Fog Computing – das steckt hinter dem Konzept

Die Cloud unterliegt ständigen Veränderungen und entwickelt sich rasant weiter. Das bringt neue Begriffe und Konzepte mit ganz spezifischen Einsatzmöglichkeiten mit sich. Zu diesen zählt das Fog Computing, ein besonderes Cloud-Konzept, das Teil des Edge-Computings ist und sich mit dem Internet der Dinge befasst.

Fog Computing ist eine Form von Cloud-Computing, die speziell in dezentralen Unternehmensnetzwerken zum Einsatz kommt. Bei dezentralen Netzwerken handelt es sich um moderne Strukturen, die vor allem durch IoT und Industrie 4.0 zunehmend an Bedeutung gewinnen. In einem zentralisierten Firmennetzwerk befindet sich im Mittelpunkt ein Server oder die Cloud. Durch das Internet der Dinge und Edge-Computing gibt es immer mehr Knotenpunkte und wichtige Daten entstehen am Rand des Netzwerks. Gleichzeitig steigen die Datenmengen durch die Digitalisierung immer weiter an, sodass Netze zunehmend komplex werden.

Die Bezeichnung Fog, zu Deutsch Nebel, weist auf die Veränderung der Struktur und der Datenwege hin. Während ohne Fog die Verbindung direkt zwischen der Edge und den Rechenzentren besteht, schaltet sich mit dem Fog Computing eine Ebene dazwischen. Diese ist nicht ausschließlich dafür zuständig, die Informationen an die zentrale Cloud weiterzuleiten. Vielmehr findet auf dieser Ebene eine Vorverarbeitung und Sortierung der Informationen, die von den Endgeräten stammen, statt. Es ist nicht immer erforderlich, alle Daten von diesen Endgeräten sofort oder im vollen Umfang in die zentrale Cloud zu übertragen. Bei diesem Vorgang wird auch von Fogging gesprochen.

Der generelle Aufbau beim Fog Computing ist recht einfach zu beschreiben. Es handelt sich um einen zusätzlichen Layer, der zwischen der Edge und der Cloud eingeschoben ist. Die Geräte in der Edge sind weiterhin mit dem lokalen Gateway verbunden. Dieses Gateway stellt die Informationen bereit und überträgt dieses nun an die Fog. Dieser Fog-Layer ist dann mit der Cloud verbunden und kommuniziert so die Daten.

Für Betreiber von dezentralen Netzwerken hält das Konzept zunächst einige interessante Vorteile parat. Der vielleicht interessanteste Aspekt ist die Reduzierung der Datenmengen. Komplexe Unternehmensnetzwerke, die permanent und in Echtzeit Daten sammeln sowie übertragen, sorgen in einer zentralisierten Infrastruktur für eine enorme Belastung. Die einzelnen I/O-Anfragen sorgen bei wachsenden IoT-Netzwerken dafür, dass die Cloud überlastet ist. Dabei sind die einzelnen Datenpakete oft sehr klein und es sind die Anfragen, die für eine hohe Last sorgen. Das Fogging minimiert diese Datentransfers erheblich, da sich die Pakete sammeln lassen. 

Da auch eine Datenverarbeitung möglich ist, können die Ergebnisse direkt am Fog-Layer abgefragt werden. Eine Übertragung in die Cloud stellt sicher, dass alle Informationen dennoch in der zentralen Infrastruktur vorhanden sind. In diesem Zusammenhang spricht auch die geringere Latenzzeit für dieses Konzept. Durch die Nähe zu den Endgeräten sind kürzere Übertragungszeiten und eine schnellere Datenverarbeitung möglich. Gleichzeitig lassen sich die Kosten für die Datenübertragung reduzieren. Abhängig von den Lösungen fallen eventuell hohe Datenübertragungskosten von den IoT-Geräten an. Fogging kann diese Kosten senken.

Ein interessanter Aspekt ist die Möglichkeit, IoT-Daten offline verfügbar zu machen. Teilweise sind Geräte im IoT nicht permanent online. Das Edge-Gateway stellt jedoch Informationen grundsätzlich nur in Echtzeit zur Verfügung. Ist das Endgerät offline oder nicht erreichbar, stehen auch keine Daten zur Verfügung. Per Fogging ist es möglich, die Daten zu sammeln und dann die letzten Informationen auch offline zur Abfrage bereitzustellen.

