Edge Computing, Fog Computing oder beides?

Was ist Cloud Computing?

Eine vereinfachte Definition von Cloud-Computing ist Rechenleistung, die als Online-Dienst zur Verfügung gestellt wird. 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 vorteilhaft. Ein gutes Beispiel sind Anbieter von Online-Speicher- und Dateiverwaltungsdiensten. Beispielsweise ist Google Drive ein solcher Dienst. Dabei werden Dateien nicht auf physischen Geräten, sondern vielmehr „in der Cloud“ gespeichert. In industriellen Anwendungen könnten diese Daten, die in vielen Formen vorliegen, ihren Ursprung bei IoT-Sensoren haben. Sie können an einen Cloud-Service wie Microsoft Azure gesendet werden. Dazu müssen die Daten von den physischen Geräten im Feld in die Cloud übertragen werden. Hier kommen Edge-Computing und Fog-Computing ins Spiel.

Einblick und Beispiel Edge Computing

Edge Computing findet im Gegensatz zu Fog Computing direkt am Endgerät statt, also am äußersten Rand des Netzwerks statt. Beim Edge Computing werden die Daten der angebundenen Sensoren gesammelt, gefiltert, komprimiert, ggf. verschlüsselt und weitergesendet. Für die Vorverarbeitung am Endgerät können sogenannte IoT Edge Gateways verwendet werden. Bei der Verwendung von Edge Gateways lässt sich, im Gegensatz zu integrierten Lösungen, die Lebensdauer der angeschlossenen Sensoren, bzw. die Batterielebensdauer verlängern, da komplexe 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 Daten reduzieren, bevor sie weiter über das Netz transportiert werden. Weitere Informationen zum Edge Computing finden Sie in unserem kurzen Erklärfilm. 

Einblick und Beispiel Fog Computing

Fog-Computing ist eine Rechenebene zwischen Cloud und Edge. Beim Edge-Computing können große Datenströme direkt an die Cloud gesendet werden. Fog-Computing hingegen kann die Daten von der Edge-Ebene empfangen, bevor sie die Cloud erreichen. Anschließend werden nur relevante Daten in der Cloud gespeichert. Gleichzeitig können die irrelevanten Daten gelöscht oder in der Fog-Ebene für den Fernzugriff oder zur Information lokalisierter Lernmodelle analysiert werden. Ein gutes Beispiel für Fog-Computing wäre eine Embedded-Anwendung auf einer Produktionslinie, bei der ein mit einem Edge Gateway verbundener Temperatursensor die Temperatur jede einzelne Sekunde misst. Diese Daten würden dann zur Überwachung von Temperaturspitzen an die Cloud weitergeleitet werden. Stellen Sie sich vor, dass alle Temperaturmessungen, jede einzelne Sekunde eines 24/7-Messzyklus, an die Cloud gesendet werden. Mit einer Fog-Ebene würde das Edge-Gateway die Daten zunächst über ein lokalisiertes Netzwerk an die Fog-Ebene senden. Anhand bestimmter Parameter wird hier entschieden, ob und welche Daten in die Cloud gesendet werden. Damit wird der Datenverkehr reduziert. Für einfache Temperaturmesswerte mag diese Datenersparnis vernachlässigbar erscheinen. Aber stellen Sie sich die Auswirkungen vor, wenn diese konstanten Datenströme mit viel komplexeren Informationen oder großen Dateien, wie Bildern oder Videos, gefüllt würden.

Vorteile Fog Computing

Ein Vorteil ist die Effizienz des Datenverkehrs und die Reduzierung der Latenz. Durch die Implementierung einer Fog-Ebene werden die Daten, die die Cloud für ihre spezifische Embedded-Anwendung empfängt, reduziert. So kann sie direkt auf die Daten von der Fog-Ebene reagieren. Weitere Vorteile sind der geringere Speicherplatz, der für die Cloud-Anwendung benötiget wird sowie ein schnellerer Datentransfer durch das geringere Datenvolumen.

Nachteile Fog Computing

Es wird deutlich, dass Fog-Computing Edge-Computing nicht ersetzen kann. Allerdings kann Edge-Computing ohne Fog-Computing funktionieren. Bei Fog Computing handelt es sich um ein komplexes System, das in eine bestehende Infrastruktur integriert werden muss. Das ist mit einem großen Aufwand verbunden. So ist Fog-Computing nicht für jedes Szenario geeignet. Jedoch können für einige Anwendungen die oben genannten Vorteile attraktiv sein, wenn eine direkte Edge-to-Cloud-Datenarchitektur verwendet wird.

Unterschiede zwischen Edge Computing und Fog Computing – Funktionsweisen

Die Begriffe Fog und Edge Computing werden oft redundant benutzt. Allerdings gibt es mittlerweile eine fest definierte Abgrenzung zwischen den beiden Lösungen. Fog Computing ist demnach ein Oberbegriff für die Datenvorverarbeitung im lokalen Netzwerk, Edge Computing eine spezielle Form der Datenvorverarbeitung. Ein Fog-Gerät kennt alle in der Domäne vorhandenen Geräte. Bei Analysen kann auf die anderen Geräte zugegriffen und mit ihnen kommuniziert werden. Fog-Geräte können Entscheidungen basierend auf den erhaltenen Daten treffen und geringe Datenmengen zwischenspeichern. Im Edge hingegen werden Aufgaben wie das Filtern und Zusammenfassen von Daten ausgeführt. Edge Geräte kennen sich untereinander nicht und interagieren somit nicht.

Fog Nodes sind meistens bereits im Netzwerk vorhandene Geräte. 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.

Auswahl der richtigen Hardware und Software

Die Idee des Fog Computing basiert darauf, Geräte zu verwenden, die bereits im Netzwerk vorhanden sind (z. B. Industrie Router, Gateways, Server). 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 Software-Lösungen bereitstellen, für eine Vernetzung von der Fog-Ebene in die jeweilige Cloud.
Edge Computing basiert dagegen meistens auf Hardware. Auf vielen Endgeräten werden die oben genannten Edge-Computing-Funktionen ausgeführt. Diese sind eingebettet in bestehende Systeme und werden vom Hersteller bereitgestellt. Sollen die Daten eines Endgerätes ohne eine solche Funktionalität am Edge verarbeitet werden, wird zusätzliche Hardware wie z. B. ein Edge Gateway benötigt. Die Geräte verfügen über verschiedenste Schnittstellen, um unterschiedliche Endgeräte anzubinden.
In Bezug auf die notwendige Hardware bzw. Art der Industrie Computer, lässt sich ein Edge Gateway leicht für den gleichen Zweck wie ein Fog-Server einsetzen. Der Grund dafür ist, dass es Unterschiede in der Datensammlung und -verarbeitung gibt, aber nicht in den Funktionen und Fähigkeiten der Hardware.