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.

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.