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MAGGIO 2018 FIELDBUS & NETWORKS 94 Fieldbus & Networks Cloud, fog ed edge computing Nel contesto dell’IIoT le funzionalità di comunicazione ed elaborazione si possono collocare su tre livelli, non sempre nettamente separati, dell’ar- chitettura: cloud, fog ed edge. Il cloud è costituito da una rete di server, potenzialmente gestiti da un fornitore esterno (Amazon, IBM, Microsoft...) e accessibile via Internet, che erogano servizi e risorse su richiesta. A se- conda che venga messo a disposizione hardware virtualizzato, una piat- taforma di sviluppo, o semplici applicazioni software, l’offerta cloud si distingue in IaaS (Infrastructure as a Service), PaaS (Platform as a Service) e SaaS (Software as a Service). Dal punto di vista del controllo distribuito il principale vantaggio del cloud computing è che permette di raccogliere dati da qualsiasi dispositivo o installazione e li mette a disposizione di qua- lunque nodo autorizzato ne faccia richiesta. Fog ed edge sono due esten- sioni ‘verso il basso’ di questa rete di server, generalmente collocata nella ‘nuvola informatica’ rappresentata da Internet. La differenza sta in dove vengono effettuate la raccolta e l’elaborazione dei dati: nel caso del fog computing il livello è quello di rete locale (LAN) e coinvolge gateway indu- striali e computer embedded, mentre per l’edge ci si colloca letteralmente ai margini della rete, con le funzioni che vengono svolte dall’hardware de- dicato di controllori, sensori e attuatori. I dati raccolti dai dispositivi edge, che sono giudicati rilevanti al fine dello svolgimento dei compiti condivisi, sono passati allo strato fog che, fatte le dovute elaborazioni, produce le informazioni da inviare allo strato cloud. Spostando quanto più possibile l’elaborazione dei dati ai margini della rete si riduce il traffico verso le reti di livello superiore e si migliora la risposta del sistema. Solo le informazioni rilevanti alle funzioni di livello superiore sono comunicate, possibilmente dopo essere state compattate e conservate nella memoria locale dei nodi intelligenti, fino al momento più opportuno per la trasmissione. Ogni strato incorpora l’hardware e il software necessari a prendere decisioni pertinenti al proprio dominio. I dispositivi edge, per esempio, possono reagire auto- nomamente a situazioni di emergenza e di messa in sicurezza, mentre lo strato fog si occupa di implementare le funzioni di controllo, supervisione, gestione dello storico e interfacciamento con gli operatori; lo strato cloud, infine, tipicamente espleta funzioni a un livello superiore, come la raccolta e l’elaborazione di big data, l’analisi dei trend e l’integrazione d’impresa. Bisogna però dire che la suddivisione dei compiti non è né univoca, né tantomeno netta e proprio in questi anni si sta assistendo a un progressivo spostamento delle funzioni decisionali verso i margini della rete. Ne emerge un ruolo sempre più rilevante dell’edge computing (o comunque dello strato fog di più basso livello), che si trova a svolgere, tra l’altro, funzioni di controllo locale, gestione degli allarmi e coordina- mento di sottosistemi. Stando a uno studio pubblicato da IDC, entro l’anno prossimo il 45% dei dati prodotti nelle applicazioni IoT sarà analizzato, consumato o ar- chiviato nello strato edge. Tecnologie per l’IIoT Oltre ai dispositivi delegati all’espletamento delle funzioni di controllo (sensori, attuatori, PLC, pannelli operatore...), gli strati edge e fog includono anche gli elementi dell’infrastrut- tura della rete di comunicazione: gateway verso reti wireless e cablate, punti di accesso, switch e router. Ogni nodo è inoltre dotato di sistemi dedicati di elaborazione, basati su microprocessore, con tanto di sistema operativo per l’ese- cuzione autonoma di applicazioni locali e per la gestione delle comunicazioni con gli altri nodi dello stesso strato o di strati successivi. Per garantire la massima flessibilità di comunicazione, i nodi più evoluti sono in grado di formare reti wireless ad hoc e di connettersi alle più mondane reti Ethernet di tipo strutturato. Al centro delle comunicazioni, allo strato più marginale della rete, si trova un gateway (l’edge gateway), tipicamente dotato di una pluralità di interfacce di comunicazione. Il ruolo dell’edge gateway è quello di raccogliere o inviare i dati ai dispositivi sul campo, aggregare i dati rilevanti per ulteriori analisi e connettersi con i gateway di altri nodi e, in particolare, con il cloud, per condividere le informazioni neces- sarie alle analisi più complesse. La possibilità di interfacciamento, per esempio via wi-fi o Bluetooth, con smartphone, tablet e PC portatili rende poi possibile l’interazione con gli operatori per operazioni di programmazione, manutenzione e visualizzazione dei dati raccolti. Le comunicazioni tra gateway dello stesso strato e verso il cloud sono regolate da uno o più protocolli ottimizzati per IIoT: si tratta di protocolli che fanno uso di broker e che si contraddistinguono per efficienza, affidabilità, scalabilità e sicurezza. Tra i protocolli più diffusi in questo ambito si possono citare Mqtt (Message queuing telemetry transport) e la sua variante CloudMqtt, Amqp (Advanced message queuing protocol), JMS (Java Message Service) e Xmpp (Extensible messaging and presence protocol). Ognuno degli strati di una rete altamente distribuita in ottica IIoT (cloud, fog, edge) implementa funzioni caratteristiche in una distribuzione dei compiti che si fa ogni giorno sempre più orientata verso i margini della rete Il cuore delle reti altamente distribuite per edge computing è l’edge gateway: un dispositivo dotato di interfacce verso il campo e verso i dispositivi ‘smart’ che fungono da HMI, ma soprattutto di un protocollo IIoT per comunicare con altri gateway e con il cloud Fonte: OMG Fonte Maple Systems