フォグコンピューティング：ITコンピューティングスタックがオープンアーキテクチャ制御に適合

フォグコンピューティングはますます普及しており、産業用IoTを展開するための概念として着実に進んでいます。フォグコンピューティングは、OpenFogコンソーシアムによって、「クラウドからモノまでの連続体に沿って、コンピューティング、ストレージ、制御、およびネットワーキングのリソースとサービスを分散するシステムレベルの水平アーキテクチャ」と定義されています。定義をさらに詳しく見ると、その目的は、低レイテンシで近縁のデータ管理とコンピューティングリソースを提供して、自律性とコンテキスト認識型のインテリジェントシステムをサポートすることです。

特に、フォグコンピューティングは、エッジ分析、ローカル監視および制御システムをサポートするピアツーピアのスケーラブルなコンピューティングシステムのためのオープンなインターネットアーキテクチャを促進します。私が特に興味深いと思うのは、この後者の制御アプリケーションです。制御システムは、複数の業界にわたって数十年にわたって導入されており、最近、これらの業界の一部は、相互運用可能なオープン制御アーキテクチャを作成するために移動しました。このブログでは、Fogに類似している既存のオープンアーキテクチャフレームワークと、Fogコンピューティングとこれらのフレームワークイニシアチブが他家受粉からどのように利益を得ることができるかを見ていきます。

オープンアーキテクチャ制御

2004年に、海軍は海軍オープンアーキテクチャの開発を開始しました。 DoDは、コストを削減し、システム調達の速度と柔軟性を高めるために、業界にオープンアーキテクチャの確立と使用を促しました。目的は、サブシステムまたはシステムを「接着」するインフラストラクチャソフトウェアと電子機器を明確に定義することにより、システムの統合をより簡単かつ安価にすることでした。海軍は、ソフトウェアバックプレーン全体でデータをリアルタイムで移動するためのパブリッシュ/サブスクライブ標準としてDDSを選択しました（下の図1）。

図1.Navy OpenArchitectureの機能の概要。中心にある配布および適応ミドルウェアは、分散ソフトウェアアプリケーションを統合するためのものです。

今まで早送りすると、OpenFogコンソーシアムの参照アーキテクチャは、海軍がオープンアーキテクチャ制御のために2004年にまとめたものの最新のITベースバージョンに非常によく似ていることがわかります。このネイビーオープンアーキテクチャが複数の船に展開され、正常に実行されていることを考えると、アーキテクチャパターンとしてのフォグコンピューティングが実際のシステムに適していると確信できます。また、海軍のアーキテクチャの開発と展開で学んだ教訓を見ることで、おそらく恩恵を受けることができます。

OpenFMB

オープンフィールドメッセージバス（OpenFMB）は、スマートパワーグリッドアプリケーション向けの最新のエッジインテリジェンス、分散制御フレームワーク標準です。 SGIP（スマートグリッド相互運用性パネル）によって開発されています。エネルギー事業者は、クリーンエネルギーとハイテクソリューションを活用する、より効率的で回復力のある電力供給システムを作成する方法を模索しています。

化石燃料を燃やしたり、原子力を使用して回転するタービンや発電機を駆動したりする大規模な集中型発電所の代わりに、分散型エネルギー資源（DER）は、電力を送信する必要のない、より環境に配慮したローカル（電力網の端）の代替手段として登場しました。長距離にわたって。 DERは通常、電力のローカル生成、貯蔵、および消費を提供するクリーンエネルギーソリューション（太陽光、風力、水力、地熱）です。ただし、DERは断続的であり、現在の電力網で利用できるのは中央ではなく、ローカルで管理および制御する必要があります。

分散インテリジェンスとエッジ制御がソリューションです。 OpenFMBフレームワークは、スマートグリッドのテストベッドとフィールドシステムに導入され、実証されています。 OpenFMBアーキテクチャ（下の図2）を見ると、ソフトウェア統合バスの概念が明確に示されていることがわかります。

