الحوسبة الحافة: ما هي؟ الفوائد والمخاطر والمزيد

الحوسبة الحافة هي إطار عمل للحوسبة الموزعة يعمل على تقريب قدرات الحوسبة وتخزين البيانات الخاصة ببرامج المؤسسة من المستخدمين أو مصادر البيانات.

الهدف من الحوسبة الحافة هو تقليل زمن الوصول بين المستخدم والخادم، فضلاً عن تقليل استخدام النطاق الترددي للتطبيق. ومن المقدر أن 175 زيتابايت من البيانات سيتم إنشاء تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2025، حيث ستشكل الأجهزة الطرفية أكثر من نصف الإجمالي.

الحوسبة الحافة ليست تقنية موحدة، بل هي نهج معماري، وطريقة لتحسين مراكز البيانات وأنظمة السحابة بشكل أكبر.

تتناول هذه التدوينة الحوسبة الحافة، وما تعنيه للإنترنت بشكل عام، وللبنية التحتية، وتطوير التطبيقات المستقبلية.

تاريخ قصير

كانت شبكة الإنترنت في بداياتها بسيطة ــ كنت تقوم بإعداد خادم ثم يأتي الزوار. ولكن مع نمو شبكة الإنترنت وتضمنها لمحتوى إعلامي ثقيل مثل مقاطع الفيديو، بدأت الخوادم تتعرض للحمل الزائد، وأصبحت النطاقات الترددية مسدودة، وتضخم زمن الوصول.

لحل هذه المشكلة، تطورت شبكات توصيل المحتوى لتوفير حل مبتكر وعملي في آنٍ واحد. يمكنك الحفاظ على موقعك الإلكتروني كما هو، ولكن يمكنك الاستعانة بمصادر خارجية لتوصيل البيانات الضخمة، مثل مقاطع الفيديو. تنتشر شبكات توصيل المحتوى في مواقع متعددة، مما يُسهّل ويُقلّل تكلفة تحسين تجربة استخدام مواقع الويب حتى للشركات الصغيرة.

إذا قام المستخدم بزيارة موقع ويب مُحسَّن كهذا، فسيعرض خادم الشركة صفحة الويب كالمعتاد. ومع ذلك، إذا كانت الصفحة تحتوي على بيانات كثيفة، فسيتم تضمين موقعها ببساطة في كود صفحة الويب، وبالتالي يمكن للصفحة تحميل البيانات الكثيفة مباشرةً من هذا الموقع.

النتيجة هي أن كل شيء يتم تحميله بشكل أسرع لأن شبكة توصيل المحتوى التي يقوم المتصفح من خلالها بتحميل الفيديو أقرب إلى المستخدم من خادم الشركة الأصلي.

الحوسبة الحافة هي تطور آخر لهذه الطريقة. هنا، يتم تقريب حساب المهام الحرجة من حيث الوقت أو التي لا تتحمل زمن الوصول إلى المستخدم، حيث ينتج مستخدمو الإنترنت والأجهزة المتصلة المزيد من البيانات أكثر من أي وقت مضى.

كيف تعمل الحوسبة الحافة

الحوسبة الحافة هي طبقة بين مستخدم الإنترنت ومركز بيانات موقع الويب أو السحابة. والحافة هي أي بنية أساسية للحوسبة أقرب إلى المستخدم من مركز بيانات السحابة. يتم نشر تطبيقات المؤسسة وتحديثها وإنهاؤها تلقائيًا على الحافة.

باعتبارها تقنية، لا يوجد معيار للحوسبة الحافة، مما يعني أن الشركات المختلفة تنفذها بطرقها الفريدة. ومع ذلك، فإن الميزات التالية ضرورية لتنفيذ الحوسبة الحافة.

• سحابة – نظام الحوسبة الأساسي لديك. قد يكون عبارة عن خدمة مثل AWS أو Google Cloud أو سحابتك الخاصة.
  
• العقد الحافة - أي نظام أجهزة قادر على تنفيذ التعليمات البرمجية والاتصال مرة أخرى بمركز البيانات السحابي عبر الإنترنت.
  
• منصة الإدارة - تطبيق برمجي أو نظام تشغيل لإدارة نشر البرامج وإدارتها عبر جميع العقد الطرفية والسحابة.
  
• أتمتة – موازنة الأحمال بين العقد السحابية والحافة. ​​نظام ينشر وينهي التطبيق الصحيح على العقدة الحافة اليمنى عند الحاجة وبدون تدخل بشري. تعتبر أساليب الحاويات مثل Kubernetes هي الفائزة هنا.

