Cloud, Fog and Edge Computingهەورەژمێرکاری، ژمێرکاریی تەم و ژمێرکاریی لێوار

In Where Should the Thinking Happen? you met three places where an IoT system can think: on the device, on a nearby gateway or in the cloud. This lesson studies them as three computing paradigms. A paradigm is a model, or a way of thinking, that most people in a field follow at a certain time. When almost everyone believed that the Earth was the centre of the universe, that was a paradigm; when people accepted that the Earth goes round the Sun, a new paradigm took its place.

لە وانەی بیرکردنەوە دەبێت لە کوێ ڕووبدات؟ سێ شوێنت ناسی کە سیستەمێکی IoT دەتوانێت بیری تێدا بکاتەوە: لەسەر ئامێرەکە، لەسەر دەروازەیەکی ڕایەڵەی (Gateway) نزیک یان لە هەوردا. ئەم وانەیە وەک سێ پارادایمی ژمێرکاری لێیان دەکۆڵێتەوە. پارادایم مۆدێلێکە، یان شێوازێکی بیرکردنەوەیە، کە زۆربەی خەڵکی بوارێک لە کاتێکی دیاریکراودا پەیڕەوی دەکەن. کاتێک نزیکەی هەمووان باوەڕیان وابوو زەوی ناوەندی گەردوونە، ئەوە پارادایمێک بوو؛ کاتێک خەڵک قبووڵیان کرد کە زەوی بە دەوری خۆردا دەسووڕێتەوە، پارادایمێکی نوێ جێگەی گرتەوە.

IoT designers have three such models. Think of the sky: the cloud is high up and far away; fog is a cloud that lies close to the ground; and the edge is the ground itself, where the things are. The higher the thinking happens, the more computing power it has, but the longer an answer takes to come back.

دیزاینەرانی IoT سێ مۆدێلی لەم جۆرەیان هەیە. بیر لە ئاسمان بکەرەوە: هەور بەرز و دوورە؛ تەم هەورێکە کە لە نزیک زەوییەوە دەمێنێتەوە؛ لێواریش خودی زەوییە، ئەو شوێنەی شتەکانی لێیە. بیرکردنەوە هەرچەند لە شوێنێکی بەرزتر ڕوو بدات، توانای ژمێرکاریی زیاترە، بەڵام وەڵامەکەی درەنگتر دەگەڕێتەوە.

In the cloud computing paradigm the devices stay simple. Five things are always true:

لە پارادایمی هەورەژمێرکاریدا (Cloud computing) ئامێرەکان سادە دەمێننەوە. پێنج شت هەمیشە ڕاستن:

What the cloud itself is (data centres full of servers that you rent over the internet) is explained in Cloud Computing, with NIST's official definition (SP 800-145, 2011).

هەور خۆی چییە (ناوەندەکانی دراوە (Data centre) پڕ لە ڕاژەکار کە لە ڕێی ئینتەرنێتەوە (Internet) بە کرێ دەیانگریت) لە هەورەژمێرکاری ڕوون کراوەتەوە، لەگەڵ پێناسە فەرمییەکەی NIST (⁦SP 800-145⁩، ساڵی ⁦2011⁩).

A home has two smart meters, one for gas and one for electricity. The gas meter sends its numbers to the electricity meter over a short Zigbee radio link. The electricity meter is the gateway: it forwards the readings of both meters straight into the cloud over an LTE (4G) mobile connection, and all the processing happens there. In the cloud several users take the data: the energy supplier makes your bill, the network operator plans the power grid, and other companies that need metering information can use it too. Nobody has to visit the home to read the meters.

