واحد خبر mobile.ir : گسترش استفاده از انواع دستگاه‌های هوشمند، در کنار ظهور فناوری‌هایی همچون هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و بلاک‌چِین، حجم داده‌هایی که به طور پیوسته جمع‌آوری شده و بایستی برای تحلیل و پردازش بین دستگاه‌ کاربر و سرورها ردوبدل شوند را به شدت افزایش داده است. اگرچه سرعت تبادل اطلاعات با نسل پنجم شبکه‌های مخابراتی افزایش چشم‌گیری می‌یابد، اما برای پاسخ‌گویی به این حجم از تبادل داده‌ها بین انواع تجهیزات هوشمند امروزی با سرورهای مستقر در مراکزداده کافی نخواهد بود. این‌جاست که پای رایانش لبه‌ای به میان می‌آید.

صعود به فراز ابرها و فرود روی لبه

تا چندی پیش، اغلب شرکت‌ها داده‌ها و نرم‌افزارهای مرتبط با کسب‌وکار خود را به صورت محلی نگاه می‌داشتند. آن‌ها برای این منظور سرورهایی را خریداری و درون اتاق‌های ویژه‌ای با سیستم خنک‌کننده مناسب جاسازی می‌کردند. برخی شرکت‌ها نیز برای نگه‌داری سرورها و داده‌هایشان، فضایی را از یک مرکزداده در نزدیکی خود اجاره می‌کردند. با گسترش فناوری اطلاعات و پیشرفت ارتباطات راه‌دور، شرایط به تدریج تغییر یافت. افراد بیش‌تری به کار کردن از منزل روی آوردند. کسب‌وکارهای مرتبط با فناوری اطلاعات به سرعت رشد کرده و دفاتر آن‌ها یکی پس از دیگری در شهرها و کشورهای مختلف راه‌اندازی می‌شد. بدین ترتیب خیلی زود خریداری و نگه‌داری سرور در محل شرکت‌ها و کسب‌وکارها توجیه خود را از دست داد. برای شرکتی که به سرعت در حال رشد قرار دارد، خریداری و نگه‌داری مستمر سرورهای جدید بسیار دشوار بوده و می‌تواند روند توسعه کسب‌وکارها را کند و محدود سازد.

خدمات رایانش ابری مانند Microsoft Azure و Amazon Web Services (AWS) این‌گونه مشکلات را حل کرده‌اند. شرکت‌ها می‌توانند مطابق نیاز خود نسبت به اجاره فضای ذخیره‌سازی و منابع پردازشی روی بسترهای خدمات ابری اقدام کرده و هم‌گام با توسعه کسب‌وکار خود، به راحتی منابع بیش‌تری را مورد استفاده قرار دهند. اما مانند هر چیز دیگر در این دنیا، خدمات ابری در کنار مزایایی که به ارمغان می‌آورند، معایبی را نیز به همراه دارند. اشکال اصلی این نوع سرویس‌ها، متمرکز بودن‌شان است. ارائه‌کنندگان بزرگ خدمات ابری مانند مایکروسافت، آمازون و گوگل، مراکز داده متعددی را در نقاط مختلف دنیا راه‌اندازی کرده و از طریق آن‌ها به ارائه خدمات می‌پردازند. اما بسته به این‌که در کدام نقطه از کره زمین قرار داشته باشید، بین شما با نزدیک‌ترین مرکز داده مربوط به سرویس‌دهنده‌ای که از آن خدمات دریافت می‌کنید، صدها و بلکه هزاران کیلومتر فاصله وجود دارد. هر بار که قصد استفاده از خدمات ابری را داشته باشید، بایستی درخواست شما از طریق فیبرهای نوری برای سرورهای مستقر در این مراکز داده ارسال شده و پاسخ مربوطه به محل شما بازگردد. بنابراین هر چه فاصله میان شما و مرکز داده ارائه‌دهنده خدمات ابری بیش‌تر باشد، تاخیر بیش‌تری را برای دریافت خدمات تجربه خواهید کرد. دیگر مشکلِ اتکا به خدمات ابری، وابستگی زیاد خدمات به ارتباطات اینترنتی و هزینه‌های مرتبط با تامین پهنای باند مناسب برای این منظور است. مشکلی که به ویژه در مناطقی با ارتباط اینترنتی ناپایدار، کم‌سرعت و گران‌قیمت نمود بیش‌تری پیدا می‌کند.

