Mô hình điện toán sương mù cho hệ thống IIoTMô hình điện toán sương mù cho hệ thống IIoT
Các chuyên gia đã cảnh báo rằng trong một vài năm tới, mô hình điện toán đám mây được triển khai trong nhiều hệ thống IIoT ngày nay không được trang bị để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ từ hàng tỉ thiết bị IoT kết nối vào hệ thống mạng. Các thiết bị này cũng tạo ra dữ liệu với nhiều định dạng khác nhau sử dụng nhiều giao thức khác nhau khiến việc thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực trở nên khó khăn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu hai mô hình thay thế cho mô hình điện toán đám mây: điện toán sương mù (fog computing) và điện toán ranh giới (edge computing) và thảo luận lý do vì sao các cong ty đầu tư ngày càng nhiều vào giải pháp theo hai mô hình trên.
Điện toán đám mây, điện toán sương mù, điện toán ranh giới
Điện toán đám mây trong IoT hướng đến xử lý dữ liệu tập trung. Ngược lại mô hình điện toán sương mù và điện toán ranh giới tập trung vào di chuyển sức mạnh điện toán, khả năng lưu trữ, điều khiển thiết bị và sức mạnh hệ thống mạng gần hơn tới thiết bị. Chìa khóa thành công của dự án IIoT là lựa chọn mô hình điện toán phù hợp nhất với nhu cầu của tổ chức. Điện toán sương mù là một thuật ngữ được định nghĩa bởi Cisco rằng được sử dụng để mô tả điện toán trên các thiết bị trong một lớp trung gian gọi là lớp sương mù giữa đám mây và các thiết bị IoT biên. Lớp sương mù bao gồm các điểm sương mù chủ yếu là các thiết bị điều khiển công nghiệp, các máy tính gateway, switch và thiết bị I/O cung cấp khả năng tính toán, lưu trữ và kết nối. Mô hình điện toán đám may mở rộng đám mây gần hơn tới phía biên của hệ thống mạng nơi các thiết bị được bố trí và tăng cường sự thông minh cho phía biên. Điện toán ranh giới tương tự như điện toán sương mù và hai thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau. Các giải pháp điện toán ranh giới tạo ra sự thông minh cho các thiết bị biên cho phép chúng xử lý và phân tích dữ liệu cục bộ.
Các điểm sương mù kết nối thiết bị biên tới đám mây
Dưới đây là một vài yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn mô hình điện toán cho ứng dụng IIoT
Đỗ trễ
Việc gửi tất cả các dữ liệu từ thiết bị lên đám mây phục vụ quá trình xử lý và phân tích có thể diễn ra tại một nơi nào đó trong khoảng thời gian từ vài phút đến vài ngày. Ví dụ, nếu các thiết bị IIoT tạo ra một terabyte (TB) dữ liệu một ngày, điều này có thể mất một vài ngày để gửi dữ liệu lên đám mây, xử lý và tạo ra những lợi ích từ dữ liệu này. Trong khoảng thời gian đó, cơ hội hành động dựa vào kết quả phân tích dữ liệu có thể bị bỏ lỡ. Các ứng dụng kinh doanh ngày nay đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh trong khoảng một vài giây thậm chí là mili giây. Các ứng dụng đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh như IoT công nghiệp cần xử lý dữ liệu ngay lập tức để có những hành động khắc phục kịp thời. So với mô hình điện toán đám mây, mô hình điện toán sương mù có thể tối thiểu hóa độ trễ, giúp nhanh chóng đưa ra quyết định. Truyền dữ liệu và chi phí băng thông Truyền một khối lượng dữ liệu khổng lồ từ vùng biên của hệ thống tới server đám mây có thể vô cùng tốn kém về mặt chi phí. Ví dụ, một ứng dụng khai thác dầu ngoài khơi thông thường có thể tạo ra 1 đến 2 TB dữ liệu mỗi ngày. Cách thông thường nhất cho ứng dụng này là truyền dữ liệu qua kết nối vệ tinh, tại đây tốc độ dữ liệu từ 64 Kbps to 2 Mbps.. Với tốc độ truyền dữ liệu như vậy, sẽ mất hơn 12 ngày để truyền dữ liệu của một ngày từ khu vực khai thác tới trung tâm. Hơn nữa, chi phí truyền dữ liệu tính theo ngày có thể dẫn đến chi phí truyền thông không ổn định về lâu dài.
