Что такое пограничные вычисления?
Пограничные вычисления — это вычислительная среда, позволяющая устройствам Интернета вещей быстро обрабатывать данные и действовать на их основе.
Объяснение пограничных облачных вычислений
Пограничные вычисления позволяют устройствам в удаленных расположениях обрабатывать данные на "границе" сети с помощью устройства или на локальном сервере. А когда данные необходимо обработать в узловом центре обработки данных, передаются только самые важные данные, тем самым сводя задержку к минимуму.
Почему компании используют пограничные вычисления?
Компании используют пограничные вычисления для улучшения времени отклика своих удаленных устройств и получения более подробных и своевременных сведений их данных устройств. Пограничные вычисления делают возможными вычисления в реальном времени в расположениях, где это обычно невозможно, и уменьшают число узких мест в сетях и центрах обработки данных, поддерживающих пограничные устройства.
Без пограничных вычислений огромный объем данных, создаваемых пограничными устройствами, перегрузил бы большинство современных бизнес-сетей, затрудняя все операции в пострадавшей сети. Затраты на ИТ взлетели бы до небес. Неудовлетворенные клиенты перенесли бы свой бизнес в другое место. Ценное оборудование могло бы быть повреждено или просто стало бы менее производительным. Но самое главное, безопасность сотрудников была бы поставлена под угрозу в отраслях, где для обеспечения их безопасности используются интеллектуальные датчики.
Как работают пограничные вычисления?
Чтобы обеспечить функциональность в реальном времени для интеллектуальных приложений и датчиков Интернета вещей, пограничные вычисления решают три взаимосвязанные задачи:
- Подключение устройства к сети из удаленного расположения.
- Медленная обработка данных из-за сетевых или вычислительных ограничений.
- Пограничные устройства, вызывающие проблемы с пропускной способностью сети.
Достижения в области сетевых технологий, таких как беспроводная связь 5G, позволили решить эти проблемы в глобальном коммерческом масштабе. Сети 5G могут обрабатывать огромные объемы данных, поступающих на устройства и в центры обработки данных и обратно, практически в реальном времени. (Существует даже беспроводная сеть, которая использует криптовалюту, чтобы побудить пользователей расширить зону покрытия на труднодоступные районы.)
Но достижения в области беспроводных технологий — это лишь часть решения, позволяющего заставить пограничные вычисления работать в большом масштабе. Выборка данных для включения и исключения в потоках данных по сетям также имеет решающее значение для сокращения задержек и получения результатов в реальном времени.
Пример пограничных вычислений:
Камера наблюдения на удаленном складе использует ИИ для выявления подозрительной активности и отправляет только конкретные данные в главный центр обработки данных для немедленной обработки. Таким образом, камера вместо того, чтобы занимать сеть 24 часа в сутки, постоянно передавая все свои изображения, лишь отправляет соответствующие видеоклипы. Это освобождает пропускную способность сети компании и ресурсы вычислительной обработки для других целей.
Случаи и примеры использования пограничных вычислений
Другие варианты использования пограничных облачных вычислений:
- Розничный магазин, расположенный в 1000 милях от основного центра обработки данных компании, использует беспроводные устройства в торговых точках для мгновенной обработки платежей.
- Нефтяная вышка посреди океана использует датчики Интернета вещей и ИИ для быстрого обнаружения неисправностей оборудования до их ухудшения.
- Ирригационная система на удаленном фермерском поле регулирует объем используемой воды в реальном времени, определяя уровень влажности почвы.
Почему пограничные вычисления важны?
Преимущества пограничных вычислений огромны: от безопасности на рабочем месте до безопасности и производительности:
Общедоступное облако
Более эффективные операции. Пограничные вычисления помогают предприятиям оптимизировать повседневные операции за счет быстрой обработки больших объемов данных на локальных площадках или рядом с ними, в местах сбора данных. Это эффективнее, чем отправка всех собранных данных в централизованное облако или основной центр обработки данных за несколько часовых поясов, что может привести к чрезмерным задержкам в сети и проблемам с производительностью.
