رایانش مرزی چیست و چرا اهمیت دارد؟

با استقرار دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) و رسیدن بی‌سیم سریع 5G، قرار دادن محاسبات، ذخیره‌سازی، و تجزیه و تحلیل نزدیک به جایی که داده ایجاد می‌شود، این مورد را برای رایانش مرزی ایجاد می‌کند. رایانش مرزی در حال تغییر این است که چگونه داده‌های تولید شده توسط میلیاردها IoT و دستگاه‌های دیگر ذخیره، پردازش، تحلیل و حمل و نقل می‌شوند. هدف اولیه رایانش مرزی، کاهش هزینه‌های پهنای باند مرتبط با انتقال داده‌های خام از جایی بود که برای مرکز داده سازمانی یا ابر ایجاد شده بود. اخیرا، ظهور برنامه‌های زمان آنی که نیاز به حداقل تاخیر دارند، مانند وسایل نقلیه مستقل و تجزیه و تحلیل ویدیویی چند دوره‌ای، این مفهوم را پیش می‌برند. گسترش جهانی در حال پیشرفت استاندارد بی‌سیم 5G با رایانش مرزی مرتبط است زیرا 5G پردازش سریع‌تر برای این موارد و برنامه‌های کاربردی مرز برش، با تاخیر کم را ممکن می‌سازد.

 

رایانش مرزی چیست؟

گارتنر رایانش مرزی را به عنوان " بخشی از یک توپولوژی محاسبه توزیع‌شده که در آن پردازش اطلاعات نزدیک به مرز (جایی که اشیا و مردم آن اطلاعات را تولید یا مصرف می‌کنند) قرار دارد. در پایه‌ای‌ترین سطح آن، محاسبات و ذخیره‌سازی داده‌ها را به دستگاه‌هایی که در آن‌ها جمع‌آوری می‌شود، نزدیک‌تر می‌کند، به جای اینکه به یک مکان مرکزی که می‌تواند هزاران مایل آن طرف تر باشد، تکیه کند. این کار به گونه‌ای انجام می‌شود که داده‌ها، به ویژه داده‌های زمان آنی، دچار مسائل تاخیر که می‌توانند بر عملکرد برنامه‌های کاربردی تاثیر بگذارند، نشوند. علاوه بر این، شرکت‌ها می‌توانند با انجام پردازش به صورت محلی و کاهش مقدار داده‌هایی که باید به یک مکان متمرکز یا ابری ارسال شوند، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند.

در مورد دستگاه‌هایی فکر کنید که تجهیزات تولید را در کارخانه و یا یک دوربین ویدئویی متصل به اینترنت که فیلم زنده به راه دور ارسال می‌کند، نظارت می‌کنند. در حالی که یک دستگاه تولید کننده داده می‌تواند آن را به راحتی در یک شبکه انتقال دهد، مشکلات زمانی بوجود می‌آیند که تعداد دستگاه‌های انتقال داده همزمان افزایش یابد. به جای یک دوربین ویدئویی که فیلم زنده را ارسال می‌کند، آن را در صدها یا هزاران دستگاه ضرب کنید. نه تنها به دلیل تاخیر، بلکه هزینه‌های پهنای باند می‌تواند نجومی باشد.

سخت‌افزار و سرویس‌های رایانش مرزی با ارائه یک منبع محلی پردازش و ذخیره‌سازی برای بسیاری از این سیستم‌ها به حل این مشکل کمک می‌کنند. به عنوان مثال، یک گیت مرز می‌تواند داده‌ها را از یک دستگاه مرز پردازش کند و سپس تنها داده‌های مرتبط را از طریق ابر ارسال کند. یا می‌تواند داده‌ها را در صورت نیاز به زمان آنی به دستگاه مرز ارسال کند.

