Differenza tra Cloud, Fog/Edge Computing e Smart-Grid in informatica

Cloud Computing

Il Cloud Computing è un modello per consentire l’accesso alla rete onnipresente, conveniente e su richiesta a un pool condiviso di risorse di elaborazione configurabili (ad esempio reti, server, archiviazione, applicazioni e servizi) che possono essere rapidamente forniti e rilasciati sotto forma di architettura distribuita, con il minimo sforzo di gestione o interazione con i fornitori di servizio.

I vantaggi principali nell’uso del Cloud Computing possono essere schematizzati come segue:

elasticità: possibilità, nell’ordine di minuti o secondi, di aumentare, diminuire o addirittura azzerare (scale to ZERO) l’utilizzo delle risorse a disposizione di un Fra tutti, tale vantaggio risulta essere il più importante in grado anche di differenziare il Cloud Computing dalla sola virtualizzazione. In ambiente Cloud la scalabilità delle risorse avviene in maniera rapida, trasparente e pressoché illimitata, coinvolgendo più dispositivi, mentre in ambiente virtualizzato dipende dalla macchina che gestisce le risorse;
economia di scala: ottenuta attraverso la fornitura di servizi Cloud Computing utilizzando data center di grandi dimensioni, in grado di servire molti utenti contemporaneamente con ottimizzazione delle risorse ed abbattimento dei costi, che consente agli utenti finali prezzi inferiori rispetto ai sistemi classici;
pay-as-you-go: un utente paga solamente per i servizi effettivamente utilizzati senza sostenere un investimento iniziale, in quanto non è necessario comprare le infrastrutture ma è possibile utilizzare i servizi forniti pagando solo per il loro effettivo utilizzo.

Fog/Edge Computing

Il Fog Computing (o Edge Computing) è un’architettura orizzontale, a livello di sistema, utile a distribuire risorse e servizi di elaborazione, archiviazione, controllo e networking ovunque lungo l’infrastruttura che li connette al Cloud, immagazzinando dati, distribuendo controllo e funzionalità di rete più vicino agli utilizzatori – dispositivi.

Tra le caratteristiche principali, le più importanti sono:

posizionamento periferico e consapevolezza della posizione: vengono supportati end-point con servizi avanzati ai bordi della rete, comprese applicazioni con bassi requisiti di latenza (giochi, streaming, realtà virtuale);
distribuzione geografica: le infrastrutture indirizzate dal Fog richiedono architetture ampiamente distribuite per la fornitura dei dati velocemente;
numero elevato di nodi: come conseguente dell’ampia distribuzione geografica;
predominanza dell’accesso wireless;
supporto per analisi on-line: i nodi Fog sono posizionati nella rete dati per svolgere un ruolo significativo nella raccolta e nel trattamento dei dati vicino alla loro fonte (elaborazione dati vicino agli utilizzatori);
interazione in tempo reale: conseguenza derivante dall’unione delle caratteristiche sopra elencate.

Confronto Cloud/Fog/Edge Computing

La differenza principale tra Cloud e Fog/Edge Computing è legata principalmente al numero di dispositivi coinvolti, a dove questi vengono posizionati e distribuiti e di conseguenza al tempo di latenza delle comunicazioni.

Si può osservare che, per le sue caratteristiche, il Cloud Computing non è adatto per applicazioni che richiedono in tempo reale un’azione quasi immediata da parte del server con tempi di risposta di centinaia di millisecondi.

Il Fog/Edge Computing invece tende a portare il processing il più vicino possibile alle fonti dati, senza necessità di trasferirli in Cloud o verso altri sistemi remoti per le attività di processing. Dunque, soddisfa i requisiti più stringenti di bassa latenza, ridotto consumo di banda e sicurezza delle applicazioni.

Naturalmente, quest’ultimo non può sostituire totalmente il Cloud Computing che è ancora preferito per i processi di elaborazione batch e che necessitano di maggiore scalabilità delle risorse.

Quindi, in funzioni del caso d’uso occorre considerare la possibilità di adottare architetture Cloud Computing, Fog/Edge Computing e on mix dei due paradigmi.

Fog/Edge Computing e Smart-Grid

Sin dagli arbori, la potenza viene prodotta creando una forza per far girare un grande generatore elettrico che a sua volta produce elettricità che viene poi trasferita nella rete elettrica. Indipendentemente da come viene prodotta l’energia, gli impianti e le strutture di produzione sono collegate alla Power-Grid nazionale e la loro potenza viene trasferita, attraverso linee di trasmissione ad alta potenza e interconnesse tra di loro, verso un centro di controllo trasferendola a diverse regioni o aree.

Generalmente la potenza trasferita dal centro di controllo arriva alle sottostazioni che riducono in primis la corrente e solo successivamente questa viene pompata nelle linee elettriche affinché arrivi ad una comunità per essere utilizzata nelle case e imprese.

Una Smart-Grid può essere paragonata ad una Power-Grid tradizionale ma intelligente-cooperativa dove dispositivi WSAN e WAMS vengono affiancati da una distribuzione massiva e capillare di dispositivi IoT al fine di garantire un controllo a granularità più fine in tutta la rete.

Insieme a tecniche di misurazione, trasformano il flusso unidirezionale, quindi dai sensori al centro di controllo, in flusso bidirezionale, ovvero dal centro di controllo verso i sensori/attuatori.

Le Smart-Grid sono pensate come le reti elettriche di prossima generazione in cui i processi di gestione e distribuzione dell’elettricità sono progettati digitalmente per monitorare, proteggere e ottimizzare automaticamente in tempo reale i flussi bidirezionali sia di energia che di informazioni tra fornitori di servizi e consumatori.

Le migliorie introdotte dall’uso di una Smart-Grid sono enunciate in seguito:

bilanciamento tra la richiesta di energia e la conseguente fornitura di questa;
capacità di distribuire elettricità in modo ottimale dalla fonte al consumo;
migliore gestione dell’energia, riducendo al minimo le interruzioni di corrente;
trasporto della sola quantità di energia richiesta sulla base delle misure lette;
integrazione delle risorse energetiche verdi nel sistema di distribuzione dell’energia;
segnalazione ai consumatori ogni volta che il consumo di energia raggiunge valori elevati o anomali.

Tramite l’utilizzo di macchine IoT connesse tra di loro e un flusso continuo di informazione scambiate tra esse, si riesce a monitorare in maniera capillare l’ambiente circostante e di conseguenza si possono prendere decisioni intelligenti e veloci.

A tal fine, latenza e jitter diventano vincoli stringenti per il corretto funzionamento dei dispositivi dato che questi necessitano di una rapida risposta per garantire la loro operatività in maniera efficace.

Fog/Edge Computing è una piattaforma capace di soddisfare tali requisiti e garantire i vantaggi sopra descritti; infatti, estende il Cloud Computing all’interno della struttura di rete in modo che i processi di calcolo, i dati di archiviazione e la rete di comunicazione possano essere eseguiti localmente più vicino alla fonte.

Le caratteristiche del Fog/Edge quali organizzazione gerarchica, distribuzione massiva, consapevolezza della posizione, rendono la piattaforma adatta per sopportare l’elevato numero di dispositivi IoT necessari per la nascita di una Smart-Grid.