Граничні обчислення: що це? Переваги, ризики тощо

Граничні обчислення — це структура для розподілених обчислень, яка наближає обчислення та можливості зберігання даних корпоративного програмного забезпечення до користувачів або джерел даних.

Метою периферійних обчислень є зменшення затримки між користувачем і сервером, а також мінімізація використання пропускної здатності програми. Підраховано, що 175 зетабайт даних до 2025 року буде створюватися в усьому світі, причому більше половини від загальної кількості створюватимуться периферійними пристроями.

Граничні обчислення — це не стандартизована технологія, скоріше це архітектурний підхід, метод подальшої оптимізації центрів обробки даних і хмарних систем.

У цьому дописі розглядається периферійне обчислення, його значення для Інтернету в цілому, для інфраструктури та розробки майбутніх програм.

Коротка історія

Ранній Інтернет був простим – ви встановлюєте сервер і відвідувачі приходять. Але в міру того, як мережа розросталася і включала важкий медіаконтент, як-от відео, сервери почали перевантажуватися, пропускна здатність забивалася, а затримка збільшувалася.

Щоб вирішити цю проблему, мережі доставки вмісту розвинулися, щоб забезпечити геніальне, але практичне рішення. Ви можете підтримувати свій веб-сайт у тому вигляді, в якому він був, але доставляти важкі дані, як-от відео, доставляти стороннім підрядникам. Мережі доставки вмісту присутні в багатьох місцях, що спрощує й здешевлює оптимізацію веб-сайтів навіть для менших фірм.

Якщо користувач відвідує такий оптимізований веб-сайт, сервер компанії представить веб-сторінку як звичайну. Однак, якщо сторінка містить велику кількість даних, її розташування буде просто включено в код веб-сторінки, щоб сторінка могла завантажити велику кількість даних безпосередньо з цього місця.

У результаті все завантажується швидше, оскільки мережа доставки вмісту, з якої браузер завантажує відео, знаходиться ближче до користувача, ніж вихідний сервер компанії.

Граничні обчислення є подальшою еволюцією цього методу. Тут саме обчислення критичних за часом або нетерпимих до затримки завдань наближено до користувача, оскільки користувачі Інтернету та підключені пристрої створюють більше даних, ніж будь-коли раніше.

Як працюють периферійні обчислення

Граничні обчислення — це прошарок між користувачем Інтернету та центром обробки даних веб-сайту або хмарою. Edge — це будь-яка обчислювальна інфраструктура, ближча до користувача, ніж хмарний центр обробки даних. Корпоративні програми автоматично розгортаються, оновлюються та припиняються на межі.

Як технологія периферійні обчислення не мають стандарту, а це означає, що різні компанії впроваджують її по-своєму. Однак для впровадження периферійних обчислень необхідні наступні функції.

• хмара – Ваша основна обчислювальна система. Це може бути служба на зразок AWS, Google Cloud або ваша власна приватна хмара.
  
• Граничні вузли – Це будь-яка апаратна система, яка може виконувати код і підключатися до хмарного центру обробки даних через Інтернет.
  
• Платформа управління – Програмна програма або операційна система для керування розгортанням програмного забезпечення та адмініструванням на всіх периферійних вузлах і в хмарі.
  
• Автоматизація – Балансування навантаження між вашою хмарою та крайовими вузлами. Система, яка розгортає та завершує правильну програму на вузлі правого краю, коли це необхідно та без участі людини. Підходи до контейнеризації, такі як Kubernetes, є переможцями.

Існує два способи реалізації периферійних обчислень:

1. хмарні послуги – Основні платформи хмарних обчислень від Google Cloud до AWS та Azure усі мають інтегровані служби, які спрощують впровадження периферійних обчислень.
   
2. DIY Архітектура – Тут вам доведеться самостійно налаштувати апаратне та програмне забезпечення серверних систем. Red Hat пропонує гібридну хмарну операційну систему під назвою OpenShift і полегшена версія називається Край пристрою що ідеально підходить для створення крайових вузлів.

Переваги периферійних обчислень

Можливість розміщення ваших додатків на межі забезпечує багато переваг для широкого спектру програм. Ці переваги включають:

1. Скорочення затримки – Розташування периферійних обчислювальних вузлів ближче до периферійних пристроїв означає меншу затримку (час, необхідний для переміщення даних від пристрою до сервера та назад).
   
2. Покращена експлуатаційна ефективність – Скориставшись нижчою затримкою на межі та поєднавши це з максимальними обчислювальними ресурсами хмари, можна максимізувати ефективність системи.
   
3. Покращена надійність – Системи, які використовують як основну хмару, так і периферійні вузли, в результаті є більш стійкими та надійними.
   
4. Нижчі витрати на пропускну здатність – Відсутність надсилання такої кількості даних через Інтернет до хмарного центру обробки даних компанії може означати значну економію коштів залежно від програми.
   
5. Відповідність нормативам – Можливість обробки даних користувачів у місцевості користувача може допомогти компаніям дотримуватися правил конфіденційності даних.

