Výpočetní technika na okraji sítě (edge computing) si klade za cíl zefektivnit webové aplikace a zařízení připojená k internetu, a to minimalizováním zátěže šířky pásma a zpoždění v komunikaci. Právě to je možná jedním z důvodů, proč se v digitálním světě těší tak rychlé oblibě.
Denně se generuje obrovské množství dat z podniků, továren, nemocnic, bank a dalších zavedených institucí.
Z tohoto důvodu je stále důležitější spravovat, ukládat a zpracovávat data efektivně. Zejména v případě firem, které pracují s časově citlivými informacemi, je zásadní zpracovávat data rychle a efektivně, aby se minimalizovala bezpečnostní rizika a zrychlily obchodní operace.
A právě zde může edge computing nabídnout řešení.
O co ale vlastně jde? Není cloudové řešení dostatečné?
Pojďme si tyto nejasnosti vyjasnit podrobným prozkoumáním konceptu edge computingu.
Co je Edge Computing?
Edge computing představuje moderní, distribuovanou výpočetní architekturu, která přesouvá ukládání a výpočetní procesy blíže ke zdroji dat. Tím se šetří šířka pásma a zkracuje se doba odezvy.
Zjednodušeně řečeno, edge computing snižuje objem procesů, které probíhají v cloudu. Tyto výpočetní operace se přesouvají na koncová zařízení, jako jsou IoT zařízení, okrajové servery nebo uživatelské počítače. Díky tomu, že se výpočetní procesy provádějí blíže, nebo přímo na okraji sítě, se snižuje nutnost komunikace mezi serverem a klientem na velké vzdálenosti. Tím se snižuje zatížení šířky pásma a zpoždění.
Edge computing je v podstatě architektonický koncept, a ne technologie sama o sobě. Jedná se o výpočetní techniku, která je specifická pro danou lokalitu a nespoléhá se na cloud při provádění svých operací. To ale neznamená, že cloud zcela zmizí; spíše se pouze přiblíží.
Historie Edge Computingu
Edge computing se jako koncept objevil v 90. letech minulého století v rámci sítí pro doručování obsahu (CDN), které měly za úkol doručovat video a webový obsah pomocí okrajových serverů umístěných blíže k uživatelům. V roce 2000 se tyto sítě vyvinuly a začaly hostovat aplikace a jejich komponenty přímo na okrajových serverech.
Tak se komerčně objevilo první využití edge computingu. Následně byla vyvinuta řešení a služby edge computingu pro hostování aplikací, jako jsou nákupní košíky, agregace dat v reálném čase, vkládání reklam a další.
Architektura Edge Computingu
Výpočetní úlohy vyžadují vhodnou architekturu a neexistuje univerzální řešení. Různé typy výpočetních úloh vyžadují různé architektury.
Edge computing se postupem času stal důležitou architekturou pro podporu distribuovaného výpočetního výkonu a nasazení úložných a výpočetních zdrojů v blízkosti zdroje dat.
I přes decentralizovanou architekturu, která může být náročná na správu a vyžaduje neustálou kontrolu a monitoring, je edge computing stále efektivním řešením pro síťové problémy, jako je přesun velkých objemů dat v kratším čase než jiné výpočetní metody.
Jedinečná architektura edge computingu se zaměřuje na řešení tří hlavních síťových problémů: latence, šířky pásma a přetížení sítě.
Latence
Latence se vztahuje k době, po kterou datový paket putuje z jednoho bodu v síti do druhého. Nižší latence vede k lepší uživatelské zkušenosti. Problém je v tom, že latence se zvyšuje s rostoucí vzdáleností mezi uživatelem (klientem), který zadává požadavek, a serverem, který jej zpracovává. Dále ji může zvyšovat přetížení sítě, což zpomaluje dobu odezvy serveru.
Umístěním výpočetních procesů blíže ke zdroji dat se ve skutečnosti zkracuje fyzická vzdálenost mezi serverem a klientem, což umožňuje rychlejší odezvu.
Šířka pásma
Šířka pásma je množství dat, které síť přenese za daný čas, a měří se v bitech za sekundu. Všechny sítě mají omezenou šířku pásma, a to zejména bezdrátové. Pouze omezený počet zařízení si tak může vyměňovat data v síti. Zvýšení šířky pásma obvykle vyžaduje další investice a je obtížné spravovat její využití v síti, která spojuje velké množství zařízení.