 

رابطه بین 5G و رایانش مرزی چیست؟

در حالی که رایانش مرزی را می توان در شبکه‌های به غیر از 5G گسترش داد (‏مانند 4G - LTE)‏، عکس آن لزوما درست نیست. به عبارت دیگر، شرکت‌ها نمی‌توانند واقعا از 5G سود ببرند مگر اینکه یک زیرساخت محاسباتی حاشیه‌ای داشته باشند. دیو مک‌کارتی، مدیر تحقیقات راهبردهای مرز در IDC می‌گوید: " به خودی خود، 5G تاخیر شبکه بین نقطه پایانی و برج تلفن همراه را کاهش می‌دهد، اما فاصله تا مرکز داده را نشان نمی‌دهد، که می‌تواند برای برنامه‌های حساس به تاخیر مشکل‌ساز باشد." مهدف ساتیانارایان، استاد علوم کامپیوتر در دانشگاه کارنگی ملون که اولین بار در سال ۲۰۰۹ مقاله‌ای را تالیف کرد که صحنه رایانش مرزی را تنظیم کرد، با این نظر موافق است. " اگر شما مجبور باشید تمام مسیر را به مرکز داده‌ها در سراسر کشور یا دیگر نقاط جهان برگردید، تفاوت آن چیست، حتی اگر در آخرین جهش صفر میلی‌ثانیه باشد." با گسترش شبکه‌های 5G، رابطه بین رایانش مرزی و بی‌سیم 5G به هم متصل خواهد شد، اما شرکت‌ها هنوز می‌توانند زیرساخت‌های رایانش مرزی را از طریق مدل‌های مختلف شبکه، از جمله سیم و حتی وای فای، در صورت نیاز گسترش دهند. با این حال، با سرعت بالاتر 5G، به ویژه در مناطق روستایی که توسط شبکه‌های سیمی سرویس داده نشده اند، زیرساخت مرز احتمالی آن از یک شبکه 5G استفاده خواهد کرد.

 

رایانش مرزی چگونه کار می‌کند؟

معماری فیزیکی مرز می‌تواند پیچیده باشد، اما ایده اصلی این است که دستگاه‌های مشتری برای پردازش پاسخگوتر و عملیات هموارتر به ماژول مرز نزدیک متصل شوند. دستگاه‌های مرز می‌توانند شامل سنسورهای IoT، یک کامپیوتر نوت بوک کارمندان، آخرین گوشی‌های هوشمند آن‌ها، دوربین‌های امنیتی یا حتی فر مایکروویو متصل به اینترنت در اتاق استراحت یخ باشند. در یک محیط صنعتی، ابزار مرز می‌تواند یک ربات متحرک مستقل، یک بازوی ربات در یک کارخانه خودروسازی باشد. در مراقبت‌های بهداشتی، این سیستم می‌تواند یک سیستم جراحی پیشرفته باشد که به پزشکان این توانایی را می‌دهد که جراحی را از مکان‌های دور انجام دهند. گیت‌های مرز خودشان به عنوان دستگاه‌های مرز در یک زیرساخت رایانش مرزی در نظر گرفته می‌شوند. اصطلاحات متفاوت هستند، بنابراین ممکن است ماژولهایی به نام سرورهای مرز یا گیت‌های مرز را بشنوید. در حالی که بسیاری از گیت‌های مرز یا سرورها توسط ارائه دهندگان خدمات به منظور پشتیبانی از یک شبکه مرز (‏به عنوان مثال، Verizon، برای شبکه 5G خود)‏مستقر خواهند شد، شرکت‌هایی که به دنبال اتخاذ یک شبکه مرز خصوصی هستند، باید این سخت‌افزار را نیز در نظر بگیرند.

 

چگونه سیستم‌های رایانش مرزی را خریداری و مستقر کنیم

روشی که یک سیستم مرز خریداری و مستقر می‌شود می‌تواند بسیار متفاوت باشد. در یک انتهای طیف، یک کسب‌وکار ممکن است بخواهد بیشتر فرآیند را در انتهای خود کنترل کند. این امر شامل انتخاب دستگاه‌های مرز، احتمالا از یک فروشنده سخت‌افزار مانند Dell، HPE یا IBM، معماری یک شبکه کافی برای نیازهای مورد استفاده، و خرید مدیریت و تجزیه و تحلیل چنین ابزارهایی است. این کار زیادی است و نیاز به مقدار قابل‌توجهی تخصص داخلی در بخش IT دارد، اما هنوز هم می‌تواند یک گزینه جذاب برای یک سازمان بزرگ باشد که یک استقرار مرز کاملا سفارشی را می‌خواهد.

