Tìm hiểu về Edge Computing : Điện toán ranh giới, biên giới mới của Web

Gần đây, khái niệm Edge Computing khiến nhiều người băn khoăn, không biết đây là công nghệ gì. Edge Computing là điện toán ranh giới, vậy nó có liên quan gì đến điện toán đám mây không và về bản chất thì điện toán ranh giới là gì?

Edge Computing (điện toán ranh giới) đã trở thành một trong những xu hướng lớn nhất trong IoT những năm gần đây. Những ông lớn trong lĩnh vực đám mây như AWS, Rackspace, Google và Microsoft ngày càng quan tâm đến các giải pháp “ranh giới” để giảm chi phí khổng lồ cho điện toán trung tâm (central computing). Các công ty viễn thông như AT&T đang xem công nghệ này như một sự bổ sung tự nhiên cho các sáng kiến ​​5G của họ. Các nhà sản xuất thiết bị như Apple, Samsung và LG cũng đang chuẩn bị sẵn sàng cho thay đổi mới này, khi làm cho toàn bộ thiết bị sẵn sàng tương thích với “ranh giới”. Hiện tại, xu hướng công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển.

The Egde - Ranh giới

Khái niệm "ranh giới" đề cập đến khía cạnh cơ sở hạ tầng tính toán mà nó tồn tại gần với nguồn gốc của dữ liệu. Nó được phân phối bởi kiến trúc và cơ sở hạ tầng IT, nơi mà dữ liệu được xử lý ở ngoại biên của hệ thống mạng, nơi gần nhất dữ liệu gốc.

Điện toán ranh giới là gì?

Để hiểu khái niệm điện toán ranh giới, hãy xem xét thực tế này. Khi có quá nhiều đối tượng kết nối với Internet, tải lưu lượng tăng thêm đồng nghĩa với chi phí rất lớn trong việc điều hành một trung tâm dữ liệu. Do đó, điện toán ranh giới được phát triển như một cách tiếp cận hoàn toàn mới, nơi phân tích dữ liệu diễn ra gần với các nguồn thông tin hơn một số vị trí trung tâm. Tiêu chí duy nhất là dữ liệu nên được sử dụng gần điểm gốc của nó (được gọi là “ranh giới”). Sau đây là định nghĩa khá chính xác và toàn diện của Wikipedia về điện toán ranh giới.

"Điện toán ranh giới là một mô hình điện toán phân tán, trong đó việc tính toán phần lớn hoặc hoàn toàn được thực hiện trên các node thiết bị phân tán, được gọi là thiết bị thông minh hoặc thiết bị "ranh giới", thay vì chủ yếu diễn ra trong môi trường đám mây tập trung. "Ranh giới" đề cập đến sự phân phối theo địa lý của các node điện toán trong mạng - các thiết bị Internet of Things, nằm ở "ranh giới" của một doanh nghiệp, đô thị hoặc mạng khác. Động lực của điện toán ranh giới là cung cấp tài nguyên máy chủ, phân tích dữ liệu và trí tuệ nhân tạo, gần hơn với các nguồn thu thập dữ liệu và hệ thống vật lý không gian mạng, như cảm biến và bộ truyền động thông minh. Điện toán ranh giới được coi là quan trọng trong việc hiện thực hóa máy tính vật lý, thành phố thông minh, Ubiquitous computing (Mô hình tính toán phân tán rộng khắp), các ứng dụng đa phương tiện như thực tế ảo tăng cường, chơi game trên đám mây và Internet of Things."

Nói đơn giản, điện toán ranh giới là phương pháp tối ưu hoá hệ thống điện toán đám mây bằng cách xử lý tính toán dữ liệu tại vùng rìa (biên) của mạng, gần với nguồn dữ liệu nhất.

Trong các thiết bị IoT, dữ liệu “ranh giới” có thể được lấy từ các cảm biến nhiệt độ trong bộ điều chỉnh nhiệt, bộ truyền động trên máy hoặc beacon (đèn hiệu Bluetooth). Mọi ứng dụng trên thiết bị điện thoại thông minh cũng đủ điều kiện là một ứng dụng “ranh giới” vì nó chuyển tiếp thông tin theo thời gian thực.

Tại sao điện toán ranh giới lại cần thiết?

Trong lĩnh vực IoT, rất nhiều ứng dụng nhạy cảm với thời gian. Dù chỉ một chút chậm trễ cũng có thể dẫn đến kết quả vô cùng tồi tệ. Hơn nữa, truyền tải lượng lớn dữ liệu khá là tốn kém và bị đánh thuế trên các nguồn tài nguyên mạng. Điện toán ranh giới cho phép bạn xử lý data gần với nguồn và chỉ gửi đi dữ liệu có liên quan thông qua mạng đến bộ xử lý trung gian.

