar para as várias refinarias operadas pela Exxon-Mobil, você encontrará sistemas de controle distribuído de vários fornecedores. Cada grande provedor de sistemas de automação de processos ou sistemas de controle distribuído tem seus próprios protocolos, interfaces de gerenciamento e ecossistemas de desenvolvimento de aplicativos.

Neste ambiente de jardim murado, integrar um subsistema, sensor ou dispositivo mais recente e melhor é muito mais desafiador. Os custos de integração são mais altos, os fabricantes de dispositivos precisam oferecer suporte a vários protocolos e o desenvolvimento de aplicativos de software deve ser direcionado a cada ecossistema. A oportunidade para o Open Process Automation Forum é desenvolver uma arquitetura única baseada em IIoT que irá promover a inovação e otimizar a integração.

Olhando para o diagrama Exxon-Mobil abaixo, encontramos, novamente, uma arquitetura centrada em torno de um barramento de integração, que eles chamam de barramento de serviço em tempo real. O objetivo é fornecer um aplicativo de software de arquitetura aberta e um barramento de integração de dispositivos.

Figura 4. Visão da Exxon-Mobil de uma arquitetura de automação de processo aberta centrada em torno de um barramento de serviço em tempo real.

Novamente, vemos uma arquitetura muito semelhante ao que está sendo desenvolvido na IIoT como computação de névoa.

A oportunidade

Cada uma dessas iniciativas de arquitetura aberta procura aplicar técnicas, tecnologias e padrões modernos de IIoT aos seus desafios específicos de monitoramento, análise e controle. Os benefícios estão fomentando a inovação com um ecossistema aberto e simplificando a integração com uma arquitetura aberta.

Em cada caso, um elemento central da arquitetura é um barramento de integração de software (em muitos casos, um banco de dados DDS) que atua como o backplane do software facilitando o controle distribuído, o monitoramento e a análise. Cada grupo também está abordando (ou precisa abordar) os outros aspectos da computação em névoa, como segurança ponta a ponta, gerenciamento de sistema e provisionamento, gerenciamento de dados distribuídos e outros aspectos de uma arquitetura de computação em névoa funcional. Eles têm a oportunidade de tirar proveito dos outros recursos da IoT industrial além do controle.

Temos a oportunidade de aprender com cada esforço, fazer a polinização cruzada das melhores práticas e desenvolver uma a

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