Edge computing. Na krawędzi
Magazyn "Forbes" w prognozie opublikowanej w listopadzie 2018 r. przewiduje, że do 2025 r. do Internetu podłączonych zostanie ponad 80 miliardów urządzeń - od sprzętu eksploatacyjnego i smartfonów, po fabryczne i inteligentne czujniki miejskie. W tym samym roku zostanie wygenerowanych ok. 180 bilionów gigabajtów danych.
Obecnie prawie wszystkie nasze dane są wysyłane do odległych chmur i tam przetwarzane. Chmura jest środowiskiem, które zapewnia praktycznie nieograniczoną moc obliczeniową i przestrzeń dyskową w Internecie. Mechanizm ten staje się jednak niepraktyczny już teraz, a gdy z upływem czasu podłączonych będą miliardy więcej urządzeń, opóźnienia z powodu przeciążenia sieci staną się ogromne. Aplikacje komunikują się z relatywnie odległymi chmurami przez zatłoczony Internet, stając się coraz wolniejsze i mniej funkcjonalne.
Wyobraźmy sobie futurystyczny scenariusz: opóźnienie o jedną dziesiątą sekundy okazuje się katastrofalne dla autonomicznego samochodu jadącego z prędkością ponad 100 km/godz. Dochodzimy tu do scenariuszy dotyczących życia lub śmierci. Aby użytkownicy chmury mogli działać w czasie rzeczywistym, czyli z opóźnieniami nie większymi niż jedna milisekunda - przy założeniu, że sieci na całym świecie mogą przesyłać dane z prędkością światła, będą one musiały być przetwarzane w odległości nie większej niż 150 km od użytkownika.
Edge computing to nową technika, jeszcze w powijakach, która oferuje rozwiązanie tych problemów. Opóźnienia zostaną zredukowane poprzez przetwarzanie danych bliżej urządzeń, gdzie są one potrzebne, czyli na „skraju” albo „krawędzi” (edge) sieci, a nie w odległej chmurze.
Internet Rzeczy
Przykładowo, dane ze smartfonów mogłyby być przetwarzane na routerze domowym, a informacje nawigacyjne na smartfonach dałoby się uzyskać z mobilnej stacji bazowej zamiast z chmury. Wartość przetwarzania edge computing polega na tym, że aplikacje reagują bardzo szybko, minimalizując opóźnienia.
Technika ta już przyciągnęła znaczne inwestycje ze strony największych firm IT, w tym Cisco czy Dell. Szereg sojuszy, takich jak konsorcja OpenEdge i OpenFog, opracowuje standardy korzystania z nowej techniki. Nawet najwięksi dostawcy usług w zakresie przetwarzania w chmurze, w tym Amazon i Microsoft Azure, opracowali już systemy oprogramowania dla tej technologii. Wartość rynku szacuje się na 6-10 mld dolarów w ciągu najbliższych pięciu lat. Okazuje się także, że łączony model systemów chmurowych z edge pozwala na dokonanie znacznych oszczędności. Dane Wikibon - IoT Project wskazują, że tego typu kombinacja przetwarzania informacji, w porównaniu z przetwarzaniem wszystkiego w chmurze, redukuje koszty o 36%.
Kontinuum chmura/edge
Oszczędności polegają na wykorzystaniu edge do wykonania wielu wstępnych operacji przetwarzania danych przed wysłaniem ich do chmury. Potwierdzenie słuszności tej koncepcji w projektach pilotażowych pokazuje, jak wiele dziedzin może bardzo skorzystać z tego przetwarzania „na krawędzi sieci”. Wymienia się tu w pierwszym rzędzie gry online, aplikacje dla służby zdrowia, aplikacje wojskowe oraz autonomiczne samochody. Powstają pomysły, które są wręcz frapujące, np. urządzenia bioniczne, takie jak protezy wzroku korzystające z edge w celu szybkiego przetwarzania danych z otoczenia.
Pamięć i skalowalne zasoby znajdujące się w chmurze oczywiście nie będą dostępne w edge computing, ze względu na ograniczone możliwości obliczeniowe i pojemność. Edge stanie się jednak centralnym punktem przetwarzania w czasie rzeczywistym. Krawędź nie będzie istnieć bez chmury, natomiast chmura stanie się technologią nieco bardziej pasywną. Zasoby wymagane do przetwarzania i/lub przechowywania będą rozpraszane i decentralizowane w kontinuum chmura/edge.
Serwery typu edge computing muszą spełniać specyficzne wymagania, w tym zawierać takie procesory, jak np. układy linii Xeon D-2100, które Intel wprowadził do oferty w lutym 2018 r. Procesory tego rodzaju powinny jednocześnie być energooszczędne i potrafić przetwarzać dane na tyle szybko, aby nie spowalniać w znaczący sposób wydajności serwera. Procesory linii Xeon D-2100 mogą zawierać od czterech do osiemnastu rdzeni obliczeniowych bazujących na architekturze Skylake.