در طرف دیگر طیف، فروشندگان به طور خاص به طور فزاینده‌ای خدمات مرز بازاریابی هستند که برای شما مدیریت خواهند کرد. یک سازمان که می‌خواهد این مسیر را طی کند می‌تواند به سادگی از یک فروشنده بخواهد سخت‌افزار خود را نصب کند، بنابراین آگاه باشید و شبکه سازی کنید و هزینه منظمی برای استفاده و تعمیر و نگهداری پرداخت کنید. پیشنهادها IIoT از شرکت‌هایی مانند GE و زیمنس در این مقوله جای می‌گیرند.

این رویکرد این مزیت را دارد که از نظر استقرار آسان و نسبتا بدون دردسر است، اما خدمات به شدت مدیریت‌شده مانند این ممکن است برای هر مورد استفاده در دسترس نباشد.

 

چند مثال از رایانش مرزی وجود دارد؟

همانطور که تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت در حال افزایش است، تعداد موارد استفاده که در آن محاسبات حاشیه‌ای می‌توانند پول شرکت را ذخیره کنند یا از تاخیر بسیار کم بهره ببرند نیز افزایش می‌یابد.

به عنوان مثال، شرکت Verizon چندین سناریو از جمله فرآیندهای کنترل کیفیت پایان زندگی را برای تجهیزات تولیدی توصیف می‌کند؛ استفاده از شبکه‌های حاشیه 5G برای ایجاد اکوسیستم‌های شبکه واشو که نحوه جریان یافتن محتوای زنده را با تاخیر زیر ثانیه تغییر می‌دهند؛ استفاده از سنسورهای مبتنی بر مرز برای ارائه تصویر برداری دقیق از جمعیت در فضاهای عمومی برای بهبود بهداشت و ایمنی؛ ایمنی تولید خودکار، که از نظارت بلادرنگ برای ارسال هشدار در مورد شرایط در حال تغییر برای جلوگیری از حوادث ؛ لجستیک تولید، که هدف آن بهبود بهره‌وری از طریق فرآیند تولید تا ارسال کالاها و ایجاد مدل‌های دقیق از کیفیت محصول از طریق فن‌آوری‌های دوگانه دیجیتالی برای به دست آوردن بینش از فرآیندهای تولیدی. سخت‌افزار مورد نیاز برای انواع مختلف استقرار به طور قابل‌توجهی متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، کاربران صنعتی، برای رسیدن به اهداف خود، یک حق بیمه برای قابلیت اطمینان و تاخیر کم قرار می‌دهند، که به گره‌های مرز مقاوم نیاز دارد که می‌توانند در محیط سخت کف کارخانه عمل کنند، و لینک‌های ارتباطی اختصاصی (‏خصوصی 5G، شبکه‌های Wi - Fi اختصاصی یا حتی اتصالات سیمی)‏.

در مقابل، کاربران کشاورزی متصل، هنوز هم به یک دستگاه مرز ناهموار برای مقابله با استقرار در فضای باز نیاز دارند، اما قطعه اتصال می‌تواند کاملا متفاوت به نظر برسد - تاخیر پایین ممکن است هنوز هم یک نیاز برای هماهنگی حرکت تجهیزات سنگین باشد، اما سنسورهای محیطی به احتمال زیاد هم محدوده بالاتر و هم نیاز به داده‌های پایین‌تر دارند. یک اتصال LP - WAN، سیگفاکس یا مانند آن می‌تواند بهترین انتخاب در آنجا باشد.

سایر موارد استفاده، چالش‌های متفاوتی را به طور کامل نشان می‌دهند. خرده فروشان می‌توانند از گره‌های مرز به عنوان یک انبار برای مجموعه‌ای از قابلیت‌های مختلف، گره زدن داده‌های نقطه به فروش به همراه تبلیغات هدفمند، ردیابی پا و بیشتر برای یک برنامه مدیریت فروشگاه یکپارچه استفاده کنند.