Частное облако
Более быстрое время отклика. Пограничные вычисления обходят централизованные облака и центры обработки данных, позволяя компаниям обрабатывать данные более быстро и надежно в реальном времени или близко к этому. Представьте задержку данных, узкие места в сети и снижение качества данных, которые могут возникнуть при попытке одновременной отправки сведений с тысяч датчиков, камер или других интеллектуальных устройств в центральный офис. Вместо этого пограничные вычисления позволяют устройствам на границе сети или рядом с ней мгновенно предупреждать ключевой персонал и оборудование о механических сбоях, угрозах безопасности и других критических инцидентах, чтобы можно было принять быстрые действия.
Гибридная облачная среда
Повышение производительности сотрудников. Пограничные вычисления позволяют предприятиям быстрее доставлять данные, необходимые работникам для максимально эффективного выполнения своих рабочих обязанностей. Кроме того, на интеллектуальных рабочих местах, где используются преимущества автоматизации и профилактического обслуживания, пограничные вычисления обеспечивают бесперебойную работу оборудования, необходимого работникам, без прерываний и легко предотвратимых ошибок.
Общедоступное облако
Улучшенная безопасность на рабочем месте. В рабочих средах, где неисправное оборудование или изменения условий труда могут привести к травмам или еще хуже, датчики Интернета вещей и пограничные вычисления могут помочь обеспечить безопасность людей. Например, на морских нефтяных вышках, нефтепроводах и других удаленных промышленных объектах профилактическое обслуживание и анализ данных в реальном времени на площадке оборудования или вблизи нее могут помочь повысить безопасность работников и минимизировать воздействие на окружающую среду.
Частное облако
Функциональные возможности в отдаленных расположениях. Пограничные вычисления упрощают использование данных, собранных на удаленных объектах, где подключение к Интернету прерывисто или пропускная способность сети ограничена — например, на борту рыболовного судна в Беринговом море или на винограднике в сельской местности Италии. Эксплуатационные данные, такие как качество воды или почвы, можно постоянно отслеживать с помощью датчиков и при необходимости предпринимать соответствующие действия. Как только подключение к Интернету станет доступным, соответствующие данные можно будет передать в основной центр обработки данных для обработки и анализа.
Гибридная облачная среда
Усиленная безопасность. Для предприятий риск безопасности, связанный с добавлением в сеть тысяч подключенных к Интернету датчиков и устройств, является реальной проблемой. Пограничные вычисления помогают снизить этот риск, позволяя предприятиям обрабатывать данные локально и хранить их локально. Это уменьшает объем данных, передаваемых по сети, и делает предприятия менее уязвимыми к угрозам безопасности.
Общедоступное облако
Суверенитет данных. При сборе, обработке, хранении и ином использовании данных клиентов организации должны соблюдать правила конфиденциальности данных страны или региона, где эти данные собираются или хранятся, например, Общий регламент по защите данных Европейского Союза (GDPR). Перемещение данных в облако или в основной центр обработки данных за пределами национальных границ может затруднить соблюдение правил суверенитета данных, но с помощью пограничных вычислений компании могут гарантировать соблюдение местных принципов суверенитета данных, обрабатывая и храня данные рядом с местом их сбора.
Частное облако
Сокращение затрат на ИТ. Благодаря пограничным вычислениям компании могут оптимизировать свои расходы на ИТ, обрабатывая данные локально, а не в облаке. Помимо минимизации затрат компаний на облачную обработку и хранение, пограничные вычисления снижают затраты на передачу за счет удаления ненужных данных в месте их сбора или рядом с ним.
Гибридная облачная среда
Пограничное вычислительное оборудование и сети
В пограничных вычислениях большая часть вычислительной мощности физически расположена в месте сбора данных или рядом с ним. Аппаратное обеспечение пограничных вычислений часто состоит из следующих физических компонентов:
Общедоступное облако
Пограничные устройства включают интеллектуальные камеры, термометры, роботы, дроны, датчики вибрации и другие устройства Интернета вещей. Хотя некоторые устройства содержат встроенные вычислительные возможности, память и возможности хранения данных, они есть не у всех.
Частное облако
Процессоры — это процессоры, графические процессоры и связанная с ними память, которые обеспечивают работу пограничных вычислительных систем. Например, чем больше мощности ЦП у пограничной вычислительной системы, тем быстрее она может выполнять задачи и тем больше рабочих нагрузок она может поддерживать.
