Dodano: poniedziałek, 17 sierpień 2020r. Producent: Digi Komentarzy: (dodaj komentarz)

Co to jest przetwarzanie brzegowe?

Co to jest przetwarzanie brzegowe - edge computing?

Przetwarzanie brzegowe to technika Internetu rzeczy (IoT), która pomaga rozwiązać problemy związane z opóźnieniami i nieefektywnością podczas przesyłania danych między milionami połączonych urządzeń a chmurą lub centrum danych. Główną ideą przetwarzania brzegowego jest zarządzanie danymi w momencie ich generowania, a nie poleganie na przesyłaniu ich do scentralizowanego zasobu, w którym dane były tradycyjnie przetwarzane. Wraz z rozwojem Internetu rzeczy, przetwarzanie brzegowe ma coraz większe znaczenie dla zwiększenia wydajności gromadzenia, przetwarzania i routingu danych.

Obliczania na krawędzi zbliżają się jednak do punktu krytycznego. Obecnie, według firmy analitycznej Gartner, mniej niż 10 procent danych przedsiębiorstw jest tworzonych i przetwarzanych na urządzeniach brzegowych. Jednak do 2025 roku Gartner spodziewa się, że liczba ta osiągnie 75 procent.

Znaczenie przetwarzania brzegowego można podsumować w trzech kluczowych punktach:

  • Zdecydowana większość urządzeń wytwarzających dane w aplikacji IoT znajduje się na „krawędzi” sieci, a nie w centrum danych zaprojektowanym do przetwarzania dużych ilości danych. Przekazywanie wszystkich danych tam i z powrotem między brzegiem a centrum danych jest nieefektywne. Bardziej sensowne jest przetwarzanie danych w bliskiej fizycznej odległości od rozwiązania IoT i określanie, czy należy je przesłać, czy nie.
  • W wielu aplikacjach IoT dane, które muszą być przetwarzane szybko, aby w razie potrzeby można było podjąć natychmiastowe działania ochronne. Na przykład problemy z opóźnieniem w krytycznej aplikacji przemysłowej mogą spowodować przepełnienie, pracę na sucho lub awarię zasobów, takich jak zbiorniki lub pompy.
  • Chociaż niektóre dane generowane przez miliony rozproszonych urządzeń mogą wymagać przechowywania, przetwarzania i analizowania w centrum danych lub w chmurze, wiele z nich nie. Na przykład, podczas gdy w niektórych aplikacjach może być ważne, aby wysyłać dane punktu kontrolnego o tym, czy urządzenie działa normalnie, w przypadku wielu aplikacji ważne jest, aby kierować dane do centrali tylko wtedy, gdy urządzenie działa poza normami.

W tym artykule omówimy niektóre zalety przetwarzania brzegowego i przedstawimy portfolio rozwiązań Digi do budowania obliczeń brzegowych we wdrożeniach IoT.

Zarządzanie wielkością danych brzegowych i problemami z przepustowością

Wiele danych pochodzących z krawędzi wskazuje po prostu, że wszystko działa sprawnie - powszechnie znane jako „dane pulsu”. Przykładem może być pompa lub silnik pracujące z tą samą prędkością obrotową przez 99,999% czasu. Gromadzenie milionów identycznych odczytów danych w miarę upływu miesięcy może mieć minimalną wartość. Jeśli jednak pojawią się dane odstające od normy, należy je rozpoznać i jak najszybciej podjąć działania, aby uniknąć potencjalnej katastrofy. Jest to sytuacja, w której przetwarzanie brzegowe jest nieocenione.

W większości przypadków najbardziej wydajne jest wykonywanie zadań obliczeniowych na brzegu sieci, w pobliżu zachodzących zdarzeń i procesów. Jak powiedział jeden z obserwatorów z branży, odnosząc się do odwiecznego porzekadła o trudności w znalezieniu igły w stogu siana, przetwarzanie brzegowe „pozwala nam zmniejszyć „stogi danych”, a tym samym zwiększa prawdopodobieństwo znalezienia przydatnych informacji.

Na szczęście inteligencja urządzeń i moc obliczeniowa rosną, a „inteligentne” urządzenia mają teraz większą funkcjonalność w zakresie obsługi procesów, które wcześniej wymagały pomocy tradycyjnego stosu obliczeniowego. Na przykład inteligentne urządzenia brzegowe można zaprogramować za pomocą inteligencji, aby rozszyfrować dane wymagające w innym przypadku interwencji człowieka, a następnie wysłać je dalej do następnego odbiorcy.

Rosnąca ilość danych nie jest jedynym wyzwaniem napędzającym rozwój przetwarzania brzegowego. W miarę mnożenia się aplikacji IoT zawsze dostępna jest ograniczona przepustowość. Przetwarzanie brzegowe pozwala urządzeniom na samodzielne podejmowanie decyzji, pomagając wchłonąć rosnącą ilość przetwarzania, które niezmiennie trzeba wykonać, i zarządzać nią.