図2.OpenFMBアーキテクチャは、中央のリアルタイムのパブリッシュ/サブスクライブバスを介してサブシステムとアプリケーションを統合します。

海軍のオープンアーキテクチャと同様に、OpenFMB分散インテリジェンスアーキテクチャは、フォグコンピューティング環境に非常によく似ています。 OpenFMBはまだ開発中であるため、OpenFogコンソーシアムとOpenFMBプロジェクトチームが協力することで利益が得られると思います。

OpenICE

特に集中治療室や救急治療室での患者のモニタリングは、困難なプロセスです。患者には12を超えるデバイスが接続されている可能性があり、それらのいずれも相互運用できません。患者の福祉と安全性に関するインテリジェントな決定を行うために必要なデータを統合するには、誰かが各デバイスのフロントエンドを読み取り、頭の中で、または他の人と口頭で「センサーフュージョン」を行う必要があります。

オープンソースの統合臨床環境であるOpenICEは、医療機器の相互運用性とインテリジェントな医療アプリケーション開発をサポートするオープンアーキテクチャフレームワークを提供するために、医療ITコミュニティによって作成されました。 OpenICE（下の図3）は、ソフトウェアアプリケーションと医療機器を統合するための中央データバスを提供します。

図3.DDSベースのデータバスを備えたOpenICE分散コンピューティングアーキテクチャは、医療機器とソフトウェアアプリケーションの統合を容易にします。

繰り返しになりますが、OpenICEアーキテクチャは、分散型のローカルモニタリング、統合、および制御をサポートしており、フォグアーキテクチャに非常によく似ています。

そして今、Open Process Automation

最近では、エクソンモービルやその他のプロセス自動化の顧客がオープンプロセス自動化フォーラムを介して集まり、オープンアーキテクチャのプロセス自動化フレームワークの定義を開始しています。 Exxon-Mobilが運営するさまざまな製油所を見ると、複数のベンダーの分散制御システムが見つかります。プロセス自動化システムまたは分散制御システムの各主要プロバイダーには、独自のプロトコル、管理インターフェイス、およびアプリケーション開発エコシステムがあります。

この壁に囲まれた庭の環境では、最新かつ最高のサブシステム、センサー、またはデバイスを統合することははるかに困難です。統合コストは高く、デバイスメーカーは複数のプロトコルをサポートする必要があり、ソフトウェアアプリケーションの開発は各エコシステムを対象にする必要があります。 Open Process Automation Forumの機会は、イノベーションを促進し、統合を合理化する単一のIIoTベースのアーキテクチャを開発することです。

以下のエクソンモービルの図を見ると、ここでも、リアルタイムサービスバスと呼ばれる統合バスを中心としたアーキテクチャが見つかります。目的は、オープンアーキテクチャソフトウェアアプリケーションとデバイス統合バスを提供することです。

図4.リアルタイムサービスバスを中心としたオープンプロセス自動化アーキテクチャに関するエクソンモービルのビジョン。

繰り返しになりますが、IIoTでフォグコンピューティングとして開発されているものと非常によく似たアーキテクチャが見られます。

機会

これらのオープンアーキテクチャイニシアチブはそれぞれ、最新のIIoT技術、テクノロジー、および標準を特定の監視、分析、および制御の課題に適用することを目指しています。メリットは、オープンエコシステムによるイノベーションの促進と、オープンアーキテクチャとの統合の合理化です。

いずれの場合も、アーキテクチャの中心的な要素は、分散制御、監視、および分析を容易にするソフトウェアバックプレーンとして機能するソフトウェア統合バス（多くの場合、DDSデータバス）です。各グループは、エンドツーエンドのセキュリティ、システム管理とプロビジョニング、分散データ管理、および機能的なフォグコンピューティングアーキテクチャの他の側面など、フォグコンピューティングの他の側面にも取り組んでいます（または対処する必要があります）。彼らには、制御を超えた産業用IoTの他の機能を利用する機会があります。

私たちは、それぞれの取り組みから学び、ベストプラクティスを相互受粉し、複数の業界やアプリケーションドメインにまたがる共通のアーキテクチャを開発する機会があります。これらのアーキテクチャはすべて、私と非常によく似たフォグコンピューティング要件を持っているようです。