Bảo mật
Việc gửi các dữ liệu nhạy cảm về quá trình hoạt động từ khu vực biên tới đám mây sẽ gây ra rủi ro cho các dữ liệu và thiết bị biên. Cần thiết lập các mức độ bảo mật khác nhau trong hệ thống IIoT để đảm bảo dữ liệu được truyền đi tới hệ thống lưu trữ đám mây. Xử lý dữ liệu ở khu vực biên giúp ngăn ngừa dữ liệu bị xâm nhập và giúp phản hồi nhanh chóng hơn.
Vận hành độc lập tại các khu vực xa xôi
Mô hình điện toán sương mù và điện toán ranh giới kích hoạt các địa điểm từ xa để giảm thiểu thời gian chết và vận hành độc lập khi kết nối với hệ thống trung tâm bị mất. Ví dụ, nếu mất kết nôi mạng và kết nối với đám mây bị ngắt, khu vực cấp trường có thể sử dụng năng lượng điện toán nội bộ để xử lý và phân tích dữ liệu. Dữ liệu đã xử lý có thể được gửi tới đám mây để lưu trữ lâu dài khi kết nối được khôi phục.
Moxa có thể giúp bạn hòa nhập vào làn sóng IIoT mới
Giải pháp Gateway IIoT của Moxa có thể giúp bạn nhanh chóng triển khai các dự án IIoT. Nó bao gồm máy tính UC-8112-LX, phần mềm ThingsPro Gateway và ThingsPro Server giúp đẩy nhanh tiến độ dự án IIoT cho các ứng dụng trên nền tảng đám mây cũng như xây dựng sự thông minh cục bộ tại khu vực biên. Giải pháp IIoT của Moxa có thể cung cấp:
- Tích hợp dễ dàng các hệ thống IT và OT
- Hỗ trợ giao thức Modbus và MQTT
- Hỗ trợ truyền thông 4G
- Tích hợp các giao diện client tới dịch vụ đám mây như AWS
- Kết nối bảo mật qua VPN
- C và Python APIs cho xử lý dữ liệu cục bộ
- Máy tính UC-8112 hỗ trợ điều khiển cục bộ
- Thiết kế thuận lợi cho mở rộng hệ thống trong tương lai.
Mô hình điện toán sương mù cho hệ thống IIoT
Các chuyên gia đã cảnh báo rằng trong một vài năm tới, mô hình điện toán đám mây được triển khai trong nhiều hệ thống IIoT ngày nay không được trang bị để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ từ hàng tỉ thiết bị IoT kết nối vào hệ thống mạng. Các thiết bị này cũng tạo ra dữ liệu với nhiều định dạng khác nhau sử dụng nhiều giao thức khác nhau khiến việc thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực trở nên khó khăn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu hai mô hình thay thế cho mô hình điện toán đám mây: điện toán sương mù (fog computing) và điện toán ranh giới (edge computing) và thảo luận lý do vì sao các cong ty đầu tư ngày càng nhiều vào giải pháp theo hai mô hình trên.
Điện toán đám mây, điện toán sương mù, điện toán ranh giới
Điện toán đám mây trong IoT hướng đến xử lý dữ liệu tập trung. Ngược lại mô hình điện toán sương mù và điện toán ranh giới tập trung vào di chuyển sức mạnh điện toán, khả năng lưu trữ, điều khiển thiết bị và sức mạnh hệ thống mạng gần hơn tới thiết bị. Chìa khóa thành công của dự án IIoT là lựa chọn mô hình điện toán phù hợp nhất với nhu cầu của tổ chức. Điện toán sương mù là một thuật ngữ được định nghĩa bởi Cisco rằng được sử dụng để mô tả điện toán trên các thiết bị trong một lớp trung gian gọi là lớp sương mù giữa đám mây và các thiết bị IoT biên. Lớp sương mù bao gồm các điểm sương mù chủ yếu là các thiết bị điều khiển công nghiệp, các máy tính gateway, switch và thiết bị I/O cung cấp khả năng tính toán, lưu trữ và kết nối. Mô hình điện toán đám may mở rộng đám mây gần hơn tới phía biên của hệ thống mạng nơi các thiết bị được bố trí và tăng cường sự thông minh cho phía biên. Điện toán ranh giới tương tự như điện toán sương mù và hai thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau. Các giải pháp điện toán ranh giới tạo ra sự thông minh cho các thiết bị biên cho phép chúng xử lý và phân tích dữ liệu cục bộ.