هناك طريقتان لتنفيذ الحوسبة الحافة:

1. الخدمات السحابية - منصات الحوسبة السحابية الرئيسية من سحابة جوجل إلى AWS و Azure تحتوي جميعها على خدمات متكاملة تجعل من السهل تنفيذ الحوسبة الحافة.
   
2. هندسة يدوية – هنا، سيتعين عليك إعداد أنظمة الخادم الخاصة بالأجهزة والبرامج بنفسك. تقدم شركة Red Hat نظام تشغيل سحابي هجين يسمى فتح ونسخة أخف وزنا تسمى حافة الجهاز وهو مثالي لإنشاء عقد الحافة.

فوائد الحوسبة الحافة

تتمتع القدرة على استضافة تطبيقاتك على الحافة بالعديد من الفوائد لمجموعة واسعة من التطبيقات. وتتضمن هذه الفوائد ما يلي:

1. تقليل الكمون – إن تواجد عقد الحوسبة الحافة أقرب إلى أجهزة الحافة يعني زمن انتقال أقل (الوقت اللازم لانتقال البيانات من جهاز إلى خادم والعودة).
   
2. تحسين الكفاءة التشغيلية - من خلال الاستفادة من زمن الوصول المنخفض على الحافة ودمجه مع الحد الأقصى لموارد الحوسبة السحابية، يمكن تعظيم كفاءة النظام.
   
3. موثوقية محسنة - الأنظمة التي تستخدم كل من السحابة الأساسية والعقد الطرفية تكون أكثر مرونة وموثوقية نتيجة لذلك.
   
4. انخفاض تكاليف النطاق الترددي - إن عدم الحاجة إلى إرسال الكثير من البيانات عبر الإنترنت إلى مركز بيانات سحابي للشركة يمكن أن يعني توفيرًا كبيرًا في التكاليف اعتمادًا على التطبيق.
   
5. التدقيق المطلوب - إن القدرة على معالجة بيانات المستخدمين في منطقة المستخدم يمكن أن تساعد الشركات على الامتثال لقواعد خصوصية البيانات.

التحديات والمخاطر

وتأتي الحوسبة الحافة أيضًا مع تحدياتها، وتشمل التحديات الرئيسية ما يلي:

1. مساحة هجوم أكبر يُتيح النظام المُوزّع على عدة عُقد مساحةً أكبر للهجمات المُحتملة. قد يتراوح هذا بين أمن البنية التحتية ومشاكل خصوصية المستخدم.
   
2. تحديات أمنية متزايدة – إن صيانة البنية التحتية في مواقع متعددة يفرض تحديات أمنية أكبر من ضرورة تأمين مركز بيانات واحد فعليًا، على سبيل المثال.
   
3. سعة حوسبة محدودة – توفر البنية التحتية النموذجية قدرات حسابية أقل بكثير من بيئة السحابة، مما يجعل السحابة الخيار الأول للتطبيقات التي تعتمد على الحوسبة المكثفة بشكل صارم.

الحوسبة الحافة مقابل الحوسبة السحابية

الحافة هي جزء من السحابة. وهي عبارة عن خدمة مماثلة أقرب فعليًا إلى المستخدم، وهي امتداد للسحابة تعمل على تحسين الكفاءة الحسابية من خلال التعامل مع المهام الحرجة من حيث الوقت.

لا يمكنك الحصول على بنية تحتية دون الحصول على سحابة أولاً. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع السحابة بمزاياها على البنية التحتية للحافة، بمجرد عدم وجود مشكلات الوقت والزمن الحرجة.

الحوسبة الحافة مقابل الذكاء الاصطناعي

بعض الذكاء الاصطناعي يمكن أن تستفيد التطبيقات مثل أنظمة الأمان والهوية بشكل كبير من الشبكات ذات زمن الوصول المنخفض. تتيح الحوسبة الطرفية تشغيل نماذج التعلم الآلي مباشرة بالقرب من الأجهزة الطرفية التي تولد البيانات.

تشمل المزايا أوقات استجابة أسرع، واستهلاكًا أقل للنطاق الترددي، وأمانًا مُحسّنًا. تُعدّ الحوسبة الطرفية والذكاء الاصطناعي تقنيات مُكمّلة، ومن المُرجّح أن تستمرّ في تعزيز بعضها البعض.