Hãy nghĩ về những chiếc xe không có người lái - nếu dữ liệu phải di chuyển qua lại mỗi lần, tai nạn có thể sẽ xảy ra. Hay các giàn khoan dầu ở một vị trí có kết nối kém và chi phí vận chuyển dữ liệu upstream lên đám mây rất lớn. Sẽ tốt hơn nếu có một nhân tố nhỏ, được triển khai ở “ranh giới” có thể quản lý các tương tác với đám mây.

Ví dụ thiết thực hơn như, một chiếc tủ lạnh thông minh không cần gửi liên tục dữ liệu nhiệt độ bên trong trở về bảng phân tích cloud. Thay vào đó, nó có thể được cấu hình chỉ để gửi dữ liệu khi mà nhiệt độ đã thay đổi vượt quá điểm đặc biệt nào đó, hoặc được thông báo gửi dữ liệu khi bảng phân tích tái hoạt động. Tương tự, một chiều máy ảnh an ninh IoT chỉ cần thiết gửi dữ liệu trở lại thiết bị của bạn khi nó phát hiện chuyển động hoặc khi bạn chuyển đổi dữ liệu trực tiếp một cách rõ ràng.

Việc tiếp cận điện toán ranh giới giúp loại bỏ độ trễ, độ giật, “đóng băng” hình ảnh và các tác dụng phụ khác của việc vận chuyển dữ liệu từ một đám mây ở xa. Rõ ràng, nó hoàn toàn trái ngược với điện toán đám mây và một số người thậm chí còn coi các ứng dụng “ranh giới” là “sát thủ” đối với đám mây. Bằng cách phân cấp dữ liệu phân tích, điện toán ranh giới giải quyết gọn gàng các vấn đề về tuân thủ các quy định và quyền riêng tư.

Tóm lại, lợi ích của Điện toán ranh giới là cho phép làm rõ phạm vi của tài nguyên tính toán để tối ưu hoá xử lý:

• Dữ liệu nhạy cảm về thời gian có thể được xử lý ngay tại điểm gốc bởi bộ xử lý cục bộ (một thiết bị sở hữu khả năng tính toán riêng).
• Các máy chủ trung gian có thể được xử dụng để xử lý dữ liệu gần với vị trí địa lý gần với nguồn (điều này được giả định là độ trễ trung gian chấp nhận được, mặc dù các quyết định thời gian thực nên được thực hiện càng gần nguồn gốc càng tốt)
• Các máy chủ cloud có thể được sử dụng để xử lý ít dữ liệu thời gian nhạy cảm hơn hoặc để lưu trữ dữ liệu dài hạn. Với IoT, bạn có thể thấy bản kê khai này trong bảng điều khiển phân tích (dashboard).
• Các dịch vụ ứng dụng biên giảm đáng kể lượng dữ liệu phải được di chuyển, lưu lượng truy cập, và khoảng cách dữ liệu được di chuyển. Điều này sẽ làm giảm chi phí truyền tải, giảm thời gian trễ, và nâng cao được chất lượng dịch vụ.
• Điện toán ranh giới loại bỏ lượng lớn hiện tượng "thắt nút cổ chai" và các lỗi tiềm năng lớn bằng cách nhấn mạnh sự phụ thuộc vào môi trường tính toán lõi. Đồng thời an toàn dữ liệu được cải thiện vì dữ liệu mã hoá được kiểm tra khi nó vượt qua các bức tường lửa và điểm bảo vệ khác, nơi mà các loại virus, dữ liệu bị xâm nhập và hacker có thể bị đánh lừa sớm.
• Khả năng mở rộng của ranh giới tăng lên nhờ hợp lý hoá của các nhóm xử lý CPU khi cần thiết, tiết kiệm chi phí khi truyền dữ liệu thời gian thực.

Các ứng dụng của điện toán ranh giới

Điện toán ranh giới là một công nghệ đột phá có thể trở thành một công cụ “thay đổi thế cuộc” trong lĩnh vực IoT cùng với tốc độ dữ liệu 5G. Chúng có một vai trò tự nhiên trong các thành phố thông minh, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, giải pháp lưu trữ, chế biến thực phẩm và các ứng dụng quy mô công nghiệp khác.