Гибридная облачная среда
Кластер или серверы — это группы серверов, обрабатывающих данные в пограничном расположении, например, на заводе или на коммерческом рыболовстве. Пограничные кластеры или серверы часто отвечают за работу корпоративных приложений, корпоративных рабочих нагрузок и общих служб.
Общедоступное облако
Шлюзы — это пограничные кластеры или серверы, выполняющие важные сетевые функции, такие как обеспечение беспроводного подключения, обеспечение защиты брандмауэром, а также обработка и передача данных пограничных устройств.
Частное облако
Маршрутизаторы — это пограничные устройства, соединяющие сети. Например, пограничный маршрутизатор можно использовать для подключения локальных сетей предприятия к глобальной сети или Интернету.
Гибридная облачная среда
Коммутаторы, также называемые узлами доступа, соединяют несколько устройств для создания сети.
Общедоступное облако
Узлы — это универсальный термин, используемый для описания пограничных устройств, серверов и шлюзов, обеспечивающих пограничные вычисления.
Частное облако
Гибридная облачная среда
Каковы некоторые характеристики оборудования для пограничных вычислений?
Аппаратное обеспечение пограничных вычислений должно быть долговечным и надежным. Часто это оборудование должно быть способным выдерживать экстремальные погодные, экологические и механические условия. В частности, часто они должны быть:
Общедоступное облако
Безвентиляторными и безвентиляционными. Поскольку надежность имеет ключевое значение, особенно в отраслях, где неисправности оборудования могут остановить производство и подвергнуть опасности работников, пограничное оборудование должно быть защищено от пыли, грязи, влаги и других веществ, которые могут поставить его под угрозу.
Частное облако
Устойчивость к температуре. Пограничное оборудование часто размещается на улице в условиях морозного, душного и влажного климата. Иногда его даже помещают под воду. Во многих случаях необходима способность выдерживать отрицательные и близкие к температуре кипения температуры.
Гибридная облачная среда
Невосприимчивость к резким движениям. Оборудование должно быть способным противостоять вибрациям и ударам оборудования или природных явлений. Крайне важно создавать эти компоненты без вентиляторов, кабелей и других внутренних частей, которые могут легко расшататься или сломаться.
Общедоступное облако
Малый форм-фактор. В случае с пограничными компьютерами главное — компактность. Они часто должны вмещаться в тесные места. Примеры включают интеллектуальные камеры, размещенные на стенах, полках и потолках, а также интеллектуальные термометры, упакованные в транспортировочные коробки.
Частное облако
Оснащенность вместительным хранилищем. Пограничным компьютерам, которые собирают огромные объемы данных с пограничных устройств, может потребоваться значительный объем хранилища данных. Они также должны иметь возможность быстрого доступа и передачи больших объемов данных.
Гибридная облачная среда
Совместимость с новым и устаревшим оборудованием.. Пограничные компьютеры, особенно те, которые работают в производственных или заводских настройках, обычно имеют множество портов ввода-вывода, включая USB, COM, Ethernet и порты общего назначения. Это позволяет им подключаться как к новому, так и к устаревшему производственному оборудованию, компьютерам, устройствам, датчикам и системам сигнализации.
Общедоступное облако
Сборка с несколькими вариантами подключения.. Пограничные компьютеры обычно поддерживают беспроводное и проводное подключение. Таким образом, если беспроводное подключение к Интернету невозможно на удаленном коммерческом объекте, таком как ферма или корабль в море, компьютер все равно может подключиться к Интернету для передачи данных.
Частное облако
Способность поддерживать несколько типов входов питания. Пограничные компьютеры часто поддерживают различные входные мощности, чтобы обеспечить широкий диапазон входных мощностей, с которыми они могут столкнуться в удаленных расположениях. Им также требуются функции защиты от перенапряжения, перенапряжения и электропитания, которые помогут предотвратить электрические повреждения.
Гибридная облачная среда
Защита от кибератак. Пограничные устройства, которыми сетевые администраторы часто не могут управлять так же строго, как их локальные и облачные аналоги, как правило, более уязвимы для злоумышленников. Чтобы защитить их от вредоносных программ и других кибератак, на пограничных устройствах должны быть установлены средства безопасности, такие как брандмауэры и системы обнаружения вторжений в сеть.