ماڵێک دوو پێوەری هۆشمەندی هەیە، یەکێک بۆ گاز و یەکێک بۆ کارەبا. پێوەری گازەکە ژمارەکانی لە ڕێی بەستەرێکی ڕادیۆیی کورتی Zigbeeـەوە دەنێرێت بۆ پێوەری کارەباکە. پێوەری کارەبا دەروازەی ڕایەڵەیە: خوێندنەوەی هەردوو پێوەرەکە لە ڕێی پەیوەندییەکی مۆبایلی ⁦LTE (4G)⁩ـەوە ڕاستەوخۆ دەگوازێتەوە بۆ هەور و هەموو چارەسەرکردنەکە لەوێ ڕوو دەدات. لە هەوردا چەند بەکارهێنەرێک دراوەکە وەردەگرن: دابینکەری وزە پسوولەکەت ئامادە دەکات، کۆمپانیای ڕایەڵە تۆڕی کارەبا پلان دەکات و کۆمپانیاکانی تریش کە زانیاریی پێوانیان پێویستە دەتوانن بەکاری بهێنن. پێویست ناکات کەس بێتە ماڵەکە بۆ خوێندنەوەی پێوەرەکان.

Smart meters are coming to Kurdistan too: the Runaki project for 24-hour electricity, started in 2024, relies on smart meters, so the bill follows the measured use.

پێوەرە هۆشمەندەکان بۆ کوردستانیش دێن: پڕۆژەی ڕووناکی بۆ کارەبای ⁦24⁩ کاتژمێری، کە لە ⁦2024⁩ـدا دەستی پێ کرد، پشت بە پێوەرە هۆشمەندەکان دەبەستێت، بۆیە پسوولەکە بەپێی بەکارهێنانی پێوراو دەبێت.

The cloud paradigm is simple, but it has scalability problems as the data grows. The first is cost: every reading must travel, be stored and be processed, and providers charge for all three, so a thousand cameras or a million meters make the bill grow fast. The second is latency (delay): every decision waits for a round trip to a data centre that may be in another country. That does not suit applications with real-time limits, where an answer must come before a deadline (see Real time means meeting a deadline).

پارادایمی هەور سادەیە، بەڵام کاتێک دراوە زیاد دەکات کێشەی توانای فراوانبوونی (Scalability) هەیە. یەکەمیان تێچووە: هەر خوێندنەوەیەک دەبێت بگوازرێتەوە، خەزن بکرێت و چارەسەرکردنی بۆ بکرێت و دابینکەرانی هەور (Cloud provider) پارە بۆ هەر سێکیان وەردەگرن، بۆیە هەزار کامێرا یان ملیۆنێک پێوەر پسوولەکە بە خێرایی گەورە دەکەن. دووەمیان دواکەوتنە: هەر بڕیارێک چاوەڕێی چوون و هاتنەوەیەک دەکات بۆ ناوەندێکی دراوە کە لەوانەیە لە وڵاتێکی تر بێت. ئەمە لەگەڵ ئەو بەکارهێنانانەدا ناگونجێت کە سنووری کاتی ڕاستەقینەیان (Real-time) هەیە، واتە دەبێت وەڵام پێش کاتێکی دیاریکراو بگات (بڕوانە کاتی ڕاستەقینە واتە گەیشتن بە کاتی دیاریکراو).

Example: a car at 100 km/h covers 27.8 metres every second. If its brakes waited 100 ms for an answer from the cloud, the car would travel almost 3 metres before anything happened, and if the connection dropped, no answer would come at all.

نموونە: ئۆتۆمبێلێک بە خێرایی ⁦100 km/h⁩ هەر چرکەیەک ⁦27.8⁩ مەتر دەبڕێت. ئەگەر برێکەکانی ⁦100 ms⁩ چاوەڕێی وەڵامێک لە هەورەوە بکەن، ئۆتۆمبێلەکە نزیکەی 3 مەتر دەڕوات پێش ئەوەی هیچ ڕوو بدات و ئەگەر پەیوەندییەکە بپچڕێت، هەرگیز وەڵامێک نایەت.

Fog is a cloud that sits low, close to the ground. The fog computing paradigm borrows that picture. It keeps cloud-like computing, but moves part of it near the place where the data is made: some of the processing is offloaded (handed over) to the devices themselves or to gateways and small local computers, instead of everything travelling to a far data centre.