Edge computing tento problém řeší. Vzhledem k tomu, že všechny výpočty probíhají blízko nebo přímo u zdroje dat, jako jsou počítače, webové kamery apod., je šířka pásma poskytována pouze pro jejich potřeby, čímž se snižuje plýtvání.
Přetížení
Internet zahrnuje miliardy zařízení, která si vyměňují data po celém světě. To může přetěžovat sítě, což má za následek velké zahlcení sítě a zpoždění odezvy. Může také dojít k výpadkům a zvýšenému přetížení, což narušuje komunikaci mezi uživateli.
Díky nasazení serverů a datových úložišť v místě, kde jsou data generována, nebo v jeho blízkosti, umožňuje edge computing více zařízením pracovat v efektivnější a menší lokální síti (LAN), kde lokální zařízení generující data mohou využívat dostupnou šířku pásma. Tím se výrazně snižuje přetížení a latence.
Jak Edge Computing Funguje?
Koncept edge computingu není zcela nový; jeho kořeny sahají do dob vzdáleného výpočtu. Například pobočky a vzdálená pracoviště umisťovaly výpočetní zdroje na místo, kde mohly být maximálně využity, namísto spoléhání se na centrální umístění.
V tradičním výpočtu, kdy data vznikala na straně klienta (např. na uživatelském počítači), se přenášela přes internet do firemní sítě LAN, kde se data ukládala a zpracovávala pomocí podnikové aplikace. Poté se výsledek odeslal zpět přes internet na zařízení klienta.
Moderní IT architekti se nyní odklánějí od konceptu centralizovaných datových center a přecházejí k okrajové infrastruktuře. V tomto případě se výpočetní a úložné prostředky přesouvají z datového centra na místo, kde uživatel generuje data (nebo ke zdroji dat).
Znamená to, že datové centrum se přibližuje ke zdroji dat, nikoli naopak. Vyžaduje to částečnou koordinaci, která umožňuje práci v rámci vzdálené LAN a lokální sběr dat pro jejich zpracování. Někteří mohou umístit zařízení do stíněných krytů, aby je chránili před vysokými teplotami, vlhkostí a jinými klimatickými podmínkami.
Proces edge computingu zahrnuje normalizaci a analýzu dat za účelem získání cenných obchodních informací. Do hlavního datového centra se po analýze odesílají pouze relevantní data. V této souvislosti může business intelligence znamenat:
- Video dohled v maloobchodních prodejnách
- Údaje o prodejích
- Prediktivní analýza pro opravy a údržbu zařízení
- Výroba elektrické energie
- Zajištění kvality výrobků
- Zajištění správné funkčnosti zařízení a další.
Výhody a Nevýhody
Výhody
Výhody edge computingu jsou následující:
#1. Rychlejší odezva
Nasazení výpočetních procesů na koncových zařízeních nebo v jejich blízkosti pomáhá snižovat latenci, jak bylo popsáno výše.
Představme si například situaci, kdy jeden zaměstnanec potřebuje doručit naléhavou zprávu jinému zaměstnanci ve stejných firemních prostorách. Odeslání zprávy trvá déle, protože musí putovat mimo budovu a komunikovat se vzdáleným serverem, který se může nacházet kdekoli na světě, a teprve poté se vrátí jako přijatá zpráva.
Díky edge computingu je router zodpovědný za přenos dat v rámci kanceláře, což výrazně snižuje zpoždění. Významně se také šetří šířka pásma.
#2. Efektivita nákladů
Edge computing pomáhá šetřit serverové zdroje a šířku pásma, což se promítá do nižších nákladů. Pokud se pro podporu velkého množství zařízení v kancelářích nebo domácnostech s chytrými zařízeními nasadí cloudové zdroje, náklady se zvýší. Edge computing však může tyto náklady snížit tím, že přesune výpočetní zatížení těchto zařízení na okraj sítě.
#3. Zabezpečení a soukromí dat
Přesouvání dat mezi servery umístěnými mezinárodně přináší obavy o soukromí, bezpečnost a další právní aspekty. Pokud dojde k úniku a data se dostanou do nesprávných rukou, může to vyvolat vážné obavy.
