Przetwarzanie brzegowe: co to jest? Korzyści, zagrożenia i więcej

Przetwarzanie brzegowe to platforma przetwarzania rozproszonego, która przybliża możliwości przetwarzania i przechowywania danych oprogramowania korporacyjnego użytkownikom lub źródłom danych.

Celem obliczeń brzegowych jest zmniejszenie opóźnień między użytkownikiem a serwerem, a także zminimalizowanie wykorzystania przepustowości aplikacji. Szacuje się, że do 2025 roku na całym świecie zostanie wygenerowanych 175 Zettabajtów danych, a urządzenia brzegowe będą stanowić ponad połowę całości.

Edge computing nie jest standardową technologią, a raczej podejściem architektonicznym, metodą dalszej optymalizacji systemów centrum danych i chmury.

W tym poście przyjrzymy się przetwarzaniu brzegowemu, co to oznacza dla Internetu w ogóle, dla infrastruktury i rozwoju przyszłych aplikacji.

Krótka historia

Wczesny internet był prosty – ustawiałeś serwer i przychodzili odwiedzający. Jednak wraz z rozwojem sieci i zawieraniem ciężkich treści multimedialnych, takich jak filmy, serwery zaczęły się przeciążać, przepustowość została zatkana, a opóźnienia wzrosły.

Aby rozwiązać ten problem, sieci dostarczania treści ewoluowały, aby zapewnić pomysłowe, ale praktyczne rozwiązanie. Możesz utrzymać swoją witrynę w niezmienionej formie, ale zlecić dostarczanie dużych ilości danych, takich jak filmy, na zewnątrz. Sieci dostarczania treści są obecne w wielu lokalizacjach, dzięki czemu nawet mniejsze firmy mogą łatwiej i taniej zoptymalizować korzystanie z witryny.

Jeśli użytkownik odwiedzi tak zoptymalizowaną stronę internetową, serwer firmy zaprezentuje ją w normalny sposób. Jeśli jednak strona zawiera obszerne dane, jej lokalizacja zostanie po prostu uwzględniona w kodzie strony internetowej, dzięki czemu strona może załadować obszerne dane bezpośrednio z tej lokalizacji.

W rezultacie wszystko ładuje się szybciej, ponieważ sieć dostarczania treści, z której przeglądarka ładuje wideo, jest bliżej użytkownika niż oryginalny serwer firmy.

Przetwarzanie brzegowe to kolejna ewolucja tej metody. W tym przypadku to właśnie obliczenia zadań krytycznych czasowo lub nietolerujących opóźnień są przybliżane do użytkownika, ponieważ użytkownicy Internetu i podłączone urządzenia wytwarzają więcej danych niż kiedykolwiek wcześniej.

Jak działa przetwarzanie brzegowe

Przetwarzanie brzegowe to warstwa między użytkownikiem Internetu a centrum danych witryny lub chmurą. Krawędź to dowolna infrastruktura obliczeniowa bliższa użytkownikowi niż centrum danych w chmurze. Aplikacje korporacyjne są automatycznie wdrażane, aktualizowane i kończone na urządzeniach brzegowych.

Jako technologia, przetwarzanie brzegowe nie ma standardu, co oznacza, że ​​różne firmy wdrażają je na swój unikalny sposób. Następujące funkcje są jednak niezbędne do wdrożenia przetwarzania brzegowego.

• Chmura – Twój podstawowy system obliczeniowy. Może to być usługa taka jak AWS, Google Cloud lub Twoja własna chmura prywatna.
  
• Węzły brzegowe — to dowolny system sprzętowy, który może wykonywać kod i łączyć się z centrum danych w chmurze przez Internet.
  
• Platforma zarządzania — aplikacja lub system operacyjny do zarządzania wdrażaniem oprogramowania i administracją we wszystkich węzłach brzegowych i w chmurze.
  
• Automatyzacja — równoważenie obciążenia między chmurą a węzłami brzegowymi. System, który w razie potrzeby wdraża i kończy właściwą aplikację na prawym węźle brzegowym i to bez udziału człowieka. Podejścia do konteneryzacji, takie jak Kubernetes, są tutaj zwycięzcami.