تەم هەورێکە کە نزم و نزیک زەوی دەمێنێتەوە. پارادایمی ژمێرکاریی تەم (Fog computing) ئەو وێنەیە وەردەگرێت. ژمێرکاریی وەک هەور دەهێڵێتەوە، بەڵام بەشێکی دەباتە نزیک ئەو شوێنەی دراوەکەی لێ دروست دەبێت: بەشێک لە چارەسەرکردن ڕادەستی خودی ئامێرەکان یان دەروازەکانی ڕایەڵە و کۆمپیوتەری بچووکی ناوخۆیی دەکرێت، لە جیاتی ئەوەی هەموو شتێک بچێت بۆ ناوەندێکی دراوەی دوور.

So data processing has moved closer to where the information is generated: near the sensors and machines. The fog is still part of the same internet-based system, like the cloud, only nearer to you.

کەواتە چارەسەرکردنی دراوە نزیکتر کراوەتەوە لەو شوێنەی زانیارییەکەی لێ بەرهەم دێت: لە نزیک هەستەوەرەکان (Sensor) و ئامێرەکانەوە. تەم هێشتا بەشێکە لە هەمان سیستەمی پشت بە ئینتەرنێت بەستوو، وەک هەور، تەنیا نزیکترە لێتەوە.

Typical fog processing turns many raw readings into a few useful ones:

چارەسەرکردنی ئاسایی تەم زۆر خوێندنەوەی خاو دەکاتە چەند خوێندنەوەیەکی بەسوود:

The fog can also act locally, for example switch on a fan or sound an alarm at once, without shipping the data to the cloud and waiting for a result. Still, IoT devices are small embedded systems, so the cloud is still used for the main data processing and long-term storage.

تەم هەروەها دەتوانێت لە شوێنی خۆیدا کار بکات، بۆ نموونە دەستبەجێ پەنکەیەک هەڵبکات یان زەنگێکی ئاگادارکردنەوە لێ بدات، بەبێ ناردنی دراوەکە بۆ هەور و چاوەڕوانیی ئەنجام. لەگەڵ ئەوەشدا ئامێرەکانی IoT سیستەمی چەسپێنراوی (Embedded system) بچووکن، بۆیە هەور هێشتا بۆ چارەسەرکردنی سەرەکیی دراوە و خەزنکردنی درێژخایەن بەکار دێت.

Where Should the Thinking Happen? gave real monthly numbers for a doorbell. The animation follows one day at a gate with two cameras. Camera A streams its video to the cloud at 1 Mbit/s. Camera B decides by itself and sends only an alert and a 10-second clip (about 1.25 MB) when someone comes.

وانەی بیرکردنەوە دەبێت لە کوێ ڕووبدات؟ ژمارەی ڕاستەقینەی مانگانەی زەنگێکی دەرگای پیشان دا. ئەنیمەیشنەکە (Animation) یەک ڕۆژ لە دەرگایەکدا بە دوو کامێراوە پیشان دەدات. کامێرای A ڤیدیۆکەی بە ⁦1 Mbit/s⁩ بۆ هەور دەنێرێت. کامێرای B خۆی بڕیار دەدات و تەنیا کاتێک کەسێک دێت ئاگادارکردنەوەیەک و کلیپێکی ⁦10⁩ چرکەیی (نزیکەی ⁦1.25 MB⁩) دەنێرێت.

In a smart home, the devices talk to a gateway (a hub) in the house. Your phone, connected to the gateway, has a direct line to the smart bulb, so it switches the bulb on or off at once, without sending the command up to the cloud and back. In the same way, the smart doorbell rings the bell unit inside by talking to it directly through the gateway.