Zalety przetwarzania brzegowego

Oto kilka kluczowych korzyści, które sprawiają, że przetwarzanie brzegowe jest atrakcyjne w wielu zastosowaniach:

  • Zmniejszone opóźnienia: przetwarzanie brzegowe umożliwia szybszą reakcję na zdarzenia lokalne, ponieważ dane nie muszą podróżować tam iz powrotem od brzegu do chmury. Dzięki przetwarzaniu brzegowemu opóźnienie można zmniejszyć prawie do zera.
  • Niższy koszt: zmniejszony przepływ danych w sieci skutkuje niższymi kosztami sieci, zwłaszcza w przypadku bezprzewodowych połączeń komórkowych.
  • Większe bezpieczeństwo i prywatność: dzięki przetwarzaniu brzegowemu poufne dane, takie jak obrazy medyczne, nie muszą opuszczać urządzenia. A aplikacja może ustanowić reguły i szyfrowanie, aby identyfikować i bezpiecznie przesyłać tylko określone, wymagane dane.
  • Możliwość pracy w trybie offline: urządzenie do obliczeń brzegowych może samodzielnie gromadzić, przechowywać i przetwarzać dane. Nie jest wymagane stałe połączenie z siecią. Oprócz obsługi mniejszych opóźnień, korzyści mogą obejmować zarządzanie baterią dla urządzeń brzegowych, a także bezpieczeństwo.
  • Programowalność: Urządzenia programowalne wydłużają żywotność sprzętu, ponieważ mogą ewoluować w miarę ewolucji sprzętu, w którym są osadzone, odzwierciedlając nowe aplikacje, nową funkcjonalność i zaawansowane możliwości bezpieczeństwa.

Przypadki użycia Edge Computing

Z technicznego punktu widzenia przetwarzanie brzegowe jest już używane wszędzie wokół nas, od czytników linii papilarnych na smartfonach po monitorowanie ruchu w czasie rzeczywistym na skrzyżowaniach. Poniższe przypadki użycia stanowią tylko próbkę rosnącego spektrum możliwych zastosowań przetwarzania brzegowego.

  • Diagnostyka adaptacyjna: można wydłużyć czas pracy maszyn i urządzeń, obniżając koszty serwisu i obniżając koszty gwarancji. Kody błędów generowane przez obliczenia na krawędzi w połączeniu z historycznymi informacjami o naprawach mogą również zapewnić kontekst dla techników, skracając czas potrzebny do rozwiązania problemów i zakończenia naprawy.
  • Morskie platformy wiertnicze: W oparciu o wartości danych, urządzenia krawędziowe mogą wykonywać monitorowanie bezpieczeństwa i automatycznie wyłączać sprzęt po przekroczeniu ustalonych limitów.
  • Produkcja: czujniki przemysłowe monitorują wyposażenie fabryki w celu utrzymania ustawień wydajności, zwiększenia wydajności i przewidywania potrzeb w zakresie napraw.
  • Inteligentne miasta: kamery drogowe i sygnalizatory poprawiają bezpieczeństwo i płynność ruchu. Budynki publiczne można monitorować pod kątem większej sprawności oświetlenia, ogrzewania i nie tylko.
  • Opieka medyczna: urządzenia do noszenia przechowują informacje, takie jak tętno i temperatura, oraz przypominają o lekach. Inne medyczne akcesoria do noszenia przesyłają określone dane do lekarza pacjenta w celu analizy lub wysyłają ostrzeżenia w przypadku upadku pacjenta.
  • Rolnictwo: Rolnicy używają czujników do śledzenia poziomu wilgotności w glebie i innych warunków polowych, a następnie zlecają aplikacji uruchomienie zautomatyzowanych procesów i przesłanie wszelkich krytycznych danych do interfejsu zarządzania, takiego jak Digi Remote Manager® w celu dalszej analizy.

Najbardziej dramatyczny przykład przetwarzania brzegowego w czasie rzeczywistym pojawi się wraz z pojawieniem się połączonych pojazdów i pojazdów autonomicznych, w których krytyczne znaczenie ma prawie zerowe opóźnienie. Podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym jest niezbędną zdolnością w tym środowisku, w którym opóźnienia nawet milisekundowe mogą być sprawą życia lub śmierci. Samochody autonomiczne będą również rejestrować informacje i regularnie łączyć się z chmurą, aby przesyłać dane dotyczące osiągów i pobierać aktualizacje oprogramowania.