Istnieją dwa sposoby implementacji obliczeń brzegowych:

1. Usługi w chmurze — wszystkie główne platformy przetwarzania w chmurze, od Google Cloud po AWS i Azure, mają zintegrowane usługi, które ułatwiają wdrażanie przetwarzania brzegowego.
   
2. Architektura DIY – Tutaj będziesz musiał samodzielnie skonfigurować swoje systemy serwerowe sprzętu i oprogramowania. Red Hat oferuje hybrydowy system operacyjny w chmurze o nazwie OpenShift oraz lżejszą wersję o nazwie Device Edge, która jest idealna do tworzenia węzłów brzegowych.

Korzyści z Edge Computing

Możliwość hostowania aplikacji na urządzeniach brzegowych zapewnia wiele korzyści w szerokim zakresie zastosowań. Te korzyści obejmują:

1. Redukcja opóźnień — węzły przetwarzania brzegowego znajdujące się bliżej urządzeń brzegowych oznaczają mniejsze opóźnienia (czas potrzebny na przesłanie danych z urządzenia na serwer iz powrotem).
   
2. Poprawiona wydajność operacyjna — wykorzystując mniejsze opóźnienia na brzegu i łącząc je z maksymalnymi zasobami obliczeniowymi chmury, można zmaksymalizować wydajność systemu.
   
3. Zwiększona niezawodność — systemy, które wykorzystują zarówno chmurę podstawową, jak i węzły brzegowe, są w rezultacie bardziej odporne i niezawodne.
   
4. Niższe koszty przepustowości — brak konieczności przesyłania tak dużej ilości danych przez Internet do firmowego centrum danych w chmurze może oznaczać znaczne oszczędności w zależności od aplikacji.
   
5. Zgodność z przepisami — możliwość przetwarzania danych użytkowników w lokalizacji użytkownika może pomóc firmom w przestrzeganiu przepisów dotyczących prywatności danych.

Wyzwania i zagrożenia

Przetwarzanie brzegowe wiąże się również ze swoimi wyzwaniami, a najważniejsze z nich to:

1. Większa powierzchnia ataku — system rozłożony na wiele węzłów tworzy większą powierzchnię dla potencjalnych ataków. Może to obejmować bezpieczeństwo infrastruktury lub kwestie prywatności użytkowników.
   
2. Większe wyzwania w zakresie bezpieczeństwa — utrzymanie infrastruktury w wielu lokalizacjach stwarza więcej wyzwań związanych z bezpieczeństwem niż na przykład konieczność fizycznego zabezpieczenia pojedynczego centrum danych.
   
3. Ograniczona pojemność obliczeniowa — typowa infrastruktura brzegowa oferuje znacznie mniej możliwości obliczeniowych niż środowisko chmurowe, co sprawia, że ​​chmura jest najlepszą opcją dla aplikacji wymagających dużej mocy obliczeniowej.

Edge Computing vs Cloud Computing

Krawędź jest częścią chmury. Jest to podobna usługa, która jest fizycznie bliżej użytkownika, rozszerzenie chmury, które poprawia wydajność obliczeniową poprzez obsługę zadań krytycznych czasowo.

Nie można mieć architektury brzegowej bez uprzedniej chmury. Ponadto chmura ma swoją przewagę nad brzegiem, kiedyś problemy z czasem i opóźnieniami nie są krytyczne.

Edge Computing a sztuczna inteligencja

Niektóre aplikacje wykorzystujące sztuczną inteligencję, takie jak systemy bezpieczeństwa i identyfikacji, mogą ogromnie skorzystać na sieciach o niskim opóźnieniu. Przetwarzanie brzegowe umożliwia uruchamianie modeli uczenia maszynowego bezpośrednio w pobliżu urządzeń brzegowych, które generują dane.