Các điểm sương mù kết nối thiết bị biên tới đám mây
Dưới đây là một vài yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn mô hình điện toán cho ứng dụng IIoT
Đỗ trễ
Việc gửi tất cả các dữ liệu từ thiết bị lên đám mây phục vụ quá trình xử lý và phân tích có thể diễn ra tại một nơi nào đó trong khoảng thời gian từ vài phút đến vài ngày. Ví dụ, nếu các thiết bị IIoT tạo ra một terabyte (TB) dữ liệu một ngày, điều này có thể mất một vài ngày để gửi dữ liệu lên đám mây, xử lý và tạo ra những lợi ích từ dữ liệu này. Trong khoảng thời gian đó, cơ hội hành động dựa vào kết quả phân tích dữ liệu có thể bị bỏ lỡ. Các ứng dụng kinh doanh ngày nay đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh trong khoảng một vài giây thậm chí là mili giây. Các ứng dụng đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh như IoT công nghiệp cần xử lý dữ liệu ngay lập tức để có những hành động khắc phục kịp thời. So với mô hình điện toán đám mây, mô hình điện toán sương mù có thể tối thiểu hóa độ trễ, giúp nhanh chóng đưa ra quyết định. Truyền dữ liệu và chi phí băng thông Truyền một khối lượng dữ liệu khổng lồ từ vùng biên của hệ thống tới server đám mây có thể vô cùng tốn kém về mặt chi phí. Ví dụ, một ứng dụng khai thác dầu ngoài khơi thông thường có thể tạo ra 1 đến 2 TB dữ liệu mỗi ngày. Cách thông thường nhất cho ứng dụng này là truyền dữ liệu qua kết nối vệ tinh, tại đây tốc độ dữ liệu từ 64 Kbps to 2 Mbps.. Với tốc độ truyền dữ liệu như vậy, sẽ mất hơn 12 ngày để truyền dữ liệu của một ngày từ khu vực khai thác tới trung tâm. Hơn nữa, chi phí truyền dữ liệu tính theo ngày có thể dẫn đến chi phí truyền thông không ổn định về lâu dài.
Bảo mật
Việc gửi các dữ liệu nhạy cảm về quá trình hoạt động từ khu vực biên tới đám mây sẽ gây ra rủi ro cho các dữ liệu và thiết bị biên. Cần thiết lập các mức độ bảo mật khác nhau trong hệ thống IIoT để đảm bảo dữ liệu được truyền đi tới hệ thống lưu trữ đám mây. Xử lý dữ liệu ở khu vực biên giúp ngăn ngừa dữ liệu bị xâm nhập và giúp phản hồi nhanh chóng hơn.
Vận hành độc lập tại các khu vực xa xôi
Mô hình điện toán sương mù và điện toán ranh giới kích hoạt các địa điểm từ xa để giảm thiểu thời gian chết và vận hành độc lập khi kết nối với hệ thống trung tâm bị mất. Ví dụ, nếu mất kết nôi mạng và kết nối với đám mây bị ngắt, khu vực cấp trường có thể sử dụng năng lượng điện toán nội bộ để xử lý và phân tích dữ liệu. Dữ liệu đã xử lý có thể được gửi tới đám mây để lưu trữ lâu dài khi kết nối được khôi phục.
Moxa có thể giúp bạn hòa nhập vào làn sóng IIoT mới
Giải pháp Gateway IIoT của Moxa có thể giúp bạn nhanh chóng triển khai các dự án IIoT. Nó bao gồm máy tính UC-8112-LX, phần mềm ThingsPro Gateway và ThingsPro Server giúp đẩy nhanh tiến độ dự án IIoT cho các ứng dụng trên nền tảng đám mây cũng như xây dựng sự thông minh cục bộ tại khu vực biên. Giải pháp IIoT của Moxa có thể cung cấp:
- Tích hợp dễ dàng các hệ thống IT và OT
- Hỗ trợ giao thức Modbus và MQTT
- Hỗ trợ truyền thông 4G
- Tích hợp các giao diện client tới dịch vụ đám mây như AWS
- Kết nối bảo mật qua VPN
- C và Python APIs cho xử lý dữ liệu cục bộ
- Máy tính UC-8112 hỗ trợ điều khiển cục bộ
- Thiết kế thuận lợi cho mở rộng hệ thống trong tương lai.