Общедоступное облако
Устойчивость к взлому. Поскольку пограничные вычислительные устройства часто используются в отдаленных местах, где их невозможно постоянно контролировать, их конструкция должна быть защищена от кражи, вандализма и несанкционированного физического доступа.
Частное облако
Гибридная облачная среда
Облачные вычисления против пограничных вычислений против туманных вычислений
Пограничные вычисления и туманные вычисления — это промежуточные вычислительные технологии, которые помогают перемещать данные, собранные устройствами Интернета вещей в удаленных местах, в облако компании. Давайте рассмотрим, чем пограничные вычисления отличаются от туманных вычислений и облачных вычислений и как они работают вместе:
Облачные вычисления позволяют компаниям хранить, обрабатывать и иным образом работать со своими данными на удаленных серверах, размещенных через Интернет. Коммерческие поставщики облачных вычислений, такие как Microsoft Azure, предлагают платформы цифровых вычислений и наборы служб, которые компании могут использовать для сокращения или устранения своей физической ИТ-инфраструктуры и связанных с ней затрат. Облачные вычисления также позволяют организациям предоставлять своим сотрудникам безопасные возможности удаленной работы, легче масштабировать свои данные и приложения и использовать преимущества Интернета вещей.
Пограничные вычисления позволяют собирать, обрабатывать и анализировать данные в самых дальних уголках сети организации: на "границе." Это позволяет организациям и отраслям работать со срочными данными в реальном времени, иногда даже без необходимости связи с основным центром обработки данных, а часто отправляя в основной центр обработки данных только наиболее важные данные для более быстрой обработки. Это избавляет основные вычислительные ресурсы, такие как облачные сети, от перенасыщения ненужными данными, что снижает задержку для всей сети. Это также снижает сетевые затраты.
Представьте себе нефтяную буровую установку, работающую посреди океана. Датчики, отслеживающие такие сведения, как глубина бурения, давление на поверхности и скорость потока жидкости, могут помочь обеспечить бесперебойную работу оборудования на буровой установке и обеспечить безопасность рабочих и окружающей среды. Чтобы делать это без ненужного замедления работы сети, датчики отправляют по сети только данные о критических потребностях в техническом обслуживании, неисправностях оборудования и сведениях о безопасности работников, что позволяет выявлять проблемы и реагировать на них практически в реальном времени.
Туманные вычисления позволяют временно хранить и анализировать данные на вычислительном уровне между облаком и границей в тех случаях, когда обработка пограничных данных невозможна из-за ограничений вычислений пограничного оборудования.
Из тумана соответствующие данные могут быть отправлены на облачные серверы для долгосрочного хранения, а также дальнейшего анализа и использования. Не отправляя все данные пограничных устройств в центральный центр обработки данных для обработки, туманные вычисления позволяют компаниям частично снизить нагрузку на свои облачные серверы, что помогает оптимизировать эффективность ИТ.
Например, рассмотрим компанию по управлению зданиями, которая использует интеллектуальные устройства для автоматизации управления температурой, вентиляцией, освещением, спринклерами, а также пожарной и охранной сигнализацией во всех своих зданиях. Вместо постоянной передачи данных этими датчиками в свой главный центр обработки данных, компания имеет сервер в диспетчерской каждого здания, решающий неотложные проблемы и отправляющий агрегированные данные в главный центр обработки данных только тогда, когда сетевой трафик и вычислительные ресурсы имеют избыточную мощность. Этот уровень туманных вычислений позволяет компании максимизировать эффективность ИТ-инфраструктуры без ущерба для производительности.
Важно отметить, что пограничные вычисления не зависят от туманных вычислений. Туманные вычисления — это просто дополнительная опция, помогающая компаниям повысить скорость, производительность и эффективность в определенных сценариях пограничных вычислений.
Случаи и примеры использования пограничных вычислений
Устройства Интернета вещей и пограничные вычисления быстро меняют способы работы с данными в отраслях по всему миру. Ниже приведены некоторые из наиболее примечательных случаев использования пограничных вычислений в бизнесе:
Пограничные вычисления для филиалов. Интеллектуальные устройства и датчики сокращают число ресурсов, необходимых для работы дополнительных офисов компании. Рассмотрим подключенные к Интернету элементы управления системой отопления, вентиляции и кондиционирования, датчики, определяющие, когда копировальные аппараты требуют ремонта, и камеры видеонаблюдения. Отправляя в основной центр обработки данных компании только самые важные оповещения об устройствах, пограничные вычисления помогают предотвратить перегрузку сервера и время задержки, а также значительно увеличивают время реагирования на проблемы оборудования.