لە ماڵێکی هۆشمەنددا ئامێرەکان قسە لەگەڵ دەروازەیەکی ڕایەڵە (هەبێکی ماڵ) دەکەن کە لەناو ماڵەکەدایە. مۆبایلەکەت، کە بە دەروازەی ڕایەڵەکەوە بەستراوە، هێڵێکی ڕاستەوخۆی هەیە بۆ گڵۆپە هۆشمەندەکە، بۆیە دەستبەجێ گڵۆپەکە هەڵدەکات یان دەیکوژێنێتەوە، بەبێ ناردنی فەرمانەکە بۆ هەور و گەڕانەوەی. بە هەمان شێوە زەنگە هۆشمەندەکەی دەرگا لە ڕێی دەروازەی ڕایەڵەکەوە ڕاستەوخۆ قسە لەگەڵ زەنگی ناوەوە دەکات و لێی دەدات.

The cloud stays useful for jobs that are not urgent: keeping the history, sending software updates and letting you control the house from far away. Why the local path matters when the internet fails is shown in Where Should the Thinking Happen?.

هەور بۆ ئەو کارانەی پەلەیان نییە هەر بەسوودە: هەڵگرتنی مێژوو، ناردنی نوێکردنەوەکانی (Update) نەرمەواڵە (Software) و کۆنترۆڵکردنی ماڵەکە لە دوورەوە. بۆچی ڕێگا ناوخۆییەکە کاتێک ئینتەرنێت دەپچڕێت گرنگە لە وانەی بیرکردنەوە دەبێت لە کوێ ڕووبدات؟ ڕوون کراوەتەوە.

In 2018 the US National Institute of Standards and Technology (NIST) published Fog Computing Conceptual Model (SP 500-325). It describes fog computing as a layered model that sits between the smart end devices and the cloud and is made of fog nodes. A fog node can be physical, such as a gateway, a switch, a router or a local server, or virtual, such as a virtual machine. Fog nodes know where they are, can work alone or in groups (clusters), and give the devices near them computing, storage and, when needed, a connection to the cloud. Fog is not compulsory: some systems use it, some go straight from the devices to the cloud, and some work with no cloud at all.

لە ⁦2018⁩ـدا دامەزراوەی نیشتمانیی ستاندارد و تەکنەلۆجیای ئەمریکا (NIST) بەڵگەنامەی Fog Computing Conceptual Modelـی ⁦(SP 500-325)⁩ بڵاو کردەوە. ژمێرکاریی تەم وەک مۆدێلێکی چینچین وەسف دەکات کە لە نێوان ئامێرە کۆتاییەکان (End device) و هەوردایە و لە نۆدەکانی تەم پێک دێت. نۆدی تەم دەتوانێت ماددی بێت، وەک دەروازەی ڕایەڵە، سویچ (Network switch)، ڕێدۆز (Router) یان ڕاژەکارێکی ناوخۆیی، یان گریمانەیی، وەک ئامێرێکی گریمانەیی (Virtual machine). نۆدەکانی تەم دەزانن لە کوێن، دەتوانن بە تەنیا یان بە کۆمەڵ (کڵەستەر) کار بکەن و توانای ژمێرکاری، خەزنکردن و کاتێک پێویست بێت پەیوەندی بە هەورەوە دەدەنە ئامێرەکانی نزیکیان. تەم ناچاری نییە: هەندێک سیستەم بەکاری دەهێنن، هەندێکیان لە ئامێرەکانەوە ڕاستەوخۆ دەچن بۆ هەور و هەندێکیشیان بەبێ هیچ هەورێک کار دەکەن.

NIST names six things that make fog computing what it is:

NIST شەش شت دەژمێرێت کە ژمێرکاریی تەم دەکەنە ئەوەی کە هەیە:

Like the cloud, fog can be offered as software, platform or infrastructure services, and a fog node can be private, community, public or hybrid, the same models you met in Cloud Computing.

وەک هەور، تەمیش دەتوانرێت وەک خزمەتگوزاریی نەرمەواڵە، پلاتفۆرم یان ژێرخان پێشکەش بکرێت و نۆدی تەم دەتوانێت تایبەت، کۆمەڵگەیی، گشتی یان تێکەڵ بێت، هەمان ئەو مۆدێلانەی لە هەورەژمێرکاری بینیتن.

