Введение
Парадигма распределенных вычислений Edge computing - это распределенная вычислительная модель, которая приближает вычисления и хранение данных к источникам данных. Это часто ускоряет процесс подачи заявки. В более широком смысле это относится к любой конструкции, которая подталкивает вычисления физически ближе к пользователю, чтобы уменьшить задержку по сравнению с тем, когда приложение работает в одном центре обработки данных. Термин начал использоваться в 1990-х годах для описания сетей доставки контента - они использовались для доставки веб-сайтов и видеоконтента с серверов, расположенных рядом с пользователями. В начале 2000-х годов эти системы расширили свой охват до размещения других приложений, что привело к ранним сервисам Edge Computing. Эти сервисы могут делать такие вещи, как поиск дилеров, управление корзинами покупок, сбор данных в режиме реального времени и размещение рекламы. Интернет вещей (IoT), где устройства подключены к Интернету, часто связаны с Edge Computing. Однако важно понимать, что Edge Computing и IoT - это не одно и то же.
Edge computing is a distributed computing model that brings computation and data storage closer to the sources of data. This often makes applications faster. More broadly, it refers to any design that pushes computation physically closer to a user, so as to reduce the latency compared to when an application runs on a single data centre. The term began being used in the 1990s to describe content delivery networks—these were used to deliver website and video content from servers located near users. In the early 2000s, these systems expanded their scope to hosting other applications, leading to early edge computing services. These services could do things like find dealers, manage shopping carts, gather real time data, and place ads. The Internet of Things (IoT), where devices are connected to the internet, is often linked with edge computing. However, it's important to understand that edge computing and IoT are not the same thing.
Определение
Edge computing включает в себя запуск компьютерных программ, которые обеспечивают быстрые ответы вблизи места, где выполняются запросы. Карим Араби во время презентации IEEE DAC 2014 года и позже на семинаре MIT MTL в 2015 году описал Edge Computing как вычисления, которые происходят вне облака, на краю сети, особенно для приложений, требующих немедленной обработки данных. В отличие от центров обработки данных, среды Edge Computing не всегда контролируются климатом, несмотря на то, что требуют значительной вычислительной мощности. Edge-вычисления часто приравниваются к туманным вычислениям, особенно в небольших настройках. Однако в более крупных развертываниях, таких как умные города, туманные вычисления служат отдельным слоем между периферийными вычислениями и облачными вычислениями, причем каждый слой имеет свои собственные обязанности. В докладе "Состояние краев" объясняется, что краевые вычисления сосредоточены на серверах, расположенных рядом с конечными пользователями. Алекс Резник, председатель комитета по стандартам ETSI MEC ISG, определяет "край" как все, что не является традиционным центром обработки данных. В облачных играх крайние узлы, известные как "гамелеты", обычно находятся в пределах одного или двух сетевых прыжков от клиента, обеспечивая быстрое время отклика для игр в реальном времени. Edge computing может использовать технологию виртуализации для упрощения развертывания и управления различными приложениями на Edge-серверах.
Концепция
Ожидается, что к 2025 году объем данных в мире вырастет на 61% до 175 зеттабайт. По данным исследовательской компании Gartner, около 10% данных, генерируемых предприятиями, создаются и обрабатываются вне традиционных централизованных центров обработки данных или облаков. К 2025 году, по прогнозам компании, эта цифра достигнет 75 процентов. Увеличение количества устройств IoT на краю сети производит огромное количество данных - хранение и использование всех этих данных в облачных дата-центрах подталкивает к пределу потребности в пропускной способности сети. Несмотря на улучшения сетевых технологий, центры обработки данных не могут гарантировать приемлемые скорости передачи и время отклика, что часто является критическим требованием для многих приложений. Кроме того, устройства на границе постоянно потребляют данные, поступающие из облака, заставляя компании децентрализовать хранение данных и предоставление услуг, используя физическую близость к конечному пользователю. Аналогичным образом, целью Edge Computing является перемещение вычислений из центров обработки данных к краю сети, используя умные объекты, мобильные телефоны или сетевые шлюзы для выполнения задач и предоставления услуг от имени облака. Перемещая услуги на край, можно обеспечить кэширование контента, доставку услуг, постоянное хранение данных и управление IoT, что приводит к улучшению времени отклика и скорости передачи. В то же время, распределение логики на разные узлы сети вводит новые проблемы и вызовы.