Пограничные вычисления для производства. Датчики в заводских цехах можно использовать для мониторинга оборудования на предмет проблем и неисправностей текущего обслуживания, а также для обеспечения безопасности работников. Кроме того, интеллектуальное оборудование на заводах и складах может повысить производительность, снизить производственные затраты и обеспечить контроль качества. Хранение данных и их анализ в заводских цехах вместо отправки их в основной центр обработки данных может помочь избежать дорогостоящих и потенциально опасных задержек.
Пограничные вычисления для энергетики. Энергетические и коммунальные компании используют датчики Интернета вещей и пограничные вычисления для повышения эффективности, автоматизации энергосистемы, упрощения обслуживания и восполнения недостатков сетевого подключения в удаленных расположениях. Коммунальные башни, ветряные электростанции, нефтяные вышки и другие удаленные источники энергии могут быть оснащены устройствами Интернета вещей, способными противостоять суровым погодным условиям и другим экологическим проблемам. Эти устройства могут обрабатывать данные на энергетической площадке или рядом с ней и отправлять в главный центр обработки данных только наиболее важные данные. В нефтегазовом секторе датчики Интернета вещей и пограничные вычисления обеспечивают важные оповещения о безопасности в реальном времени, уведомляя ключевой персонал о необходимом ремонте и опасных неисправностях оборудования, которые могут привести к взрывам или другим катастрофам. персонала о необходимых ремонтах и опасных неисправностях оборудования, которые могут привести к взрывам или другим неполадкам.
Пограничные вычисления в сельском хозяйстве. Пограничные вычисления могут помочь повысить эффективность и урожайность сельского хозяйства. Устойчивые к атмосферным воздействиям датчики и дроны Интернета вещей могут помочь фермерам контролировать температуру и производительность оборудования; анализировать почву, свет и другие данные об окружающей среде; оптимизировать количество воды и питательных веществ, используемых для выращивания сельскохозяйственных культур; и время сбора урожая более эффективно. Пограничные вычисления делают использование технологии Интернета вещей более рентабельным даже в удаленных местах, где сетевое подключение ограничено.
Пограничные вычисления для розничной торговли. Крупные розничные продавцы часто собирают огромные объемы данных по своим отдельным магазинам. Используя пограничные вычисления, ритейлеры могут получать более полные сведения о бизнесе и реагировать на их в реальном времени. Например, розничные продавцы могут собирать данные о посещаемости покупателей, отслеживать число точек продаж и отслеживать успех рекламных кампаний во всех своих магазинах и использовать эти локальные данные для более эффективного управления запасами и принятия более быстрых и обоснованных бизнес-решений.
Пограничные вычисления для сферы здравоохранения. Область применения пограничных вычислений в секторе здравоохранения огромна. Датчики температуры, поставляемые вместе с вакцинами, могут помочь обеспечить их целостность на протяжении всей цепочки поставок. Домашнее медицинское оборудование, такое как интеллектуальные аппараты CPAP и кардиомониторы, может собирать данные о пациентах и отправлять соответствующие сведения врачу пациента и в сеть здравоохранения. Больницы могут лучше обслуживать пациентов, используя технологию Интернета вещей для отслеживания жизненно важных показателей пациентов и более точного отслеживания расположения оборудования, такого как кресла-коляски и каталки.
Пограничные вычисления для автономных транспортных средств. У беспилотных автомобилей, такси, фургонов и грузовиков почти нет права на ошибку. Пограничные вычисления позволяют им мгновенно и правильно реагировать на сигналы светофора, дорожные условия, препятствия, пешеходов и другие транспортные средства в реальном времени.
Службы пограничных вычислений
По мере того как пограничные облачные вычисления получают широкое распространение, типы сопутствующих служб, поддерживающих их использование, также множатся. Сегодняшние службы пограничных вычислений выходят далеко за рамки просто устройств и сетей и включают в себя решения для:
- Запускайте ИИ аналитику и другие бизнес-возможности на устройствах Интернета вещей.
- Консолидируйте пограничные данные в большом масштабе и устраняйте разрозненность данных.
