Wenn sich die Wolke zu Boden senkt Mit Fog Computing wandert Cloud Computing an den Netzwerkrand

Mit Fog und Mist Computing verlagern sich Ressourcen aus der Cloud näher an den Netzwerkrand. Endgültige Definitionen für die komplementären Konzepte sind bislang Mangelware. Folgender Beitrag versucht dennoch, etwas Licht in die Spielarten des IT-Nebels zu bringen.

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So wie auch die Cloud, lassen sich Fog und Mist als Metaphern verstehen. Während die Wolke als Bild für zentralisierte Ressourcen in meist entfernten Rechenzentren dient, sinken Fog (Nebel) und Mist (Dunst) immer weiter zum irdischen Dasein herab – verlagern also IT-Ressourcen also wieder näher an den Datenursprung, respektive den Netzwerkrand.

Daten schneller und vor Ort verarbeiten

Die Idee dahinter: Wenn Informationen bereits nahe ihrer Entstehung aufbereitet werden, reduziert das unnötige Datentransfers in die Cloud. Das schont Bandbreiten, reduziert Latenzen und kann zu mehr Sicherheit beitragen. Als typisches Anwendungsszenario gilt das Internet der Dinge (IoT) mit seiner unüberschaubaren Vielzahl an Endgeräten und Sensoren: Statt jeden Messwert in die Cloud zu schicken können Daten auch schon per Fog Computing korreliert oder grundlegend analysiert werden. Fog Computing ersetzt die Cloud nicht, sondern ergänzt diese und erweitert diese.

Wirrwarr an Konzepten und Termini

Neben Fog und Mist existieren noch zahlreiche Begriffe und Konzepte die ähnliche oder gleiche Ansätze beschreiben. Hierzu zählen Cloudlets sowie Edge Computing. Das Paper „What is a Fog Node? A Tutorial on Current Concepts towards a Common Definition“ (PDF) verweist überdies auf Intelligent Transport Systems Clouds (ITS-CLouds), Vehicular Ad Hoc NETworks (VANET), Mobile Clouds oder Mobile Grid Computing.

Trotz oder gerade aufgrund zahlreicher ähnlicher Annäherungen an das Thema fehlt es noch an einer allgemein akzeptierten Unterscheidung zwischen den oben genannten Architekturen. Das hat auch die US-Bundesbehörde NIST (National Institute of Standards and Technology) festgestellt und versucht sich in einer eigenen Definition des „Fog Computing Conceptual Model“.

NIST definiert Schichtmodell

Die im März 2018 veröffentlichte Special Publication 500-325 (PDF) beschreibt Fog Computing als mittleren Teil eines Schichtmodells. Das Fog-Layer erlaube dabei den allgegenwärtigen Zugriff auf ein geteiltes Kontinuum skalierbarer IT-Ressourcen.

Die Schicht des Fog Computing liegt als Vermittler zwischen einigen wenigen zentralisierten Cloud Services auf der einen Seite und Millionen von Endgeräten auf der anderen. Als entscheidende Komponente beschreibt das NIST den Fog Node. Das können physische Systeme (etwa Gateways, Switches, Router und Server) oder virtuelle Instanzen (virtuelle Switches/Maschinen, Cloudlets) sein. Fog Nodes agieren eigenständig oder als Teil von (hierarchischen) Clustern und sind sich sowohl ihrer geographischen Verteilung bewusst, wie auch ihrer logischen Anordnung im Cluster.

Fog Nodes lassen sich mit von der Cloud entlehnten Service- und Liefermodellen charakterisieren. Die Systeme können also SaaS, PaaS oder IaaS bereitstellen sowie privat, öffentlich oder einer Nutzergemeinschaft verwendet werden.

Mist Computing als Fog-Untermenge

Mist Computing wird als rudimentäre, leichtgewichtige Untermenge des Fog Computing verstanden. Diese Schicht wird am Rand der Netzwerkfabric verortet und bringt das Fog Computing somit noch näher zu smarten Endgeräten. Beim Mist Computing werden Mikrocontroller oder Mikrocomputer genutzt, um Daten an Fog Nodes weiterzuleiten.

Wie alles anderen Schichten des NIST-Modells ist auch Mist Computing nicht bei allen Architekturen und Implementierungen zwingend anzutreffen.

Wesentliche Eigenschaften des Fog Computing

Weil Fog Nodes ihren logischen Standort sowie Latenzen zu anderen Systemen kennen, realisiert Fog Computing besonders geringe Verzögerungszeiten. Anders als zentral bereitgestellte Clouddienste kann Fog Computing geographisch weit verstreut bereitgestellt werden; somit könnten etwa Videostreams effizient an mobile Fahrzeuge ausgeliefert werden – über am Straßenrand verteilte Proxys und Access Points

Fog Computing muss Geräte mit verschiedenen Formfaktoren sowie unterschiedliche Netzwertypen unterstützen. Als weitere Prämissen nennt das NIST in Echtzeit reagierende Applikationen und eine Provider-übergreifende Interoperabilität.

OpenFog Consortium arbeitet an Interoperabilität

An diesem Thema arbeitet auch das 2015 gegründete OpenFog Consortium. Das hat sich auf die Fahnen geschrieben, eine offene, interoperable „Fog Computing“-Architektur zu erstellen. Zu den Gründungsmitgliedern zählen: arm, Cisco, Dell, Intel, Microsoft und die Princeton University.

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Unterscheidung zu Edge Computing

Wenngleich Fog Computing IT-Ressourcen an den Netzwerkrand verlegt, ist das Konzept nicht zwingend mit Edge Computing gleichzusetzen. Edge Computing steht für spezifische Anwendungen mit unveränderbaren Logiken und einem direkten Datentransfer. Mit Fog Computing werden Hard- und Software dagegen entkoppelt und dynamisch für neue Anwendungsfälle umkonfiguriert.

Das weiter oben verlinkte Papier „What is a Fog Node?“ stellt Fog Computing dagegen als mögliche Kategorie des Edge Computing dar. Unterschiedliche Auslegungen der Edge-Unterkategorien führen die Autoren auf thematisch spezialisiert arbeitende Forschungsgebiete zurück.

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