NIST also names mist computing: a light, simple form of fog that sits right at the edge of the network, even closer to the devices. Mist uses microcomputers and microcontrollers, which pass their results to fog nodes and, from there, to the cloud. Like fog, mist is optional.

NIST هەروەها ژمێرکاریی مژ ناو دەنێت: شێوەیەکی سووک و سادەی تەم کە ڕێک لە لێواری ڕایەڵەدایە، تەنانەت نزیکتر لە ئامێرەکانەوە. مژ مایکرۆکۆنترۆڵەرەکان (Microcontroller) و کۆمپیوتەری زۆر بچووک بەکار دەهێنێت، کە ئەنجامەکانیان دەدەنە نۆدەکانی تەم و لەوێشەوە بۆ هەور. وەک تەم، مژیش ناچاری نییە.

Example, a farm near Duhok: the microcontroller in each soil sensor reports only when the moisture changes (mist); the gateway in the farm hut averages the field and starts the pump (fog); the cloud keeps the season's history and brings the weather forecast.

نموونە، کێڵگەیەک لە نزیک دهۆک: مایکرۆکۆنترۆڵەری ناو هەر هەستەوەرێکی خاک تەنیا کاتێک شێی خاکەکە دەگۆڕێت ڕاپۆرت دەدات (مژ)؛ دەروازەی ڕایەڵەی ناو کەپری کێڵگەکە تێکڕای کێڵگەکە دەردەهێنێت و پەمپەکە هەڵدەکات (تەم)؛ هەوریش مێژووی وەرزەکە هەڵدەگرێت و پێشبینیی کەشوهەوا دەهێنێت.

In the edge computing paradigm, computation and intelligence run at the device level. The data is processed where it is collected, and only key information or summaries are sent up to the cloud. This gives the fastest answers, keeps working when the internet is down and keeps private data on the device.

لە پارادایمی ژمێرکاریی لێواردا (Edge computing) ژمێرکاری و ژیری لە ئاستی ئامێرەکەدا کار دەکەن. دراوەکە لەو شوێنەی کۆ دەکرێتەوە چارەسەرکردنی بۆ دەکرێت و تەنیا زانیاریی سەرەکی یان پوختە دەنێردرێت بۆ هەور. ئەمە خێراترین وەڵام دەدات، کاتێک ئینتەرنێت پچڕاوە هەر کار دەکات و دراوەی تایبەت لەسەر ئامێرەکە دەهێڵێتەوە.

A smart vehicle is the classic edge example: most of its processing is done on the vehicle itself. Its inputs are cameras, radar, LiDAR (Light Detection and Ranging, a laser that measures distances), the human–computer interface (screens, buttons, voice) and GPS. With them the car's computers run the engine, show information on the driver's head-up display, work the brakes and control the comfort system (air conditioning, seats), all locally, without offloading anything to the cloud.

ئۆتۆمبێلی هۆشمەند نموونە ناسراوەکەی لێوارە: زۆربەی چارەسەرکردنەکەی لەسەر خودی ئۆتۆمبێلەکە ئەنجام دەدرێت. نێوخستەکانی بریتین لە کامێرا، ڕادار (Radar)، لایدار (LiDAR) (Light Detection and Ranging، لەیزەرێک کە دووری دەپێوێت)، نێوبەستەی بەکارهێنەر (User interface) (شاشە، دوگمە، دەنگ) و GPS. بەمانە کۆمپیوتەرەکانی ئۆتۆمبێلەکە بزوێنەرەکە کار پێ دەکەن، زانیاری لەسەر شاشەی بەردەم شۆفێر پیشان دەدەن، برێکەکان بەکار دەهێنن و سیستەمی ئاسوودەیی (هەوای ناو ئۆتۆمبێل، کورسییەکان) کۆنترۆڵ دەکەن، هەمووی لە شوێنی خۆیدا، بەبێ ناردنی هیچ شتێک بۆ هەور.

