Пограничные вычисления: что это такое? Преимущества, риски и многое другое

Граничные вычисления — это платформа для распределенных вычислений, которая приближает вычислительные возможности и возможности хранения данных корпоративного программного обеспечения к пользователям или источникам данных.

Целью граничных вычислений является сокращение задержки между пользователем и сервером, а также минимизация использования пропускной способности приложения. По оценкам 175 зеттабайт данных будет производиться во всем мире к 2025 году, при этом периферийные устройства будут создавать более половины от общего количества.

Пограничные вычисления — это не стандартизированная технология, а скорее архитектурный подход, способ дальнейшей оптимизации центров обработки данных и облачных систем.

В этом посте рассматриваются граничные вычисления, их значение для Интернета в целом, для инфраструктуры и разработки будущих приложений.

Краткая история

Ранний Интернет был простым — вы устанавливали сервер, и к вам приходили посетители. Но по мере того, как сеть росла и включала в себя тяжелый мультимедийный контент, такой как видео, серверы начали перегружаться, пропускная способность забивалась, а задержки увеличивались.

Чтобы решить эту проблему, сети доставки контента эволюционировали, чтобы обеспечить гениальное, но практичное решение. Вы можете сохранить свой веб-сайт в том виде, в котором он был, но передать на аутсорсинг доставку тяжелых данных, таких как видео. Сети доставки контента присутствуют в нескольких местах, что упрощает и удешевляет оптимизацию работы их веб-сайтов даже для небольших фирм.

Если пользователь посещает такой оптимизированный веб-сайт, сервер компании отображает веб-страницу как обычно. Однако, если страница содержит тяжелые данные, ее местоположение будет просто включено в код веб-страницы, поэтому страница может загружать тяжелые данные непосредственно из этого места.

В результате все загружается быстрее, потому что сеть доставки контента, из которой браузер загружает видео, находится ближе к пользователю, чем исходный сервер компании.

Пограничные вычисления — это дальнейшее развитие этого метода. Здесь именно вычисление задач, критичных ко времени или не допускающих задержек, становится ближе к пользователю, поскольку пользователи Интернета и подключенные устройства производят больше данных, чем когда-либо прежде.

Как работают граничные вычисления

Пограничные вычисления — это слой между пользователем Интернета и центром обработки данных веб-сайта или облаком. Edge — это любая вычислительная инфраструктура, расположенная ближе к пользователю, чем облачный центр обработки данных. Корпоративные приложения автоматически развертываются, обновляются и завершаются на периферии.

Как технология, граничные вычисления не имеют стандарта, а это означает, что разные компании реализуют их по-своему. Однако для реализации граничных вычислений необходимы следующие функции.

облако – Ваша основная вычислительная система. Это может быть такой сервис, как AWS, Google Cloud или ваше собственное частное облако.
Граничные узлы — Это любая аппаратная система, которая может выполнять код и обратно подключаться к облачному центру обработки данных через Интернет.
Платформа управления – Программное приложение или операционная система для управления развертыванием и администрированием программного обеспечения на всех пограничных узлах и в облаке.
автоматизация – Балансировка нагрузки между вашим облаком и граничными узлами. Система, которая развертывает и завершает работу нужного приложения на правильном пограничном узле, когда это необходимо и без участия человека. Подходы к контейнеризации, такие как Kubernetes, являются здесь победителями.

Существует два способа реализации граничных вычислений:

Облачные сервисы – Основные платформы облачных вычислений от Google Cloud в AWS и Лазурный все они имеют интегрированные службы, упрощающие внедрение граничных вычислений.
Архитектура своими руками – Здесь вам придется самостоятельно настраивать аппаратные и программные серверные системы. Red Hat предлагает гибридную облачную операционную систему под названием OpenShift и более легкая версия под названием Край устройства это идеально подходит для создания граничных узлов.

Преимущества граничных вычислений

Возможность размещать ваши приложения на периферии дает множество преимуществ для широкого круга приложений. Эти преимущества включают в себя:

Уменьшение задержки – Пограничные вычислительные узлы расположены ближе к пограничным устройствам, что означает меньшую задержку (время, необходимое для передачи данных от устройства к серверу и обратно).
Повышенная операционная эффективность – Используя более низкие задержки на периферии и сочетая их с максимальными вычислительными ресурсами облака, можно добиться максимальной эффективности системы.
Улучшенная надежность – В результате системы, использующие как основное облако, так и пограничные узлы, более устойчивы и надежны.
Снижение затрат на пропускную способность – Отсутствие необходимости отправлять столько данных через Интернет в облачный центр обработки данных компании может означать значительную экономию средств в зависимости от приложения.
Соответствие нормативным требованиям – Возможность обработки данных пользователей в месте нахождения пользователя может помочь компаниям соблюдать правила конфиденциальности данных.