الحوسبة الحافة مقابل شبكات الجيل الخامس

تعد شبكات الجيل الخامس بسرعات أعلى وزمن انتقال أقل، ولكن متوسط ​​الرحلة ذهابًا وإيابًا من المستخدم إلى مركز بيانات سحابي والعودة إلى المستخدم يستغرق 5-100 مللي ثانية. وهذا يعني أن شبكات الجيل الخامس لا يمكنها إلا تقديم سرعات أعلى بمفردها، ولكن ليس زمن انتقال أقل.

ولخفض زمن الوصول، تحتاج شبكات الجيل الخامس إلى تكامل الحوسبة الطرفية لتحقيق زمن وصول يتراوح بين 5 و10 مللي ثانية، وهو ما يجعلها تتألق. وفقط عند هذا الزمن المنخفض من الوصول، تصبح المركبات ذاتية القيادة والآلات الصناعية والعديد من التطبيقات الأخرى في العالم الحقيقي قابلة للتطبيق.

أجهزة الحافة الشائعة

تقوم أجهزة الحافة بجمع البيانات ومعالجتها محليًا أثناء التفاعل مع بيئاتها المادية أو أداء وظائف مفيدة أخرى.

فيما يلي أنواع الأجهزة الشائعة التي يمكن أن تستفيد من بنية الحوسبة الحافة:

1. السماعات الذكية
2. الهواتف الذكية
3. الروبوتات
4. الساعات الذكية
5. أجهزة إنترنت الأشياء (IoT)
6. المركبات ذاتية القيادة
7. أنظمة نقاط البيع

تطبيقات حوسبة الحافة

يمكن لمجموعة واسعة من الصناعات الاستفادة من دمج الحوسبة الحافة. ​​وفيما يلي بعض الأمثلة:

1. الشبكات الذكية لتوليد وتوزيع الطاقة الكهربائية بكفاءة.
2. منازل ذكية تلبي احتياجات سكانها.
3. المدن الذكية مع تطبيقات مراقبة البنية التحتية والنقل والأمن.
4. أنظمة الزراعة الحديثة مع أجهزة استشعار إنترنت الأشياء والتحكم في المناخ لتعزيز المحاصيل.
5. إدارة المرور في المدن.
6. خدمات الملاحة المستقلة للطائرات بدون طيار والسيارات والتطبيقات العسكرية.
7. مراقبة الأصول عن بعد، مثل منشآت النفط والغاز.
8. مصانع التصنيع التي تدمج مبادئ الصناعة 4.0.
9. إدارة متاجر التجزئة ومستودعات المنتجات.
10. أنظمة مراقبة المرضى للمستشفيات.
11. الصيانة التنبؤية للمنتجات ذات التقنية العالية مثل المحركات.
12. تطبيقات معالجة الكلام والصوت.
13. تطبيقات التعلم الآلي.
14. أنظمة الواقع الافتراضي والمعزز.
15. تحسين تطبيقات الأمان.
16. خدمات البث وتوصيل المحتوى.

البنية التحتية ومقدمي الخدمات

اعتمادًا على الطريقة التي تريد التعامل بها مع الحوسبة الحافة، فهناك العديد من مقدمي الخدمات الذين يقدمون حلولاً فريدة. وفيما يلي أفضل الشركات.

• كوبي ايدج - حل حاويات مفتوح المصدر لأجهزة الحافة.
• ريد هات OpenShift - نظام تشغيل سحابي موزع.
• ألف برايفت إيدج - تقديم خدمة الحافة كخدمة جاهزة للتوصيل والتشغيل.
• حافة إنترنت الأشياء أزور - IoT Edge من مايكروسوفت.
• سحابة جوجل - إدارة كاملة للحوسبة السحابية والحوسبة الحافة كخدمة.
• كلير بليد - حلول برمجيات الحوسبة الحافة.

الأسئلة الشائعة (FAQs)

خاتمة

مع الوصول إلى نهاية هذا الاستكشاف للحوسبة الحافة وفوائدها وتطبيقاتها العديدة، يجب أن يكون من الواضح أن هذه الممارسة ستبقى ولا يمكنها إلا أن تستمر في النمو.

على الرغم من أن الصناعات المختلفة قد يكون لها احتياجات مختلفة، فمن المحتمل أن يكون من مصلحة مؤسستك العثور على طرق للاستفادة من الحوسبة الحافة قبل أن تفعل ذلك المنافسة.