Edge computing udržuje data blíže jejich zdroji, v souladu s datovými zákony, jako jsou HIPAA a GDPR. Pomáhá zpracovávat data lokálně a zabraňuje nutnosti přesouvat citlivá data do cloudu nebo datového centra. Tím se zajistí, že vaše data zůstanou v bezpečí ve vašich prostorách.
Kromě toho lze data směřující do cloudu nebo na vzdálené servery šifrovat implementací edge computingu. Tímto způsobem jsou data lépe chráněna před kybernetickými útoky.
#4. Snadná údržba
Edge computing vyžaduje minimální úsilí a náklady na údržbu okrajových zařízení a systémů. Spotřebovává méně energie na zpracování dat a také je menší potřeba chlazení pro zajištění optimálního výkonu systémů.
Nevýhody
Mezi nevýhody edge computingu patří:
#1. Omezený rozsah
Implementace edge computingu může být efektivní, ale její účel a rozsah jsou omezené. Právě proto je pro mnohé lidi atraktivnější cloud.
#2. Konektivita
Edge computing vyžaduje stabilní konektivitu pro efektivní zpracování dat. V případě ztráty připojení je nutné mít připravený plán pro řešení problémů, které se objeví.
#3. Bezpečnostní rizika
S rostoucím počtem chytrých zařízení se zvyšuje také riziko, že útočníci tato zařízení kompromitují.
Aplikace Edge Computingu
Edge computing nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích. Používá se k agregaci, zpracování, filtrování a analýze dat poblíž okraje sítě. Některé z oblastí jeho použití zahrnují:
Zařízení IoT
Běžnou mylnou představou je, že edge computing a IoT jsou totéž. Ve skutečnosti je edge computing architektura, zatímco IoT je technologie, která využívá edge computing.
Chytrá zařízení, jako jsou chytré telefony, termostaty, vozidla, zámky, hodinky atd., se připojují k internetu a využívají kód běžící na těchto zařízeních místo cloudu, aby bylo jejich využití efektivnější.
Optimalizace sítě
Edge computing pomáhá optimalizovat síť měřením a zlepšováním jejího výkonu pro uživatele. Hledá síťovou cestu s nejnižší latencí a nejvyšší spolehlivostí pro uživatelský provoz. Dále může eliminovat přetížení pro optimální výkon.
Zdravotní péče
Zdravotnický sektor generuje obrovské množství dat. Zahrnuje údaje o pacientech z lékařského vybavení, senzorů a zařízení.
Proto je nutné data spravovat, zpracovávat a ukládat. Edge computing v této oblasti pomáhá aplikací strojového učení a automatizace pro přístup k datům. Pomáhá identifikovat problematické údaje, které vyžadují okamžitou pozornost lékařů, aby se zajistila lepší péče o pacienty a eliminovaly se zdravotní incidenty.
Kromě toho se edge computing používá v lékařských monitorovacích systémech pro rychlou odezvu v reálném čase, namísto čekání na reakci cloudového serveru.
Maloobchod
Maloobchodní podniky také generují velké množství dat ze sledování zásob, prodejů a dalších obchodních informací. Použití edge computingu umožňuje shromažďovat a analyzovat tato data a nacházet obchodní příležitosti, jako je predikce prodejů, optimalizace objednávek dodavatelů, efektivní vedení kampaní a další.
Výroba
Edge computing se používá ve výrobním sektoru k monitorování výrobních procesů a aplikaci strojového učení a analýzy v reálném čase pro zlepšení kvality produktů a detekci výrobních chyb. Podporuje také senzory prostředí, které se instalují do výrobních závodů.
Kromě toho edge computing poskytuje přehled o komponentách na skladě a o tom, jak dlouho vydrží. Pomáhá výrobcům činit přesná a rychlá obchodní rozhodnutí o provozu a továrně.
Stavebnictví
Stavební průmysl používá edge computing především pro zajištění bezpečnosti na pracovišti. Shromažďují se a analyzují data získaná z bezpečnostních zařízení, kamer, senzorů atd. To firmám pomáhá získat přehled o bezpečnosti na pracovišti a zajistit, aby zaměstnanci dodržovali bezpečnostní protokoly.