Проблемы и риски

Пограничные вычисления также сопряжены со своими проблемами, и основные из них включают:

Большая поверхность атаки – Система, распределенная по нескольким узлам, создает большую поверхность для потенциальных атак. Это может варьироваться от безопасности инфраструктуры до проблем с конфиденциальностью пользователей.
Повышенные проблемы безопасности – Обслуживание инфраструктуры в нескольких местах создает больше проблем с безопасностью, чем, например, необходимость физической защиты одного центра обработки данных.
Ограниченная вычислительная мощность – Типичная периферийная инфраструктура предлагает намного меньше вычислительных возможностей, чем облачная среда, что делает облако вариантом номер один для приложений, строго требующих больших вычислительных ресурсов.

Пограничные вычисления против облачных вычислений

Край является частью облака. Это аналогичный сервис, который физически ближе к пользователю, расширение облака, которое повышает эффективность вычислений за счет обработки критичных по времени задач.

У вас не может быть пограничной архитектуры без предварительного наличия облака. Кроме того, у облака есть свои преимущества перед периферией, поскольку вопросы времени и задержки не являются критическими.

Граничные вычисления против искусственного интеллекта

Некоторые искусственный интеллект Такие приложения, как системы безопасности и идентификации, могут извлечь огромную выгоду из сетей с малой задержкой. Пограничные вычисления позволяют запускать модели машинного обучения непосредственно рядом с пограничными устройствами, генерирующими данные.

К преимуществам относятся более быстрое время отклика, более низкое потребление полосы пропускания и повышенная безопасность. Пограничные вычисления и ИИ — это дополняющие друг друга технологии, которые, вероятно, продолжат укреплять друг друга.

Граничные вычисления против сетей 5G

Сети 5G обещают более высокие скорости и меньшую задержку, но в среднем круговой путь от пользователя до облачного центра обработки данных и обратно к пользователю занимает 100–300 мс. Это означает, что сети 5G могут предлагать только более высокие скорости сами по себе, но не более низкие задержки.

Чтобы сократить время задержки, сетям 5G необходима интеграция с периферийными вычислениями для достижения задержки в 10-20 мс, которая сделает их блестящими. Только при этих более низких задержках автономные транспортные средства, промышленные машины и многие другие приложения реального мира станут жизнеспособными.

Приложения для граничных вычислений

Широкий спектр отраслей может извлечь выгоду из интеграции граничных вычислений. Вот некоторые:

Интеллектуальные сети для эффективного производства и распределения электроэнергии.
Умные дома, которые удовлетворяют потребности своих жильцов.
Умные города с приложениями для мониторинга инфраструктуры, транспорта и безопасности.
Современные сельскохозяйственные системы с датчиками Интернета вещей и климат-контролем для повышения урожайности.
Управление дорожным движением в городах.
Автономные навигационные услуги для дронов, автомобилей и военных приложений.
Удаленный мониторинг активов, таких как нефтегазовые установки.
Производственные предприятия, которые интегрируют принципы индустрии 4.0.
Управление розничными магазинами и товарным складом.
Системы мониторинга пациентов для больниц.
Профилактическое обслуживание высокотехнологичных продуктов, таких как двигатели.
Приложения для обработки речи и звука.
Приложения для машинного обучения.
Системы виртуальной и дополненной реальности.
Улучшенные приложения безопасности.
Сервисы стриминга и доставки контента.

Поставщики инфраструктуры и услуг

В зависимости от того, какой подход вы хотите использовать для периферийных вычислений, существуют разные поставщики услуг с уникальными решениями. Вот лучшие компании.

КубЭдж – Решение для контейнеризации с открытым исходным кодом для пограничных устройств.
Red Hat OpenShift – Распределенная облачная операционная система.
Алеф Частный Эдж – Предложение «подключи и работай» как услуга.
Край Интернета вещей Azure – IoT Edge от Microsoft.
Google Cloud – Полностью управляемые облачные и граничные вычисления как услуга.
ClearBlade – Программное решение для граничных вычислений.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Возможен ли 5G без периферийных вычислений?

Да, это так. Но 5G без периферийных вычислений не был бы таким быстрым.

Отличаются ли граничные вычисления от туманных вычислений?

Да, граничные вычисления происходят на границе сети, а туманные вычисления — это любые вычисления между периферией и облаком.

Смогут ли Edge-вычисления заменить облачные вычисления?

Нет, не будет. Пограничные вычисления являются частью облачных вычислений.

Как граничные вычисления уменьшают задержку?

Пограничные вычисления уменьшают задержку, поскольку данные передаются на более короткое расстояние.

Как граничные вычисления приносят пользу IoT?

Пограничные вычисления приносят пользу устройствам IoT, приближая вычислительные возможности к устройству IoT, что помогает оптимизировать пропускную способность и обработку в реальном времени.

Заключение

Подходя к концу этого исследования периферийных вычислений и их многочисленных преимуществ и приложений, должно быть ясно, что эта практика никуда не денется и может только расти.

Хотя в разных отраслях могут быть разные потребности, вероятно, в интересах вашей организации найти способы использования периферийных вычислений до того, как это сделают ваши конкуренты.