Конфиденциальность и безопасность
Распределенная природа этой парадигмы вводит сдвиг в схемах безопасности, используемых в облачных вычислениях. В краевых вычислениях данные могут перемещаться между различными распределенными узлами, подключенными через Интернет, и, таким образом, требуют специальных механизмов шифрования, независимых от облака. Крайние узлы также могут быть устройствами с ограниченными ресурсами, ограничивающими выбор с точки зрения методов безопасности. Кроме того, требуется переход от централизованной инфраструктуры сверху вниз к децентрализованной модели доверия. С другой стороны, сохраняя и обрабатывая данные на границе, можно увеличить конфиденциальность, минимизируя передачу конфиденциальной информации в облако. Кроме того, право собственности на собранные данные переходит от поставщиков услуг к конечным пользователям.
Масштабируемость
Масштабируемость в распределенной сети должна решать разные проблемы. Во-первых, он должен учитывать неоднородность устройств, имеющих различные характеристики и энергетические ограничения, высокую динамичность и надежность соединений по сравнению с более надежной инфраструктурой облачных центров обработки данных. Кроме того, требования безопасности могут вводить дополнительную задержку в связи между узлами, что может замедлить процесс масштабирования.
Надежность
Управление отказоустойчивостью имеет решающее значение для поддержания службы. Если один узел выходит из строя и недоступен, пользователи все равно должны иметь возможность получить доступ к службе без перебоев. Кроме того, крайние вычислительные системы должны обеспечивать действия для восстановления после сбоя и оповещать пользователя о происшествии. Для этого каждое устройство должно поддерживать топологию сети всей распределенной системы, чтобы обнаружение ошибок и восстановление стали легко применимыми. Другими факторами, которые могут влиять на этот аспект, являются используемые технологии подключения, которые могут обеспечивать различные уровни надежности, и точность данных, полученных на краю, которые могут быть ненадежными из-за определенных условий окружающей среды. что-либо, относящееся к здоровью или безопасности человека / общества, или включающее восприятие человека, такое как распознавание лиц, для выполнения которого обычно требуется от 370 до 620 мс. Edge-компьютер, скорее всего, сможет имитировать ту же скорость восприятия, что и люди, что полезно в таких приложениях, как дополненная реальность, где гарнитура должна предпочтительно распознавать, кто такой человек, в то же время, что и пользователь.
Эффективность
Благодаря близости аналитических ресурсов к конечным пользователям, сложные аналитические инструменты и инструменты искусственного интеллекта могут работать на краю системы. Такое расположение на краю помогает повысить операционную эффективность и является причиной многих преимуществ для системы. Кроме того, использование Edge Computing в качестве промежуточной стадии между клиентскими устройствами и более широким Интернетом приводит к экономии эффективности, что можно продемонстрировать в следующем примере: клиентское устройство требует вычислительно интенсивной обработки видеофайлов, выполняемых на внешних серверах. Используя серверы, расположенные в локальной краевой сети для выполнения этих вычислений, видеофайлы должны передаваться только в локальной сети. Избегая передачи через Интернет, можно значительно сэкономить пропускную способность, а значит, повысить эффективность. Дальнейшие исследования показали, что использование ресурсососодержащих машин, называемых облачными или микроцентрами обработки данных, вблизи мобильных пользователей, которые предлагают услуги, обычно находящиеся в облаке, обеспечило улучшение времени выполнения, когда некоторые задачи были переданы на крайний узел. С другой стороны, разгрузка каждой задачи может привести к замедлению времени передачи данных между устройством и узлами, поэтому в зависимости от нагрузки можно определить оптимальную конфигурацию. Система электросетей на основе IoT позволяет передавать электричество и данные для мониторинга и управления электросетью, что делает управление энергией более эффективным. Другие примечательные приложения включают подключенные автомобили, автономные автомобили, умные города, промышленность 4.0, домашнюю автоматизацию и спутниковые системы. Начинающаяся область краевого искусственного интеллекта (краевой ИИ) реализует искусственный интеллект в среде краевых вычислений, на устройстве или рядом с местом сбора данных.