- Развертывайте, управляйте и защищайте пограничные рабочие нагрузки удаленно.
- Оптимизируйте затраты на пограничные решения.
- Позвольте устройствам быстрее реагировать на локальные изменения.
- Убедитесь, что устройства работают надежно после длительных периодов автономной работы.
Новейшие решения включают службы, помогающие объединить пограничные вычисления с такими распространенными технологиями, как базы данных, операционные системы, кибербезопасность, реестры блокчейнов и управление инфраструктурой, и это лишь некоторые из них.
Примеры служб пограничных вычислений Microsoft:
Azure IoT Edge
Распространите возможности облачного интеллекта и аналитики на пограничные устройства.
Azure Stack Edge
Перенесите вычисления, хранилище и интеллект Azure на границу с помощью устройств, управляемых Azure.
Azure Sphere
Безопасность подключения устройств с микроконтроллерами — от микросхемы до облака.
SQL Azure для пограничных вычислений
Получайте данные о серверах, шлюзах и устройствах Интернета вещей в реальном времени.
Azure Data Box
Быстро и экономично перемещайте хранящиеся или текущие данные в Azure и на пограничных вычислениях.
Диспетчер сетевых функций Azure
Развертывайте и управляйте сетевыми функциями 5G и SD-WAN на пограничных устройствах.
Windows для Интернета вещей
Создавайте интеллектуальные пограничные решения с помощью инструментов разработки корпоративного уровня, поддержки и безопасности.
Avere vFXT для Azure
Выполняйте высокопроизводительные рабочие нагрузки на основе файлов в облаке.
Azure Front Door
Получите быструю, надежную и более безопасную доставку облачного содержимого с интеллектуальной защитой от угроз.
Конфиденциальный реестр Azure
Храните неструктурированные метаданные в блокчейне с помощью управляемой службы REST API.
Заметка о службах пограничных вычислений в области ИИ и аналитики
Службы ИИ и аналитики для границы особенно ценны для повышения автоматизации, производительности, обслуживания и безопасности. Вот только один пример: Развертывание прогнозируемых моделей на заводских камерах может помочь обнаружить проблемы контроля качества и безопасности. В этом случае решение вызывает предупреждение и обрабатывает данные локально для выполнения немедленных действий или отправляет их в облако для мгновенного анализа перед выполнением действий.
Часто задаваемые вопросы
-
Пограничные вычисления — это сетевая технология, позволяющая устройствам в удаленных расположениях обрабатывать данные и выполнять действия в реальном времени. Это работает путем минимизации задержки в сети, обрабатывая большую часть данных на "границе" сети, например, самим устройством или ближайшим сервером, и отправляя только наиболее важные данные в главный центр обработки данных для почти мгновенной обработки.
-
"Пограничные облачные вычисления" это еще один способ сказать "пограничные вычисления": эти два термина означают одно и то же: предоставление устройствам в удаленных расположениях обработки данных и выполнения действий в реальном времени за счет минимизации задержки в сети.
-
Технология пограничных вычислений включает в себя сетевые решения и оборудование, позволяющие интеллектуальным устройствам в удаленных или сложных средах функционировать без необходимости полного подключения к центральной сети. Сетевые решения включают такие технологии, как 5G, и решения, которые помогают сократить задержку за счет минимизации объема данных, передаваемых по сети. К распространенным пограничным устройствам относятся камеры, датчики, серверы, процессоры, коммутаторы и маршрутизаторы, подключаемые по сети к узловому центру обработки данных. Во многих случаях пограничные устройства запускают ИИ локально и отправляют только определенные критически важные данные в основной центр обработки данных для дополнительной обработки.
-
Пограничные вычисления часто используются в таких расположениях, как заводские цеха, торговые залы, транспортные контейнеры, больницы, строительные площадки, энергосети и фермы, и даже на Международной космической станции, где устройства или датчики должны работать в реальном времени, но имеют лишь ограниченные возможности подключения. в основной центр обработки данных. Это позволяет предприятиям использовать датчики, чтобы убедиться, что оборудование работает безопасно и эффективно, определять, когда на полках магазинов не хватает запасов, увеличивать или уменьшать полив на фермах в зависимости от влажности почвы, а также определять, когда рабочие могут быть в опасности.