Doprava
Dopravní sektor, a zejména autonomní vozidla, produkují každý den terabajty dat. Autonomní vozidla potřebují shromažďovat a analyzovat data při pohybu v reálném čase, což vyžaduje náročné výpočty. Potřebují také údaje o stavu vozidla, rychlosti, poloze, stavu vozovky, provozu a okolních vozidlech.
Aby to bylo možné zvládnout, samotná vozidla se stávají okrajem sítě, kde probíhají výpočty. Díky tomu se data zpracovávají velmi rychle, aby podpořila potřeby sběru a analýzy dat.
Zemědělství
V zemědělství se edge computing využívá v senzorech ke sledování hustoty živin a využití vody a optimalizaci sklizně. K tomuto účelu senzory shromažďují údaje o prostředí, teplotě a půdních podmínkách. Analyzují se jejich účinky, aby se zvýšil výnos plodin a zajistila se jejich sklizeň v nejpříznivějších podmínkách.
Energetika
Edge computing je užitečný také v energetickém sektoru, kde monitoruje bezpečnost v plynárenských a ropných společnostech. Senzory nepřetržitě monitorují vlhkost a tlak. Neměly by také ztrácet konektivitu, protože pokud se stane něco špatného, například dojde k přehřátí ropovodu, a zůstane to neodhaleno, může to vést ke katastrofě. Problém je, že většina těchto zařízení se nachází v odlehlých oblastech, kde je špatná konektivita.
Proto nabízí nasazení edge computingu v těchto systémech nebo v jejich blízkosti lepší konektivitu a možnosti nepřetržitého monitorování. Edge computing také dokáže detekovat poruchy zařízení v reálném čase. Senzory mohou monitorovat energii generovanou všemi stroji, jako jsou elektrická vozidla, větrné farmy a systémy pro řízení sítí, což pomáhá snižovat náklady a zvyšovat efektivitu výroby energie.
Další aplikace edge computingu zahrnují videokonference, které vyžadují vysokou šířku pásma, efektivní ukládání do mezipaměti pomocí kódu běžícího na okrajových sítích CDN, finanční služby, jako jsou banky pro zajištění bezpečnosti, a další.
Vzdálený vs. Blízký Okraj
Edge computing zahrnuje mnoho pojmů, jako je blízký okraj, vzdálený okraj atd., což může být někdy matoucí. Pojďme si vysvětlit rozdíl mezi vzdáleným a blízkým okrajem.
Vzdálený Okraj
Jedná se o infrastrukturu umístěnou nejdále od cloudového datového centra a zároveň nejblíže uživatelům.
Například infrastruktura vzdáleného okraje pro agenturu mobilních služeb se může nacházet poblíž základnových stanic mobilních telefonů.
Výpočetní technika na vzdáleném okraji se nasazuje v podnicích, továrnách, nákupních centrech atd. Aplikace spuštěné na této infrastruktuře vyžadují vysokou propustnost, škálovatelnost a nízkou latenci, což je ideální pro streamování videa, AR/VR, videohry atd. Na základě hostovaných aplikací se rozlišuje na:
- Podnikový okraj, který hostuje podnikové aplikace
- IoT okraj, který hostuje aplikace IoT
Blízký Okraj
Jedná se o výpočetní infrastrukturu nasazenou mezi cloudovými datovými centry a vzdáleným okrajem. Hostuje obecné aplikace a služby, na rozdíl od vzdáleného okraje, který hostuje specifické aplikace.
Infrastrukturu blízkého okraje lze například využít pro ukládání do mezipaměti CDN, výpočetní mlhu atd. Výpočetní mlha také umisťuje úložné a výpočetní zdroje k datům nebo do jejich blízkosti, ale nemusí být přímo u nich. Představuje tak střední cestu mezi cloudovým datovým centrem umístěným daleko a okrajem umístěným u zdroje s omezenými zdroji.
Edge Computing vs. Cloud Computing (podobnosti a rozdíly)
Jak edge computing, tak i cloud computing využívají distribuovaný výpočetní výkon a nasazení úložných a výpočetních zdrojů na základě generovaných dat. Rozhodně se však nejedná o to samé.
