Saiamos da nuvem! Arquiteturas IIoT para ambientes de infraestruturas.

Com a revolução que os novos paradigmas de IoT e Indústria 4.0 trouxeram, não existe artigo que não faça referência a Machine Learning, Big Data, Network Function Virtualization, Cloud Computing, Software Defined Networks e a um sem-fim de conceitos que, uma vez que se consigam levar à prática, auguram um futuro mais que promissor.

Agora, é tarefa de cada utilizador entender como aplicar cada ideia no seu ambiente de trabalho, já que, para cada um destes conceitos, existe uma implementação e utilização bem diferente para cada cenário. Não é o mesmo falar de Big Data para ambientes industriais, de infraestruturas, de telecomunicações, de domótica ou de grandes estruturas de IT. Em cada um destes ambientes, evidentemente, a ideia é a mesma, mas a sua implementação não.

Neste artigo em concreto, vão ser abordados os conceitos de Fog e Edge Computing, o que são, que diferenças têm e como se aplicam num cenário onde se gere um conjunto de instalações distribuídas geograficamente.

Os dois conceitos fazem referência a arquiteturas de controlo ou aquisição de informação, diferenciando-se sobre que papel têm os elementos de controlo locais e qual o de uma nuvem de computação na rede.

Fog Computing.
Numa arquitetura de Fog Computing, os dados que se adquirem são enviados diretamente para uma infraestrutura intermédia. Esta serve de repositório para que outros elementos do sistema explorem estes dados e tomem, se necessário, decisões de atuação.

A ideia é criar um grande repositório que, tipicamente, é acessível através da Internet ou redes privadas. Os sistemas de exploração de dados – GeoSCADAs, historizadores, ERPs… – devem ter acesso a esses dados contextualizados. Estes não leem do repositório um simples valor, mas sim um valor com timestamp e um identificador de nó.

Numa arquitetura Fog, também é possível que a própria infraestrutura tenha capacidade de processamento, ou seja, que possa tomar decisões segundo a informação recebida. No entanto, atualmente esta funcionalidade não costuma ser muito utilizada no mundo da gestão de instalações, mas sim é mais comum em telecomunicações ou, inclusive, no mundo industrial.

Em resumo, os elementos de campo enviam a informação para uma infraestrutura intermédia que serve de passarela entre eles e os demais elementos do sistema, acrescentando segurança, gestão de utilizadores e contextualizando os dados.

As tecnologias que atualmente se encaixam na perfeição com este tipo de sistema são aquelas que utilizam comunicações LPWAN – Low-Powered Wide Area Networks –, ou seja, SIGFOX e LoRA.

Edge Computing
O conceito de Edge Computing baseia-se no pré-processamento dos dados localmente. Basicamente, existe um dispositivo intermédio situado na própria instalação que, ao recolher a informação de campo, a analisa e contextualiza para decidir:

• Se se deve realizar uma atuação imediatamente.
• Que informação se deve enviar para os sistemas superiores, seja utilizando uma plataforma intermédia ou diretamente.

Desta forma, conserva-se um controlo local da instalação.

Em ambientes de infraestruturas, este elemento intermédio tipicamente é uma RTU.

Para gerir instalações ou sites, não se trata de apostar entre uma arquitetura ou outra, mas sim de entender onde se encaixa cada uma delas.

Num primeiro momento, parece lógico centrar-se nas arquiteturas Edge – e é mesmo –, já que cobre umas necessidades primordiais devido às comunicações limitadas que se costuma ter com as instalações, seja em largura de banda ou estabilidade da ligação.

É indiscutível que, comparado com uma arquitetura Fog, uma RTU garante um controlo autónomo e segurança, seja qual for o estado das comunicações, da mesma forma que aos sistemas superiores já lhes chegam dados pré-processados, ou seja, informação relevante para o controlo, supervisão e monitorização. É por isso que, no que respeita ao controlo propriamente de uma instalação, a arquitetura Edge é a apropriada.

No entanto, isso não significa que o método de trabalho Fog não tenha cabimento na gestão de instalações, mas deve saber-se situar bem o seu uso.

Uma arquitetura Fog faz sentido quando o dado que se deve carregar para a infraestrutura intermédia não requer uma ação imediata desde o mesmo dispositivo. Casos de uso frequente podem ser sensores de temperatura, de humidade, de presença… está claro que, segundo o valor que informem, se deve atuar de uma ou outra maneira, mas não será o mesmo sensor que acione os sistemas HVAC, por dar um exemplo. O responsável por fazê-lo será, evidentemente, a RTU após comunicá-lo o centro de controlo. Desta forma, podem aproveitar-se as vantagens que as novas tecnologias aportam, como SIGFOX e LoRA – baixo consumo e grande cobertura –, sem pôr em risco o controlo da instalação.

Em resumo, uma arquitetura Fog pode complementar um controlo por Edge Computing quando a informação que se recolhe não requer uma ação imediata por parte do dispositivo.

Se quiser saber mais sobre arquiteturas edge, consulte este artigo sobre a nossa solução LK Remote.