The car still sends summaries and key information to the cloud for processing, storage and analysis. If a fault develops, say a sensor starts to fail, the car acts on it at once and also reports it to the cloud, where the maker can study faults from thousands of cars. This is the agent loop sense → decide → act from Agents, Sensors and Actuators, running inside the car.

ئۆتۆمبێلەکە هێشتا پوختە و زانیاریی سەرەکی دەنێرێت بۆ هەور بۆ چارەسەرکردن، خەزنکردن و شیکاری. ئەگەر تێکچوونێک دروست ببێت، بۆ نموونە هەستەوەرێک خەریکە تێک بچێت، ئۆتۆمبێلەکە دەستبەجێ کاردانەوەی دەبێت و هەروەها بۆ هەوری ڕاپۆرت دەکات، کە دروستکەرەکە دەتوانێت لەوێ لە تێکچوونەکانی هەزاران ئۆتۆمبێل بکۆڵێتەوە. ئەمە هەمان خولی هەستکردن ← بڕیاردان ← کردەوەیە (Action) کە لە ئەیجێنتەکان، هەستەوەرەکان و جووڵێنەرەکان فێری بوویت، بەڵام لەناو ئۆتۆمبێلەکەدا.

Where Should the Thinking Happen? compared reaction time, data and privacy for the device, the gateway and the cloud. Now that the three places have their names, here is what each paradigm runs on, what it is good at and where it is weak:

وانەی بیرکردنەوە دەبێت لە کوێ ڕووبدات؟ کاتی کاردانەوە، دراوە و تایبەتێتیی (Privacy) بۆ ئامێر، دەروازەی ڕایەڵە و هەور بەراورد کرد. ئێستا کە سێ شوێنەکە ناوی خۆیان هەیە، ئەمە ئەوەیە کە هەر پارادایمێک لەسەر چی کار دەکات، باش بۆ چییە و لاوازییەکەی لە کوێیە:

These paradigms are not rivals; most real systems combine them. Take a cement factory in Sulaymaniyah. At the edge, the controller of each motor stops it within milliseconds when it shakes dangerously. In the fog, a gateway in the control room averages the vibration every minute, raises alarms and shows the operators a dashboard. In the cloud, the company compares all its plants, predicts which motor will need repair (predictive maintenance) and writes monthly reports. Put each job where its deadline fits: milliseconds at the edge, seconds in the fog, hours to months in the cloud. The wider trade-offs (cost, networking, trust) are in Where Should the Thinking Happen?.

ئەم پارادایمانە ڕکابەری یەکتر نین؛ زۆربەی سیستەمە ڕاستەقینەکان تێکەڵیان دەکەن. کارگەیەکی چیمەنتۆ لە سلێمانی وەربگرە. لە لێواردا کۆنترۆڵەری هەر ماتۆڕێک (Electric motor) لە چەند میلیچرکەیەکدا دەیوەستێنێت کاتێک بە مەترسییەوە دەلەرزێت. لە تەمدا دەروازەیەکی ڕایەڵە لە ژووری کۆنترۆڵدا هەر خولەکێک تێکڕای لەرینەوەکە دەردەهێنێت، ئاگادارکردنەوە دەدات و داشبۆردێک پیشانی کارمەندان دەدات. لە هەوردا کۆمپانیاکە هەموو کارگەکانی بەراورد دەکات، پێشبینی دەکات کام ماتۆڕ پێویستی بە چاککردنەوە دەبێت (چاککاریی پێشبینیکەر (Predictive maintenance)) و ڕاپۆرتی مانگانە دەنووسێت. هەر کارێک لەو شوێنەدا دابنێ کە کاتە دیاریکراوەکەی تێیدا جێی دەبێتەوە: میلیچرکە لە لێوار، چرکە لە تەم، کاتژمێر تا مانگ لە هەوردا. هاوسەنگییە فراوانترەکان (تێچوو، ڕایەڵە، متمانە) لە وانەی بیرکردنەوە دەبێت لە کوێ ڕووبدات؟ باس کراون.