برای حل مشکلات مرتبط با خدمات ابری، به نظر می‌رسد که چاره‌ای جز تکرار تاریخ نباشد. اتفاقی که با آمدن سرورها از فراز اَبر روی لبه و قرار گیری در نزدیکی کاربر رخ خواهد داد. اتفاقی که به ظاهر بازگشتی به گذشته بوده، اما در واقع گامی دیگر در مسیر تکامل سیستم‌های مدیریت و پردازش داده‌هاست.

رایانش لبه‌ای چیست؟

به زبان ساده، رایانش لبه‌ای عبارت است از آوردن اپلیکیشن‌ها و داده‌ها به نزدیکی کاربرانی که از آن‌ها استفاده می‌کنند. برای شرکت‌های بزرگ و نرم‌افزارهای مورد استفاده داخلی آن‌ها، رایانش لبه‌ای می‌تواند به معنای استقرار سرورهایی ویژه در نزدیکی دفاتر و شعبه‌های اصلی آن‌ها باشد. اما در مورد خدماتی که توسط عموم کاربران مورد استفاده قرار می‌گیرد، عملیات رایانش لبه‌ای به جای سرورها ممکن است توسط گوشی‌های همراه، ابزارهای پوشیدنی و دیگر انواع تجهیزات هوشمند انجام گیرد. انجام عملیات پردازش تصویر و تشخیص چهره توسط گوشی‌های هوشمند یا دستگاه کنترل تردد، به جای ارسال داده‌ها و انجام عملیات پردازش از طریق خدمات ابری، می‌تواند مصداقی ساده از این نوع رایانش لبه‌ای باشد.

گارتنِر رایانش لبه‌ای را بخشی از یک توپولوژی پردازشی توزیع‌شده می‌داند که در آن عملیات پردازش اطلاعات در نزدیکی لبه شبکه -- یعنی جایی که افراد و تجهیزات اطلاعات را تولید یا مصرف می‌کنند – انجام می‌شود. در سیستم‌های متمرکز لازم است داده‌ها از محلی که تولید و جمع‌آوری شده‌اند، به یک مرکز راه‌دور انتقال یافته و پس از پردازش، بار دیگر به محل اولیه بازگردانده شوند. چنین سیستمی موجب می‌شود که حجم زیادی از داده‌ها به طور پیوسته در حال رفت و برگشت بوده و بسیاری از مواقع پردازش آن‌ها با تاخیری محسوس همراه باشد. در مقابل، رایانش لبه‌ای به جای اتکا به یک موقعیت مرکزی و راه‌دور مانند یک مرکز داده، کار نگهداری و پردازش داده‌ها را در نزدیکی همان دستگاه‌هایی انجام می‌دهد که وظیفه گردآوری داده‌ها را بر عهده دارند.

مراکز زنجیره‌ای غذای بیرون‌بر را می‌توان به عنوان یک مثال ساده برای درک مفهوم و کاربرد رایانش لبه‌ای در نظر گرفت. آن‌ها برای این‌که بتوانند غذای خود را در نقاط مختلف شهر با تاخیر کمتر و پیش از سرد شدن به مشتری‌های خود تحویل دهند، اقدام به افتتاح شعبه‌های جدید در مناطقی می‌کنند که بیش‌ترین سفارش‌های غذا از آن‌جا دریافت می‌شود. بدین ترتیب فرآیند آماده‌سازی غذا در مکانی نزدیک‌تر به مشتری‌ها انجام شده و غذای سفارش داده شده سریع‌تر و تازه‌تر به دست آن‌ها می‌رسد. رایانش رایانش لبه‌ای نیز به شکلی مشابه قصد دارد تا با انجام عملیات پردازش داده‌ها در نزدیکی کاربران، نتایج مورد نظر را بهتر و سریع‌تر در اختیار ایشان قرار دهد.