Rozwiązania Edge Computing

Aby w pełni rozwijać i wykorzystywać Edge Computing, zespoły wdrażające aplikacje IoT potrzebują sprzętu, oprogramowania i narzędzi. Na przykład:

  • Digi Remote Manager® oferuje wbudowany zestaw narzędzi do obliczeń brzegowych. Przedsiębiorstwa mogą opracować funkcje obliczeń brzegowych, które mają krytyczne znaczenie dla ich aplikacji, lub współpracować z zespołami usług profesjonalnych Digi w celu opracowania potrzebnych funkcji, a także wykorzystać Digi Remote Manager do wypchnięcia tej funkcjonalności na wszystkie ich urządzenia brzegowe Digi. Digi Remote Manager integruje się również z usługami chmurowymi innych firm, które omówimy dalej.
  • Infrastrukturą przetwarzania brzegowego można zarządzać za pomocą usług w chmurze, takich jak Microsoft Azure, Google Cloud i AWS IoT Greengrass z Amazon Web Services (AWS). Usługi te umożliwiają firmom korzystanie z chmury do zarządzania, analiz i przechowywania danych, a także do tworzenia i testowania oprogramowania w chmurze przed wdrożeniem go na samych urządzeniach.
  • Dla twórców produktów integrujących przetwarzanie brzegowe ważne jest, aby wybierać urządzenia, które są trwałe i bezpieczne, a także mają rozmiar, wagę i funkcjonalność wymagane od maszyn działających na obrzeżach.
  • Inteligentne modemy Digi XBee® Cellular zapewniają inteligencję brzegową i kompletny ekosystem do tworzenia aplikacji brzegowych, które są w pełni zoptymalizowane do bezproblemowej pracy w terenie. Na przykład Digi XBee 3 LTE-M / NB-IoT zapewnia zintegrowane programowanie MicroPython, obsługę MQTT dla Microsoft Azure i Amazon AWS, aktualizacje oprogramowania układowego przez sieć bezprzewodową, wbudowane zabezpieczenia z Digi TrustFence® oraz zintegrowane zarządzanie zdalne z Digi Remote Manager.
  • Wbudowane rozwiązania Digi ConnectCore®, wraz z AWS Greengrass, przeznaczone są do obsługi urządzeń brzegowych z łącznością w chmurze przez długi okres użytkowania. Urządzenie Digi ConnectCore® 8X embedded system-on-module (SOM) jest oparte na procesorze aplikacyjnym NXP i.MX 8X. Wraz ze swoimi kompaktowymi rozmiarami (40 mm x 45 mm) ConnectCore 8X oferuje format do montażu powierzchniowego Digi SMTplus®, który pozwala projektantom produktów wybierać między technologią SMT z krawędziami a opcją LGA w celu uzyskania maksymalnej elastyczności projektowej. Taka forma zmniejsza koszty, jednocześnie zwiększając elastyczność produkcji. ConnectCore 8X oferuje również wbudowane zabezpieczenia urządzeń dzięki Digi TrustFence.
  • Wysokowydajne routery komórkowe Digi są idealne do obsługi krytycznej komunikacji obliczeniowej na brzegu sieci, zapewniając szybki i bezpieczny transfer krytycznych danych między aplikacjami a urządzeniami brzegowymi. Na przykład mobilny router dostępowy Digi TX64 to potężna, szybka platforma gotowa na 5G, dostępna z modułami komórkowymi LTE-Advanced Cat 11 lub LTE-Advance Pro Cat 18, wbudowanym zabezpieczeniem Digi TrustFence i zintegrowanym Digi Remote Menedżer ds. Widoczności i kontroli na krawędzi.
  • Bramki Digi, takie jak Digi XBee Industrial Gateway, obsługują środowiska wieloprotokołowe poprzez agregację danych do odpowiedniego protokołu w celu dostarczenia. Bramka przemysłowa Digi XBee jest programowalna w celu dostosowania, współpracuje z modułami Digi XBee RF i integruje Digi Remote Manager dla zdalnego zarządzania urządzeniami.

Przetwarzanie brzegowe ma stać się wszechobecne w zarządzaniu kosztami, ogromnymi wolumenami danych i skalowalnością aplikacji o znaczeniu krytycznym, a zespoły, które opracowują i wdrażają te aplikacje, muszą współpracować z partnerem, który może zapewnić niezbędne wsparcie od początku do końca.

Zastanawiasz się, jak wykorzystać inteligencję krawędzi w swoim projekcie? Skontaktuj się z nami, aby uzyskać potrzebną pomoc.

Komentarze do artykułu

Pozostałe aktualności:

RT PolarFire® Field Programmable Gate Array (FPGA) RTPF500T firmy Microchip z rygorystycznymi dopuszczeniami dla aplikacji stosowanych w kosmosie

RT PolarFire® Field Programmable Gate Array (FPGA) RTPF500T firmy Microchip z...

Firma Microchip Technology ogłosiła, że dostarcza krzem inżynieryjny dla swoich produktów macierzy bramek programowalnych RT PolarFire®...

Systemy zasilania urządzeń podłączonych do pacjenta

Systemy zasilania urządzeń podłączonych do pacjenta

W tym materiale przedstawiamy skuteczne podejścia do systemów zasilania sprzętu medycznego, omawiając m.in tematykę części aplikacyjnych...

Tekron International Limited przejęty przez firmę Microchip

Tekron International Limited przejęty przez firmę Microchip

Microchip Technology Inc. ogłosił przejęcie firmy Tekron International Limited, światowego lidera w dostarczaniu precyzyjnych technologii...