Zaletami są szybsze czasy odpowiedzi, mniejsze zużycie przepustowości i lepsze zabezpieczenia. Przetwarzanie brzegowe i sztuczna inteligencja to technologie uzupełniające się, które prawdopodobnie będą się nawzajem wzmacniać.

Edge Computing a sieci 5G

Sieci 5G obiecują wyższe prędkości i mniejsze opóźnienia, ale przeciętna podróż w obie strony od użytkownika do centrum danych w chmurze iz powrotem do użytkownika zajmuje 100-300 ms. Oznacza to, że same sieci 5G mogą oferować tylko wyższe prędkości, ale nie mniejsze opóźnienia.

Aby skrócić czasy opóźnień, sieci 5G potrzebują integracji z przetwarzaniem brzegowym, aby osiągnąć latencję 10-20 ms, która sprawi, że będą świecić. Tylko przy tych niższych opóźnieniach autonomiczne pojazdy, maszyny przemysłowe i wiele innych rzeczywistych zastosowań staną się opłacalne.

Popularne urządzenia brzegowe

Urządzenia brzegowe gromadzą i przetwarzają dane lokalnie podczas interakcji ze środowiskiem fizycznym lub wykonywania innych przydatnych funkcji.

Oto popularne typy urządzeń, które mogą skorzystać na architekturze obliczeń brzegowych:

1. Inteligentne głośniki
2. Smartfony
3. Roboty
4. Inteligentne zegarki
5. Urządzenia Internetu rzeczy (IoT)
6. Pojazdy autonomiczne
7. Systemy punktów sprzedaży (POS)

Aplikacje Edge Computing

Wiele branż może odnieść korzyści z integracji przetwarzania brzegowego. Oto niektóre:

1. Inteligentne sieci do wydajnego wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej.
2. Inteligentne domy, które zaspokajają potrzeby ich mieszkańców.
3. Inteligentne miasta z aplikacjami do monitorowania infrastruktury, transportu i bezpieczeństwa.
4. Nowoczesne systemy rolnicze z czujnikami IoT i kontrolą klimatu w celu zwiększenia plonów.
5. Zarządzanie ruchem w miastach.
6. Autonomiczne usługi nawigacyjne dla dronów, samochodów i zastosowań wojskowych.
7. Zdalny monitoring zasobów, takich jak instalacje naftowe i gazowe.
8. Zakłady produkcyjne integrujące zasady Przemysłu 4.0.
9. Sklepy detaliczne i zarządzanie magazynem produktów.
10. Systemy monitorowania pacjenta dla szpitali.
11. Konserwacja predykcyjna produktów high-tech, takich jak silniki.
12. Aplikacje do przetwarzania mowy i dźwięku.
13. Aplikacje do uczenia maszynowego.
14. Systemy rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej.
15. Ulepszone aplikacje zabezpieczające.
16. Usługi przesyłania strumieniowego i dostarczania treści.

Dostawcy infrastruktury i usług

W zależności od tego, w jaki sposób chcesz podejść do przetwarzania brzegowego, istnieją różni dostawcy usług oferujący unikalne rozwiązania. Oto najlepsze firmy.

• KubeEdge — rozwiązanie do konteneryzacji typu open source dla urządzeń brzegowych.
• Red Hat OpenShift — rozproszony system operacyjny w chmurze.
• Alef Private Edge — oferta typu „plug-and-play” jako usługa.
• Azure IoT Edge — IoT Edge firmy Microsoft.
• Google Cloud — w pełni zarządzana chmura i przetwarzanie brzegowe jako usługa.
• ClearBlade — oprogramowanie do obliczeń brzegowych.

Często zadawane pytania (FAQ)

Wniosek

Dochodząc do końca tej eksploracji przetwarzania brzegowego i jego licznych korzyści i zastosowań, powinno być jasne, że praktyka ta pozostanie i może tylko dalej rosnąć.

Chociaż różne branże mogą mieć różne potrzeby, prawdopodobnie w najlepszym interesie Twojej organizacji jest znalezienie sposobów wykorzystania przetwarzania brzegowego, zanim zrobi to konkurencja.