مزایای رایانش لبه‌ای

بهره‌گیری از رایانش لبه‌ای مزایای مختلفی را برای کاربران نهایی و کسب‌وکارها به ارمغان می‌آورد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

افزایش سرعت: رایانش لبه‌ای با حذف یا کاهش قابل توجه فاصله رفت و برگشت داده‌ها بین کاربر و محل انجام عملیات پردازش، زمان انتظار برای دریافت پاسخ را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. به عنوان مثال هنگام استفاده کاربر از اپلیکیشن‌های مسیریاب، چنان‌چه محاسبات و پردازش‌های مرتبط با انتخاب بهترین مسیر به جای آن‌که توسط سرورهایی در یک مرکزداده‌ بزرگ با هزاران کیلومتر فاصله انجام گیرد، با بهره‌گیری از توان پردازشی گوشی هوشمند او و با کمک اطلاعات نگه‌داری شده در یک مرکزداده محلی صورت پذیرد، عملیات مسیریابی می‌تواند بسیار سریع‌تر و حتی دقیق‌تر انجام گیرد.

کاهش مصرف پهنای باند اینترنت: با گسترش استفاده از انواع دستگاه‌های هوشمند و توسعه روزافزون اینترنت اشیاء (IoT) در سال‌های اخیر، حجم داده‌هایی که به طور پیوسته گردآوری شده و روی بستر اینترنت جابجا می‌شوند، به شدت افزایش یافته است. استفاده از سیستم‌های پردازشی متمرکز موجب می‌شود که داده‌ها مسیر طولانی‌تری را برای پردازش شدن طی کرده و در نتیجه پهنای باند بیش‌تری را اشغال نمایند. این افزایش مصرف پهنای باند هزینه‌های زیادی را به کاربران و کسب‌وکارها تحمیل کرده و می‌تواند توسعه اینترنت اشیاء را با موانعی جدی مواجه سازد. در چنین شرایطی رایانش لبه‌ای قادر است با انجام عملیات پردازش در نزدیکی همان محلی که داده‌ها گردآوری شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند، نقشی بزرگ در کاهش مصرف پهنای باند اینترنت ایفا کند.

امنیت: جابجایی داده‌ها همواره با ریسک‌های امنیتی همراه است. علاوه بر این، مراکز داده‌ها بزرگ و بسترهای خدمات ابری، اهدافی ویژه و همیشگی برای هکرها هستند. به همین دلایل اطلاعات در فضای ابری از امنیت چندان بالایی برخوردار نیستند. در رایانش لبه‌ای تنها برخی از اطلاعات برای سرورهای ابری ارسال شده و در هر لحظه بخش کوچک‌تری از داده‌ها تحت ریسک قرار می‌گیرند. حتی در برخی نمونه‌های رایانش لبه‌ای نیازی به ارتباط اینترنتی نبوده و هیچ داده‌ای به ابر ارسال نمی‌شود. بدین ترتیب داده‌های کمتری امکان به سرقت رفتن حین جابجایی میان دستگاه کاربر و سرورهای ابری را داشته و در صورت هک شدن یکی از تجهیزات لبه‌ای، فقط بخشی از داده‌ها که در همان دستگاه به صورت محلی نگهداری می‌شود، در معرض سرقت یا تخریب قرار خواهد گرفت.

قابلیت اطمینان: رایانش لبه‌ای قابلیت اطمینان و اتکا به خدمات را افزایش می‌دهد. چرا که برخلاف سیستم‌های رایانش ابری، دریافت خدمات وابسته به ارتباط اینترنتی پایدار نبوده و نیازی نیست که کاربران نگران قطعی ارتباط شبکه یا کندی اینترنت باشند. در رایانش لبه‌ای ممکن است بخش قابل توجهی از داده‌ها در در مراکزداده‌ کوچک محلی یا در حافظه داخلی دستگاه‌های هوشمند کاربر نگهداری شوند. بدین ترتیب دسترسی به داده‌ها و خدمات با قابلیت اطمینان بسیار بالاتری امکان‌پذیر خواهد بود. به همین دلیل برای نواحی دور‌افتاده و مناطقی با ارتباط اینترنتی نامناسب، رایانش لبه‌ای راهکاری مفید بوده و به صورتی ویژه مورد پیشنهاد قرار می‌گیرد.