 

مزایای رایانش مرزی چیست؟

برای بسیاری از شرکت‌ها، صرفه‌جویی در هزینه‌ها به تنهایی می‌تواند محرکی برای استقرار محاسبات حاشیه‌ای باشد. شرکت‌هایی که در ابتدا ابر را برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی خود پذیرفته‌اند، ممکن است کشف کرده باشند که هزینه‌های پهنای باند بالاتر از حد انتظار است، و به دنبال پیدا کردن یک جایگزین ارزان‌تر هستند. رایانش مرزی ممکن است مناسب باشد. با این حال، به طور فزاینده‌ای، بزرگ‌ترین مزیت رایانش مرزی، توانایی پردازش و ذخیره سریع‌تر داده‌ها است، که برنامه‌های کاربردی بلادرنگ کارآمد تری را قادر می‌سازد که برای شرکت‌ها حیاتی هستند. قبل از رایانش مرزی، یک گوشی هوشمند که چهره افراد را برای تشخیص چهره اسکن می‌کند باید الگوریتم تشخیص چهره را از طریق یک سرویس ابری اجرا کند، که زمان زیادی طول می‌کشد تا پردازش شود. با یک مدل رایانش مرزی، الگوریتم می‌تواند به صورت محلی بر روی یک سرور یا گیت مرز، یا حتی بر روی خود گوشی هوشمند اجرا شود.

کاربردهایی مانند واقعیت مجازی و تقویت‌شده، ماشین‌های خودکار، شهرهای هوشمند و حتی سیستم‌های اتوماسیون ساختمان به این سطح از پردازش و واکنش سریع نیاز دارند.

 

رایانش مرزی و AI

شرکت‌هایی مانند Nvidia به توسعه سخت‌افزار ادامه می‌دهند که نیاز به پردازش بیشتر در حاشیه را تشخیص می‌دهد، که شامل ماژولهایی است که شامل قابلیت‌های AI ساخته‌شده در آن‌ها است. آخرین محصول این شرکت در این زمینه، کیت توسعه دهنده Jetson AGX Orin، یک سوپرکامپیوتر AI فشرده و انرژی‌زا با هدف توسعه دهندگان رباتیک، ماشین‌های مستقل، و سیستم‌های رایانش مرزی و نسل بعد است.

شرکت Orin ۲۷۵ هزار میلیارد عملیات در ثانیه (‏TOPS)‏، بهبود ۸ برابری نسبت به سیستم قبلی این شرکت، Jetson AGX خاویر، را تحویل می‌دهد. همچنین شامل به روز رسانی ها در یادگیری عمیق، شتاب دید، پهنای باند حافظه و پشتیبانی حسگر چند وجهی است.

در حالی که الگوریتم های AI نیاز به مقادیر زیادی توان پردازشی دارند که بر روی خدمات مبتنی بر ابر اجرا می‌شوند، رشد مجموعه‌های تراشه AI که می‌توانند کار را در مرز انجام دهند، سیستم‌های بیشتری را برای رسیدگی به آن وظایف خواهند دید.

 

نگرانی‌های امنیتی و حریم خصوصی

از نقطه‌نظر امنیتی، داده‌ها در مرز می‌توانند مشکل‌ساز باشند، به خصوص هنگامی که توسط دستگاه‌های مختلف کنترل می‌شوند که ممکن است به اندازه سیستم‌های متمرکز یا مبتنی بر ابر امن نباشند. با افزایش تعداد دستگاه‌های IoT، ضروری است که IT مسائل امنیتی بالقوه را درک کند و اطمینان حاصل کند که این سیستم‌ها می‌توانند ایمن باشند. این شامل رمزنگاری داده‌ها، استفاده از روش‌های کنترل دسترسی و احتمالا تونل زنی VPN است.

علاوه بر این، الزامات دستگاه دیرینگ برای توان پردازش، الکتریسیته و اتصال شبکه می‌تواند تاثیری بر قابلیت اطمینان یک دستگاه مرز داشته باشد. این امر مدیریت افزونگی و شکست را برای دستگاه‌هایی که داده‌ها را در مرز پردازش می‌کنند ضروری می‌سازد تا اطمینان حاصل شود که داده‌ها هنگام پایین رفتن یک نود به درستی تحویل و پردازش می‌شوند.