Zde je popis jejich rozdílů:
- Nasazení: Cloud computing nasazuje zdroje v globálních lokalitách s vysokou škálovatelností pro spouštění procesů. Může zahrnovat centralizované výpočty blíže ke zdroji dat, ale ne na okraji sítě. Naopak edge computing nasazuje zdroje v místech, kde se data generují.
- Centralizace/Decentralizace: Cloud computing nabízí prostřednictvím centralizace efektivní a škálovatelné zdroje se zabezpečením a kontrolou. Edge computing je decentralizovaný a používá se k řešení problémů a případů použití, které nejsou řešitelné centralizovaným přístupem cloud computingu.
- Architektura: Architektura cloud computingu se skládá z několika volně propojených komponent. Poskytuje aplikace a služby na bázi pay-as-you-go. Edge computing však překračuje rámec cloud computingu a nabízí stabilnější architekturu.
- Programování: Vývoj aplikací v cloudu je pohodlný a využívá jeden nebo několik programovacích jazyků. Edge computing může vyžadovat různé programovací jazyky pro vývoj aplikací.
- Doba odezvy: Průměrná doba odezvy je obvykle u cloud computingu delší než u edge computingu. Edge computing tedy nabízí rychlejší výpočetní proces.
- Šířka pásma: Cloud computing spotřebovává více šířky pásma a energie z důvodu větší vzdálenosti mezi klientem a serverem, zatímco edge computing vyžaduje poměrně menší šířku pásma a výkon.
Jaké jsou výhody Edge Computingu oproti Cloud Computingu?
Proces edge computingu je efektivnější než cloud computing, protože cloud computingu trvá déle, než načte data požadovaná uživatelem. Cloud computing může oddálit přenos informací do datového centra, čímž zpomaluje proces rozhodování a způsobuje latenci.
V důsledku toho mohou organizace utrpět ztráty v oblasti nákladů, šířky pásma, zabezpečení dat a dokonce i pracovních rizik, zejména ve výrobě a stavebnictví. Níže je uvedeno několik výhod edge computingu oproti cloud computingu.
- Požadavek na rychlejší, bezpečnější a spolehlivou architekturu popularizoval růst edge computingu, takže organizace upřednostňují edge computing před cloud computingem. V oblastech, které vyžadují zpracování časově citlivých informací, dokáže edge computing zázraky.
- Když se výpočetní proces provádí na vzdálených místech, edge computing funguje lépe díky malé nebo žádné konektivitě, která umožňuje centralizovaný přístup. Pomáhá s lokálním úložištěm a funguje jako mikro datové centrum.
- Edge computing je lepším řešením pro podporu chytrých a specializovaných zařízení, která plní specifické funkce a liší se od běžných zařízení.
- Edge computing dokáže efektivně řešit využití šířky pásma, vysoké náklady, zabezpečení a spotřebu energie ve většině oblastí ve srovnání s cloud computingem.
Současní Poskytovatelé Edge Computingu
Pro rychlé a snadné nasazení edge computingu ve vaší firmě nebo podniku potřebujete poskytovatele služeb edge computingu. Pomáhají efektivně zpracovávat a přenášet data, nabízejí robustní IT infrastrukturu a spravují rozsáhlá data generovaná z okrajových zařízení.
Zde jsou někteří z významných poskytovatelů edge computingu:
#1. Amazon Web Services
AWS nabízí konzistentní zkušenosti s cloudovým modelem a poskytuje řešení a služby pro IoT, ML, AI, analytiku, robotiku, úložiště a výpočetní výkon.
#2. Dell
Dell poskytuje orchestraci a správu okrajových počítačů prostřednictvím OpenManage Mobile. Dell je skvělým řešením pro digitální města, maloobchodníky, výrobce a další.
#3. ClearBlade
ClearBlade vydal svou aplikaci Edge Native Intelligent Asset Application, která umožňuje správcům okrajů vytvářet výstražná zařízení a připojovat se k zařízením IoT bez kódování.
Dalšími významnými poskytovateli edge computingu jsou Cloudflare, StackPath, Intel, EdgeConnex a další.
Závěrečná Slova 👩🏫
Edge computing se ukazuje jako efektivní, spolehlivé a nákladově výhodné řešení pro moderní podniky, které využívají digitální služby a řešení více než kdy dříve. Jedná se také o vynikající koncept pro podporu kultury práce na dálku a zefektivnění zpracování dat a komunikace.