هزینه، مقیاس‌پذیری و توسعه چابک: در رایانش متمرکز و ابری، لازم است که تمامی داده‌ها به یک مرکزداده ارسال شده و در آن‌جا پردازش شوند. بنابراین رشد و گسترش خدمات، نیازمند توسعه مرکزداده، ارتقای پایداری و افزایش پهنای باند اینترنت است. کارهایی که می‌تواند بسیار وقت‌گیر، پردردسر و پرهزینه باشد. درحالی‌که با رایانش لبه‌ای شرکت‌ها می‌توانند بر حسب نیاز، ظرفیت پردازش و ذخیره‌سازی داده‌های خود را با ترکیبی از دستگاه‌های هوشمند همراه، تجهیزات اینترنت اشیاء و مراکز داده کوچک محلی به سرعت افزایش دهند. توسعه خدمات رایانش لبه‌ای با اضافه کردن این نوع تجهیزات، پهنای باند اینترنتی به مراتب کمتری را نیز مطالبه می‌کند.

معایب رایانش لبه‌ای‌

مانند هر فناوری دیگر، رایانش لبه‌ای نیز در کنار تمام مزایای اشاره شده، معایب مختلفی را نیز به همراه دارد. برخی از این معایب ذاتی و برخی دیگر مرتبط با نوظهور بودن این فناوری بوده و ممکن است به مرور کم‌رنگ شده یا به طور کامل برطرف شوند.

امنیت: رایانش لبه‌ای ریسک‌های خاص خود را برای اطلاعات به همراه دارد. تنوع بسیار بالای تجهیزات هوشمندی که می‌توانند در رایانش لبه‌ای مشارکت داشته باشند، چالش‌هایی را برای تامین امنیت یکپارچه اطلاعات در این دستگاه‌ها ایجاد می‌کند. درحالی‌که یک سیستم متمرکز یا یک بستر ابری را با بهره‌گیری از تیم‌های تخصصی امنیت اطلاعات و تجهیزات خاص‌منظوره، به شکلی بهتر و راحت‌تر می‌توان امن‌سازی کرد.

اشغال منابع در تجهیزات لبه‌ای: نگهداری و پردازش داده‌ها در تجهیزات لبه‌ای به معنای اشغال منابع سخت‌افزاری در این تجهیزات خواهد بود. برای نگهداری داده‌ها لازم است بخشی از حافظه این دستگاه‌ها اشغال شده و در نتیجه نیاز به حافظه داخلی بزرگ‌تر در انواع تجهیزات هوشمند لبه‌ای افزایش خواهد یافت. همچنین برای پردازش این داده‌ها در لبه، پردازنده این تجهیزات بیش‌تر مورد استفاده قرار گرفته و مصرف انرژی در آن‌ها افزایش می‌یابد.

از دست دادن داده‌ها: در رایانش لبه‌ای داده‌هایی که برای نیاز جاری کاربر و تصمیم‌های لحظه‌ای کاربرد نداشته باشد، در اولویت پایین‌تر قرار گرفته یا ممکن است به طور کلی از آن‌ها چشم‌پوشی شود. در صورتی که شاید این داده‌ها از اهمیت بالایی برخودار باشند. به عنوان مثال زمانی که یک اتوموبیل خودران در یک جاده خالی به تنهایی در حال حرکت است، شاید نگهداری داده‌های مربوط به حسگرها و دوربین‌ها بی‌فایده به نظر برسد. در حالی که این داده‌های به ظاهر بی‌اهمیت می‌تواند اطلاعات مفیدی در رابطه با شرایط جاده و وضعیت خودرو در آن شرایط مشخص را فراهم آورد. این اطلاعات ممکن است در آینده برای همان خودرو یا سایر اتوموبیل‌های خودران در آن جاده مثمر ثمر واقع شوند.