Interessant sind zudem die erweiterten Möglichkeiten für die Sicherheit der Informationen, die von den Geräten aus der Edge stammen. Teilweise handelt es sich hier um kritische Sensordaten, die möglichst im Unternehmen verbleiben sollen. Durch die Vorverarbeitung im Fogging ist es möglich, einen Upload bestimmter Datensätze in die Cloud zu verhindern.

Zu den Nachteilen gehören die zusätzlichen Kosten, die eine solche Lösung verursacht. Da die Rechenleistung von den Cloudservern an den Rand des Netzwerks wandert, entsteht auch mehr Aufwand für Wartung und Administration. Die Netzwerkstrukturen sind komplexer, was ebenfalls das Sicherheitsrisiko erhöht. Die Infrastruktur im Fog Computing ist durch Man-in-the-Middle-Attacken gefährdet, die versuchen, Informationen bei der Kommunikation zwischen den Anwendungen abzufangen.

Fog- und Cloud-Computing sind ähnliche Konzepte, die sich jedoch im Detail deutlich unterscheiden. Beides sind Lösungen für die Datenverarbeitung. Der große Unterschied liegt an dem Punkt in den Netzwerkstrukturen, wo die Dienste platziert sind. Cloud-Computing befindet sich zentral in einem Rechenzentrum und ist somit meist ausgelagert, zum Beispiel an einen IT-Dienstleister wie TelemaxX. Das Fog Computing hingegen ist näher an den eigenen Geräten und an der Edge. Die praktische Umsetzung übernehmen kleine Rechenzentren oder eigene Kapazitäten mit dafür konzipierten Servern. Die bereitgestellte Rechenleistung ist somit geringer als beim Cloud-Computing, da auch die Anforderungen deutlich niedriger sind.

Edge und Fog gehören zwangsläufig zusammen. Das Edge-Computing allein erfordert kein Fogging. In der Kombination mit Fog Computing gibt es jedoch bessere Möglichkeiten, die Daten von IoT-Systemen zu sammeln und zu verarbeiten. Dadurch findet die Verarbeitung näher an der Datenquelle statt. Anwendungen im Netzwerk, die Informationen der Endgeräte benötigen, erhalten diese dann gesammelt aus dem Nebel.

Gleichzeitig sind die wachsenden Sektoren von Edge-Computing und IoT dafür verantwortlich, dass die Datenflut in zentralisierten Firmennetzwerken überhandnimmt. Dies erfordert Lösungen, um eine niedrige Latenzzeit sowie die Skalierbarkeit des Datenflusses zu gewährleisten. Fog Computing stellt ein Konzept bereit, um diese Probleme in großen IoT-Netzwerken in den Griff zu bekommen.

Grundsätzlich gilt, dass Fog Computing im direkten Umfeld von IoT und dem Edge-Computing sinnvoll ist. Es ist also ein Konzept für Unternehmen, die bereits dezentrale Netzwerke besitzen oder den Aufbau solcher Strukturen planen.

Ebenfalls ist Fog Computing meist nur dann von Vorteil, wenn eine größere Anzahl an Endgeräten im Bereich IoT vorhanden ist. Gibt es hingegen nur eine Anwendung, fallen die Datenmengen sehr gering aus. Dann lohnt sich der Aufwand für die Integration in der Regel nicht. Das IT-Infrastruktur-Consulting von IT-Dienstleistern wie TelemaxX ist hilfreich, um einen möglichen Anwendungsfall für das Fog Computing zu identifizieren.

Für die Zukunft ist damit zu rechnen, dass die Menge an IoT-Endgeräten in vielen Netzwerken deutlich steigt. Damit ist auch mehr Rechenleistung erforderlich, um die Datenmengen zu bewältigen, die permanent von diesen Geräten in das Netzwerk flutet. Fog Computing ist dann eine Option, um eine Skalierbarkeit bei den Datenmengen zu ermöglichen, die jede einzelne Anwendung im Bereich IoT erzeugt.