Являются ли периферийные вычисления (Edge computing) своего рода ребрендингом облачных вычислений (Cloud computing) или это действительно что-то новое? Портал Enterprisers Project рассказывает о том, как работает Edge computing, для каких целей его применяют и как он сосуществует с облаком.
Перевод корпоративных операций в облако больше не является новой концепцией, чего не скажешь о периферийных вычислениях. О них часто упоминают в контексте 5G и Интернета вещей (IoT), так что это — разновидность облачных вычислений или отдельная технология?
Как правило, на передовом рубеже технологий всегда открывается простор для дискуссий по поводу того, что из себя представляет та или иная новинка, а также спектра ее применения. Edge computing — не исключение. Что подразумевается под периферийными вычислениями? «Периферийные вычисления могут применяться ко всему, что подводит обслуживание, данные и информацию ближе к пользователям и устройствам», — говорит технологический евангелист Red Hat Гордон Хафф. Другими словами, термин «периферийные вычисления» охватывает слишком большое пространство.
Предназначение Edge computing — перемещение вычислительных ресурсов из гипермасштабируемого облачного ЦОДа, который может находиться на значительном удалении (в «ядре» сети) ближе к пользователю или устройству, к «краю» сети. Этот подход акцентирует внимание на снижении задержек в сети и аккумуляции вычислительных мощностей для обработки данных вблизи их источника. Работая с помощью периферийной сети, мобильные приложения могли бы в большей степени задействовать алгоритмы искусственного интеллекта и машинного обучения, тогда как сейчас они полностью зависят от вычислительных возможностей мобильных процессоров. Помимо этого требующие интенсивных вычислений задачи гораздо быстрее разряжают аккумуляторы телефона.
Edge computing также связывают с такими областями, как автономные автомобили, дополненная реальность, промышленная автоматизация, прогнозное обслуживание и видеонаблюдение.
Где важна производительность вычислений
Для начала можно рассмотреть пример с автономными автомобилями и сетевыми системами, которые требуются для их поддержки. Обновление навигационного ПО одновременно для всего автомобильного парка, как это уже делают Tesla и другие автопроизводители, идеально подходит для облачных вычислений. С другой стороны, решение о том, следует ли повернуть налево или направо, чтобы избежать столкновения с перебегающим улицу пешеходом, должно приниматься незамедлительно, поэтому у бортового компьютера, безусловно, не будет времени ждать ответа от сервера в удаленном ЦОДе. Таким образом, между ними должна быть какая-то связующая технология, чтобы ускорить реакцию бортового компьютера.
В качестве промежуточного решения между сервером и дата-центром может выступать подключенная транспортная система, вычислительные узлы которой располагались бы на границе сети — в светофорах и вышках сотовой связи. Например, если один водитель движется навстречу другому по встречной полосе, второму нужно отдать указание своей машине, в какую сторону свернуть с дороги, чтобы избежать столкновения. Излишне говорить, что реакция на нетипичное поведение на дороге должна исчисляться миллисекундами. С учетом того, что гипотетическая автономная транспортная система работает в мобильных сетях 5G, пропускная способность и низкая задержка этой сетевой технологии ускорят подключение к транспортным средствам и датчикам на дорогах.
Вопрос заключается том, куда дальше пойдет сигнал после того, как он достигнет ближайшего узла мобильной сети? В ситуациях, когда речь идет о жизни или смерти, требуется, чтобы данные обрабатывались возле обочины или как можно ближе к ней — это позволит получить уведомление о назревающей опасности столкновения в нужное время, когда еще имеется возможность сохранить жизнь. «Сигнал с вышки сотовой связи передается по оптоволокну. Это происходит молниеносно, но даже у скорости света есть физические пределы, и если вам нужно связаться с центром обработки данных, который отстоит от вас на 2000 миль, то это чревато большой задержкой», — говорит председатель совета директоров OpenTechWorks и член технологического консультативного комитета FCC Адам Дробот, один из соавторов справочника FCC по 5G, периферийным вычислениям и IoT.
«Решения, которым требуется производительность в режиме реального времени, будут выполняться на периферии сети», — отмечает Дробот. По его словам, Edge computing займет свое место в спектре вычислительных и коммуникационных технологий как еще одна технология, с помощью которой системные архитекторы смогут размещать вычислительные рабочие нагрузки не локально или в облаке, а на периферии сети. Дробот добавляет, что возможности играть важную роль в будущем компьютерных вычислений особенно рады мобильные операторы: «За каждой вышкой сотовой связи закреплена „собачья будка“, что является особым поводом для радости». На жаргоне операторов «собачьими будками» называют укрытия для телеком-оборудования. Расчет строится на том, что когда-то они смогут превратить их в миниЦОДы, предоставляющие периферийные услуги.
Телекоммуникационные компании сегодня активно обсуждают потенциал 5G, но, как и мобильные операторы, они также нуждаются в периферийных вычислениях, говорит главный консультант и руководитель практики периферийных вычислений консалтинговой компании STL Partners Далия Адиб. «Целевые значения задержек для 5G практически невозможно получить без Edge», — отмечает она, добавляя, что эти две технологии взаимозависимые и будут нуждаться друг в друге для достижения зрелости.