W ostatnich latach liczba przypadków ataków na bezpieczeństwo danych w chmurze rośnie. W mniejszym lub większym stopniu dotknęło to już miliardów użytkowników. W porównaniu z wielkimi chmurami urządzenie edge, np. router domowy, będzie dla hakerów igłą w stogu siana. Nawet gdyby było zagrożone, nie dałoby dostępu do danych mas użytkowników. Zatem nowa technika utrudnia ataki na masową skalę. Jednak w wielu publicznych urządzeniach peryferyjnych, takich jak bramki internetowe lub stacje bazowe telefonii komórkowej, będą oczywiście przechowywane dane lokalnych użytkowników. I jest to spory problem dotyczący bezpieczeństwa, który w edge trzeba rozwiązać.
Przemysł zainteresowany
Świetnym przykładem zastosowania wszystkich współczesnych rozwiązań w zakresie zbierania, analizy i wykorzystania danych jest największy port Europy, zlokalizowany w Rotterdamie. Dziś używa się tam technologii tzw. cyfrowych bliźniaków. Oznacza to, że wszystko, co znajduje się na terenie portu, ma swoją wierną cyfrową kopię. W niedalekiej przyszłości posłuży ona jako podstawa do wprowadzenia autonomicznych rozwiązań transportowych. Rdzeń ekosystemu stanowią technologie dostarczone przez firmy Esri, Cisco i IBM, pozwalające na zbieranie i analizę wszelkich niezbędnych danych za pomocą licznych czujników. Jednak z uwagi na wydajność sieci transferowej i opłacalność całej inwestycji, w porcie wykorzystano również technologię edge computing, która gwarantuje, że na centralnej platformie gromadzone są najważniejsze, wstępnie opracowane dane. Tam wzbogaca się je za pomocą przetwarzania strumieniowego i inteligentnych systemów AI (sztucznej inteligencji). Wszystkie informacje można też oczywiście zobrazować na trójwymiarowych mapach portu.
Przykładów zainteresowania techniką edge jest więcej. W listopadzie ub. roku koncern Thyssenkrupp Steel zlecił firmie Rittal dostawę modułowych centrów danych, które zostaną umieszczone w pobliżu zakładów produkcji. Kontenery IT Rittal są instalowane bezpośrednio na terenie firmy i pełnią funkcję centrów danych typu edge ze zintegrowaną obsługą chmury. Rittal Data Center Container to rozwiązanie, które zapewnia m.in. bezprzerwową dostępność danych, krótkie czasy latencji oraz bezpieczeństwo w całym systemie.
Wcześniej Google zaoferowało firmom komponenty wspomagające edge computing: oprogramowanie i sprzęt. Cloud IoT Edge to część oprogramowania, która rozszerza przetwarzanie i uczenie maszynowe Google Cloud na miliony urządzeń, takich jak manipulatory robotyczne, turbiny wiatrowe, platformy wiertnicze i inne. Dzięki Cloud IoT Edge dane uzyskiwane z urządzeń mogą być poddawane analizie w czasie rzeczywistym, a wyniki da się wykorzystać do zapobiegania awariom lub lepszego wykorzystania urządzeń.
Firmy Lenovo i Pivot3 pracują z kolei nad wykorzystaniem edge computing do systemów bezpieczeństwa inteligentnych miast. Zintegrowane urządzenia będą bazować na serwerach ThinkSystem, oferowanych przez Lenovo Data Center Group (DCG), a działających pod kontrolą oprogramowania Pivot3 HCI. Wśród rosnącej bazy klientów znalazło się np. kolumbijskie miasto Bogota, które przy okazji musiało odświeżyć swój kompleksowy system monitorowania składający się z ponad 1 tys. kamer różnych dostawców. Miasto wdraża obecnie rozwiązanie edge computing Lenovo/Pivot3, aby uzyskać maksymalną wydajność infrastruktury i możliwość skalowania całej sieci bezpieczeństwa.
Nowa technika jest również przedmiotem rozlicznych programów naukowych na uczelniach. Cele badawcze postawiła przed sobą inicjatywa Uniwersytetu Carnegie Mellon, o nazwie Open Edge Computing Initiative. W jej ramach prowadzonych jest szereg projektów, które mają pomóc naukowcom i przemysłowi zrozumieć korzyści i ograniczenia związane z edge. Do wkładu w badania zobowiązał się niedawno Microsoft. Laboratorium uzyska dostęp do Azure Data Box Edge, rozwiązania znajdującego się obecnie w fazie testowej, a także Azure Stack oraz Azure credits - na pokrycie kosztów korzystania z usług w chmurze, takich jak sztuczna inteligencja, Internet Rzeczy i zasoby pamięci.
W wielu korporacjach edge computing jest obecnie modnym szlagwortem, podobnie jak kiedyś była nim "chmura" czy "oprogramowanie jako usługa". Ma ono swoje zalety, choć nie rozwiązuje wszystkich problemów i nie do wszystkiego się nadaje - o czym warto pamiętać.