نگهداری: رایانش لبه‌ای یک سیستم توزیع شده محسوب می‌شود که نسبت به یک سیستم متمرکز از اجزای بیش‌تر و ارتباطات پیچیده‌تری تشکیل یافته است. کار نگهداری چنین سیستم‌هایی به طور طبیعی سخت‌تر و پرهزینه‌تر خواهد بود.

کاربردهای رایانش لبه‌ای

یکی از زمینه‌های اصلی کاربرد رایانش لبه‌ای، اینترنت اشیاء است. در واقع شاید بتوان اینترنت اشیاء را مهم‌ترین عامل توسعه رایانش لبه‌ای دانست. امروزه انواع تجهیزات هوشمند در منازل، محل‌های کار و محیط‌‌ شهرها برای ارائه خدمات نیازمند ارتباط با اینترنت هستند. این تجهیزات به طور معمول به جمع‌آوری داده‌ها و ارسال آن برای پلتفرم‌های ابری مشغول بوده یا برعکس در حال دریافت اطلاعات از بسترهای ابری هستند. با رشد روزافزون استفاده از این‌گونه تجهیزات در سرتاسر دنیا، متوسل شدن به راه‌کارهای توزیع‌شده و محلی برای رایانش حجم عظیم داده‌های مربوط به آن‌ها، بدیهی و اجتناب‌ناپذیر به نظر می‌رسد. بنابراین انتظار می‌رود که بزرگ‌ترین زمینه کاربرد رایانش لبه‌ای، اینترنت اشیاء یا IoT باشد که از جمله مصداق‌های آن می‌توان به شهرهای هوشمند، خانه‌های هوشمند، اتوموبیل‌های خودران، سرویس‌های پخش زنده ویدیویی، سیستم‌های امنیتی، بسترهای دورکاری و خدمات هوشمند پزشکی اشاره کرد.

از جمله دیگر زمینه‌های کاربرد رایانش لبه‌ای می‌توان به بسترهای بازی ابری (cloud gaming) و واقعیت مجازی (VR) اشاره کرد. عامل اصلی موفق نبودن بسترهای بازی‌ ابری مانند Google Stadia را می‌توان در متمرکز بودن این سیستم‌ها و وابستگی کامل آن‌ها به ارتباط اینترنتی پرسرعت، پایدار و کم‌تاخیر با سرورهای مستقر در مراکز داده مربوطه جست‌وجو کرد. مشکلی که شاید واضح‌ترین راه حل آن بهره‌گیری از رایانش لبه‌ای باشد. آوردن سرورهای بازی ابری به مراکز داده کوچک در نزدیکی کاربر، همراه با بهبود و ارتقای فناوری‌‌های ارتباطی با توسعه و گسترش فناوری 5G، بالاخره شرایط لازم را برای شکوفایی و موفقیت این نوع خدمات فراهم خواهد ساخت. بدین ترتیب ممکن است که در آینده‌ای نه‌چندان دور شاهد امکان انجام بازی‌های رده‌بالا به کمک خدمات ابری و به صورت یک‌پارچه روی انواع تجهیزات از جمله گوشی‌های هوشمند، عینک‌های واقعیت مجازی و تلویزیون‌ها باشیم.

رایانش لبه‌ای همراه (MEC)

رایانش لبه‌ای همراه یا Mobile Edge Computing که با عنوان “رایانش لبه‌ای با دسترسی چندگانه" نیز شناخته می‌شود، اشاره به نوعی از رایانش لبه‌ای دارد که در خارجی‌ترین بخش شبکه اتفاق می‌افتد. یعنی در نزدیکی محلی که دستگاه‌های همراه و اپلیکیشن‌های آن‌ها مشغول تولید یا مصرف داده‌ها هستند. هدف اصلی در رایانش لبه‌ای همراه این است که با نگهداری و پردازش داده‌های مربوط به اپلیکیشن‌های همراه در نزدیکی محل کاربران آن‌ها، سرعت پاسخگویی افزایش و ترافیک شبکه کاهش یابد. در واقع چنان‌چه عملیات رایانش مربوط به دستگاه‌های همراه، در نزدیکی محل تلاقی شبکه‌های تلفن همراه با زیرساخت اینترنت انجام گیرد، از ورود این حجم عظیم داده‌ها به شبکه اصلی اینترنت جلوگیری شده و سرعت ارائه خدمات در اپلیکیشن‌های همراه به شکل چشم‌گیری افزایش پیدا می‌کند. فناوری MEC به گونه‌ای طراحی شده است تا در محل ایستگاه‌های شبکه تلفن همراه یا پایگاه‌های دیگری در محدوده اتصال این شبکه‌ها به بستر اینترنت پیاده‌سازی شود.