Наглядный пример промышленного применения периферийных вычислений для прогнозного обслуживания оборудования в заводских цехах предлагает Siemens. В этом примере робот забирает с конвейера электронные компоненты и укладывает их в упаковку для отправки. В случае, когда робот ломается, продукты падают на пол, и линия останавливается для экстренного ремонта. Чтобы избежать дорогостоящей остановки оборудования и заблаговременно запланировать техническое обслуживание, его мониторинг проводит периферийное устройство, обладающее большей вычислительной мощностью, чем некоторые роботы. Считывая данные их датчиков, которые используются для прогнозирования сбоя отдельных компонентов, оно может установить точное время выхода из строя таких деталей, как, например, втягивающий захват робота. Приложение на периферийном устройстве передает данные в еще более мощные системы машинного обучения в облаке, которые улучшают алгоритмы прогнозирования и обновляют его данные.
Edge не заменяет публичные облака
На заре облачных вычислений бытовало мнение, что однажды они будут предоставляться в виде традиционных коммунальных услуг, к примеру, как поставки электричества, напоминает Хафф. «На самом деле централизованная доставка компьютерных вычислений никогда не выглядела реалистичной затеей. К тому же публичные облака сами по себе эволюционировали в ключе, который скорее нацелен на предложение дифференцированных услуг клиентам, поэтому поставщики облачных услуг всегда конкурировали друг с другом, а не с компаниями, которые предоставляют коммунальные услуги, — отмечает он. — Edge computing в более широком смысле — это понимание того, что по своей природе корпоративные вычисления гетерогенны и не терпят упрощенных подходов и шаблонов. Таким образом, они могут заменить публичные облака только в воображаемом мире, где последние бы замкнули на себе все рабочие нагрузки. Но в реальном есть место и для Edge computing».
Открытые возможности
Что касается распределения вычислений по периферийным точкам, то эта миссия будет возложена на некоторые контейнерные технологии, которые сегодня применяются для перемещения рабочих нагрузок между корпоративными системами и облаком. По словам Дробота, даже если системы для подсчета трафика и выставления счетов клиентам будут проприетарными, эра облачных вычислений преподнесла урок, который заключается в том, что наиболее успешные операции с вычислительными услугами связаны с ПО на базе Open Source и открытыми спецификациями.
Адиб говорит, что в прошлом многие из клиентов его компании, которые представляют промышленную, нефтегазовую и телекоммуникационную отрасли, уже обожглись на проприетарных устаревших технологиях. «Они стараются не повторять ошибок прошлого, — отмечает она. — Кроме того, они еще толком не знают, с кем будут работать, но им точно не понравится, если их попытаются замкнуть на каком-либо приложении или системе, из которых они при желании не смогут выбраться».
Производительность в реальном времени является одной из основных причин использования архитектуры периферийных вычислений, но не единственной. Помимо этого Edge computing позволяет предотвратить перегрузку сетевых магистралей за счет обработки значительной части данных локально, отправляя в облако только обязательный минимум. Еще одно преимущество — хранение данных вблизи источника позволяет лучше обеспечить их безопасность, конфиденциальность и суверенитет, чего сложнее добиться при их отправке в централизованную локацию.
Тем не менее, на пути продвижения периферийных вычислений стоит множество задач. В недавнем отчете Gartner «How to Overcome Four Major Challenges in Edge Computing» говорится, что «в 2022 г. 50% Edge-решений, которые сегодня существуют на уровне проверки концепции, не смогут масштабироваться для производственного использования». В отсутствие лучших рыночных практик в области управления периферийными системами, компаниям нужно быть готовыми к решению базовых задач, возникающих при внедрении новых технологий.
Периферия и облако: параллельное существование
Существует мнение, что периферийные вычисления заменят облако. Оно ошибочно. Согласно FCC, многие отраслевые эксперты отрицают, что облачные и периферийные вычисления конкурируют друг с другом. Более того, проницательные организации и даже многие поставщики публичных облачных услуг начинают задумываться о том, как избирательно использовать обе технологии. Другими словами, та часть функций, которая лучше всего «чувствует» себя между конечным устройством и локальными сетевыми ресурсами, будет выполняться на периферии сети, тогда как приложения для работы с большими данными, которые агрегируют данные отовсюду, чтобы просеять их с помощью аналитических и машинных алгоритмов обучения, и которые экономически целесообразно держать в гипермасштабируемых ЦОДах, так и останутся в облаке.
Системным архитекторам предстоит много работы, чтобы научиться использовать все эти возможности с максимальной пользой для всей системы. «Думаю, что ситуации, когда приложение будет работать только на периферии сети, окажутся довольно редкими, — говорит Адиб. — Это связано с тем, что ему необходимо будет общаться и взаимодействовать с другими рабочими нагрузками, которые находятся в облаке, в ЦОДе предприятия или на другом устройстве».
Сергей Стельмах