Виклики та ризики

Граничні обчислення також пов’язані зі своїми проблемами, і основні з них включають:

1. Більша поверхня атаки – Система, яка розподілена на кількох вузлах, створює більшу площу для потенційних атак. Це може варіюватися від безпеки інфраструктури до проблем конфіденційності користувачів.
   
2. Підвищені виклики безпеці – Обслуговування інфраструктури в кількох місцях створює більше проблем із безпекою, ніж необхідність фізичного захисту одного центру обробки даних, наприклад.
   
3. Обмежена обчислювальна потужність – Типова периферійна інфраструктура пропонує набагато менше обчислювальних можливостей, ніж хмарне середовище, що робить хмару варіантом номер 1 для додатків із суворо інтенсивним обчисленням.

Граничні обчислення проти хмарних обчислень

Край є частиною хмари. Це аналогічний сервіс, який фізично ближче до користувача, розширення хмари, яке покращує обчислювальну ефективність, вирішуючи критичні за часом завдання.

Ви не можете мати крайову архітектуру без попередньої хмари. Крім того, хмара має свої переваги, оскільки проблеми з часом і затримкою не є критичними.

Граничні обчислення проти штучного інтелекту

Дещо штучний інтелект такі додатки, як системи безпеки та ідентифікації, можуть отримати величезну користь від мереж із низькою затримкою. Граничні обчислення дають змогу запускати моделі машинного навчання безпосередньо поблизу периферійних пристроїв, які генерують дані.

Переваги включають швидший час відповіді, менше споживання пропускної здатності та покращену безпеку. Граничні обчислення та штучний інтелект є доповнювальними технологіями, які, ймовірно, продовжуватимуть зміцнювати одна одну.

Граничні обчислення проти мереж 5G

Мережі 5G обіцяють більш високу швидкість і меншу затримку, але в середньому перехід від користувача до хмарного центру обробки даних і назад до користувача займає 100-300 мс. Це означає, що мережі 5G можуть запропонувати лише вищі швидкості самі по собі, але не менші затримки.

Щоб скоротити час затримки, мережі 5G потребують інтеграції периферійних обчислень, щоб досягти затримки 10-20 мс, яка змусить їх сяяти. Лише за таких менших затримок автономні транспортні засоби, промислові машини та багато інших реальних програм стануть життєздатними.

Популярні пристрої Edge

Пристрої Edge збирають і обробляють дані локально, взаємодіючи зі своїм фізичним середовищем або виконуючи інші корисні функції.

Нижче наведено популярні типи пристроїв, які можуть виграти від архітектури периферійних обчислень:

1. Спритні динаміки
2. смартфони
3. роботи
4. розумні годинник
5. Пристрої Інтернету речей (IoT).
6. Автономні транспортні засоби
7. Системи торгових точок (POS).

Додатки для периферійних обчислень

Широкий спектр галузей може отримати вигоду від інтеграції периферійних обчислень. Ось деякі з них:

1. Розумні мережі для ефективного виробництва та розподілу електроенергії.
2. Розумні будинки, які задовольняють потреби своїх мешканців.
3. Розумні міста з додатками для моніторингу інфраструктури, транспорту та безпеки.
4. Сучасні системи сільського господарства з датчиками Інтернету речей і клімат-контролем для підвищення врожайності.
5. Організація дорожнього руху в містах.
6. Автономні навігаційні служби для дронів, автомобілів і військових застосувань.
7. Віддалений моніторинг активів, таких як нафтогазові установки.
8. Виробничі підприємства, які інтегрують принципи промисловості 4.0.
9. Роздрібні магазини та управління товарними складами.
10. Системи моніторингу пацієнтів для лікарень.
11. Прогнозне обслуговування високотехнологічних продуктів, таких як двигуни.
12. Програми для обробки мови та аудіо.
13. Програми машинного навчання.
14. Системи віртуальної та доповненої реальності.
15. Покращено програми безпеки.
16. Сервіси потокової передачі та доставки контенту.

Інфраструктура та постачальники послуг

Залежно від того, як ви хочете підійти до периферійних обчислень, існують різні постачальники послуг з унікальними рішеннями. Ось найкращі компанії.

• KubeEdge – Рішення контейнеризації з відкритим вихідним кодом для периферійних пристроїв.
• Red Hat OpenShift – Розподілена хмарна операційна система.
• Алеф Приват Едж – Пропозиція Plug and Play Edge-as-A-Service.
• Azure IoT Edge – IoT Edge від Microsoft.
• Google Cloud – Повністю керовані хмарні та периферійні обчислення як послуга.
• ClearBlade – Програмне рішення для периферійних обчислень.

Часті питання (FAQ)

Висновок

Підійшовши до кінця цього дослідження периферійних обчислень і їх численних переваг і застосувань, має бути зрозуміло, що ця практика залишиться і може лише продовжувати розвиватися.

Хоча різні галузі можуть мати різні потреби, можливо, в інтересах вашої організації знайти способи використання периферійних обчислень раніше, ніж це зробить ваша конкуренція.