استانداردهای فنی مربوط به این فناوری توسط موسسه استاندارد ارتباطات راه‌دور اروپا در دست توسعه قرار داشته و شرکت‌هایی از جمله اچ‌پی ، هواوی، سیسکو، موتورولا موبیلیتی، IBM، نوکیا، اینتل و AT&T در آن مشارکت دارند. از آن‌جا که معماری MEC و استانداردهای آن به تازگی معرفی شده و در دست توسعه قرار گرفته، بهره‌برداری و استفاده کاربردی از آن در سطح گسترده هنوز انجام نشده است. برخی از زمینه‌های کاربرد قابل تصور برای این فناوری عبارتند از تحویل محتوا (content delivery)، تحلیل داده‌های بزرگ همراه، انتقال و توزیع بار پردازشی (computational offloading)، کَش کردن ویدئو در لبه شبکه (edge vieo caching)، محاسبات مشارکتی، خودروهای متصل به شبکه، مکان‌های هوشمند، مراقبت‌های سلامت و بهداشت، موقعیت‌یابی داخلی و غیره. سرویس AWS Wavelength شرکت آمازون را می‌توان اولین محصول تجاری مبتنی بر فناوری MEC دانست که در مقیاسی گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. خدماتی در بستر سرویس‌های تحت وب آمازون (AWS)، این امکان را فراهم می‌آورند تا اپلیکیشن‌ها همراه روی لبه شبکه‌های 4G و 5G اپراتورهایی مشخص، اجرا شده و پاسخ‌گویی به کاربران مربوطه با تاخیری بسیار اندک انجام گیرد.

با استفاده از فناوری رایانش لبه‌ای همراه (MEC)، اپراتورهای تلفن همراه می‌توانند خدمات رایانشی جدیدی را به صورت محلی برای مشترکین مشخص یا گروه‌های ویژه‌ای از مشترکین ارائه نمایند. همچنین بهره‌گیری از این فناوری موجب می‌شود تا بار سیگنال روی هسته شبکه اپراتورها کاهش یافته و امکان میزبانی اپلیکیشن‌ها و سرویس‌ها به صورتی کم‌هزینه‌تر فراهم شود. توسعه‌دهندگان اپلیکیشن‌ها و ارائه‌کنندگان محتوای چندرسانه‌ای نیز قادر خواهند بود از نزدیکی به کاربران تلفن همراه بهره گرفته و اطلاعات مربوط به شبکه مخابراتی را به صورت زنده مورد استفاده قرار دهند.

با توسعه فناوری و تکامل اینترنت اشیاء (IoT)، نیاز تجاری به ظرفیت پردازشی بیش‌تر و در موقعیتی نزدیک‌تر به محل جمع‌آوری داده‌ها، روزبه‌روز افزایش می‌یابد. به ویژه در زمینه کشاورزی، صنایع نفت، گاز و انرژی‌ بادی که به طور معمول در مناطق روستایی و گاه دورافتاده واقع شده‌اند. گسترش استفاده از انواع حسگرها برای جمع‌آوری مقادیر عظیمی از داده‌ها، به خصوص در مناطقی که از نظر ارتباط اینترنتی پرسرعت دچار محدودیت هستند، نیاز و تقاضا برای رایانش لبه‌ای همراه را تا حد زیادی افزایش خواهد داد تا بدین ترتیب امکان تحلیل داده‌ها در محل و عکس العمل سریع بر اساس داده‌های دریافتی فراهم آید.