Cụ thể, trong ngành công nghiệp IoT (IIoT), điện toán ranh giới được áp dụng trong Tubin gió, máy quét cộng hưởng từ, bộ điều khiển công nghiệp, như là hệ thống SCADA, máy móc tự động hoá công nghiệp, hệ thống lưới điện thông minh, hệ thống đèn giao thông thông minh. Trong IoT thì là xe cộ, thiết bị di động, đèn giao thông, đồ gia dụng.

Ngay cả trong lĩnh vực tiêu dùng, điện toán ranh giới cũng có quyền năng và tầm ảnh hưởng rất lớn. Hiện tại, tất cả các công ty hàng đầu trong lĩnh vực này đang chuyển từ mô hình kinh doanh tập trung vào đám mây sang ranh giới. Nền tảng Samsung ARTIK đang trở nên phổ biến trong các thiết bị tiêu dùng thương mại. Google có Cloud IoT Edge bao gồm các dịch vụ "ranh giới" được quản lý hoàn toàn.

Sự khác biệt giữa điện toán ranh giới và điện toán sương mù

Ở giữa ranh giới và đám mây là lớp Fog (sương mù), nó là cầu nối giúp kết nối giữa các thiết bị biên với trung tâm dữ liệu cloud.

Điện toán sương mù (Fog computing) đẩy một cách thông minh xuống mức mạng cục bộ của kiên trúc mạng, xử lý dữ liệu trong một điểm fog của cổng gateway IoT.
Điện toán sương mù đẩy khả năng xử lý tính toán và truyền thông của ranh giới cổng gateway hoặc thiết bị trực tiếp vào thiết bị giống như là các bộ PAC (thiêt bị tự động hoá lập trình được)

Một câu hỏi phổ biến được đặt ra là sự khác biệt chính xác giữa điện toán ranh giới và điện toán sương mù là gì. Hiện tại, cả hai thuật ngữ được sử dụng thay thế cho nhau. Nhưng, có một vài sự khác biệt nhỏ giữa chúng.

Điện toán ranh giới xảy ra tại thiết bị và có một số chức năng giới hạn - hoạt động như “đường dẫn” giữa đám mây và thiết bị. Điện toán sương mù xảy ra tại một node LAN hoàn toàn độc lập với đám mây. Điều này có nghĩa là điện toán sương mù luôn giống với điện toán ranh giới nhưng nếu nói ngược lại thì không chính xác.

Ngoài phân tích dữ liệu, các node sương mù còn thực hiện các tác vụ lưu trữ và kết nối mạng cục bộ, ví dụ như một trạm cơ sở cục bộ cho mạng 5G.

Quản trị quan hệ thiết bị (DRM)

Để quản lý thiết bị biên (edge), DRM, quản ý quan hệ thiết bị đề cập đến việc giám sát và bảo trì các thiết bị phức tạp, thông minh, và tương tác kết nối với nhau qua internet. DRM được thiết kế đặc biệt để giao tiếp với các bộ vi xử lý và phần mềm cục bộ trong các thiết bị IoT

Ranh giới và thời gian thực

Cảm biến và thiết bị được triển khai từ xa yêu cầu xử lý thời gian thực. Một hệ thống đám mây tập trung thường xử lý khá chậm trong trường hợp này, đặc biệt khi mà sự ra quyết định phải được thực hiện trong micro giây. Điều này càng đặc biệt đúng với các thiết bị IoT trong vùng hoặc khu vực có kết nối kém.

Tuy nhiên, đôi khi khả năng xử lý thời gian thực đòi hỏi phải xử lý cloud. Ví dụ, dữ liệu được tổng hợp bởi các màn hình giảm sát thời tiết cần được gửi đi trong thời gian thực tới các siêu máy tính.

Điện toán ranh giới thể hiện trọng tâm của các ứng dụng IoT trong tương lai. Tầm quan trọng của điện toán ranh giới sẽ được nâng lên khi nhu cầu của người tiêu dùng về độ tin cậy, bảo mật và quyền riêng tư trong truy xuất dữ liệu lớn hơn. Trên thực tế, nó có tiềm năng biến chủ sở hữu thiết bị thành người giám sát thông tin cá nhân của chính họ chứ không phải người khác nữa. Năm 2019, những phát triển tiếp theo trong lĩnh vực mới nổi này sẽ vẫn là trọng tâm chính đối với các nhà nghiên cứu.

Xem thêm:

• Lenovo khó gia nhập thị trường điện toán đám mây
• Ranh giới giữa MacBook và iPad sắp xóa nhòa?
• Trình duyệt Chrome lộ nguy cơ mới về bảo mật