Při navrhování síťové infrastruktury se obvykle zvažují buď místní výpočty, nebo cloudové služby. Tyto dva případy a jejich kombinace však často nestačí. Například, co dělat, když nelze odmítnout cloudové výpočty, ale šířka pásma je nedostatečná nebo je provoz příliš drahý?
Přidat mezilehlou vrstvu, která provede část výpočtů na hranici místní sítě nebo výrobního procesu. Tento periferní koncept se nazývá Edge Computing — „okrajové výpočty“. Tento koncept doplňuje současný model využívání dat v cloudu a v tomto článku se podíváme na potřebné vybavení a příklady úloh pro něj.
Úrovně edge computingu
Představte si, že máte doma spoustu senzorů: teploměr, hygrometr, senzor osvětlení, detektor úniků a další. Logický kontrolér zpracovává informace, které od nich přicházejí, realizuje automatizační scénáře, předává zpracovanou telemetrii cloudové službě a získává od ní aktualizované automatizační scénáře a nové firmware. Tímto způsobem probíhají místní výpočty přímo na místě, ale zařízení jsou řízena uzlem, který spojuje mnohá taková zařízení.
To je příklad velmi jednoduchého systému okrajového výpočtu, ale již na něm jsou vidět všechny tři úrovně edge computingu:
- Zařízení IoT: generují "syrová data" a předávají je prostřednictvím různých protokolů.
- Periferní uzly: zpracovávají data v těsné blízkosti zdrojů informací a fungují jako dočasné úložiště dat.
- Cloudové služby: nabízejí funkce správy jak pro periferní, tak pro IoT zařízení, provádějí dlouhodobé uchovávání a analýzu dat. Kromě toho podporují integraci s dalšími podnikových systémy.
Samotný koncept Edge computingu je součástí velkého ekosystému, který optimalizuje technologické procesy. Zahrnuje jak hardwarové (výpočetní a okrajové servery), tak síťové a softwarové prvky (například platformu pro vývoj algoritmů AI). Díky tomu, že může vzniknout "úzké hrdlo" při vytváření, přenosu a zpracování "velkých dat", což omezí výkon celého systému, musí být tyto části navzájem kompatibilní.
Funkce hraničních serverů
Na úrovni periferních uzlů v Edge Computingu se používají hraniční servery, které jsou umístěny přímo tam, kde se generují informace. Obvykle se jedná o výrobní nebo technické prostory, kde nelze nainstalovat serverovou skříň a zabezpečit čistotu. Hraniční servery jsou tedy konstruovány v kompaktních prachotěsných a vodotěsných skříních s rozšířeným teplotním rozsahem a nelze je umístit do skříně. Ano, takový server může být bez problémů připevněn oboustrannou lepící páskou nebo kotvami někde pod schodištěm nebo v technické místnosti.
Jelikož se hraniční servery umisťují mimo chráněné datové centra, mají vyšší požadavky na fyzickou bezpečnost. Pro ně jsou navrženy ochranné kontejnery:
Na úrovni práce s daty v hraničních serverech je zajištěno šifrování disků a zabezpečené spuštění. Samotné šifrování spotřebovává 2-3% výpočetního výkonu, ale na hraničních serverech se obvykle používají procesory Xeon D se zabudovaným modulem pro urychlení AES, což minimalizuje ztráty výkonu.
Kdy se používají hraniční servery
Při Edge Computingu do datového centra přicházejí k zpracování pouze ta data, která nelze nebo není efektivní zpracovávat jinak. Hraniční servery se tedy používají, když je potřeba:
- Flexibilní přístup k bezpečnosti, protože v případě Edge Computingu lze předem nastavit přenos do centrálního datového centra již zpracovaných a připravených informací;
- Ochrana před ztrátou informací, protože při ztrátě spojení s centrem budou místní uzly shromažďovat informace;
- Úspora na přenosu, k níž dochází díky zpracování hlavního objemu informací na místě.
Edge computing pro úsporu přenosu
Dánská společnost Maersk — jeden z lídrů v oblasti námořní nákladní dopravy ve světě — se rozhodla snížit spotřebu paliva svých lodí a snížit emise znečišťujících látek do atmosféry.
K řešení tohoto problému byla použita technologie , senzory na motorech a hlavních uzlech lodi, stejně jako místní server BullSequana Edge pro výpočty 'na místě'.
Díky senzorům systém EcoMain Suite neustále sleduje stav kritických uzlů lodi a jejich odchylky od předem vypočtené normy. To umožňuje rychlou diagnostiku poruchy a její lokalizaci až na problémový uzel. Vzhledem k tomu, že telemetrie je neustále přenášena "do centra", může servisní technik provést analýzu na dálku a poskytnout doporučení posádce. A hlavní otázka je, kolik dat a v jakém objemu přenášet do centrálního datového centra.
Protože je připojení levného kabelového internetu k námořnímu kontejnerovému dopravci velmi problematické, přenos velkého objemu surových dat na centrální server je příliš drahý. Na centrálním serveru BullSequana S200 se počítá obecný logický model lodi a zpracování dat a přímé řízení je předáno místnímu serveru. Výsledkem je, že implementace tohoto systému se zaplatila za tři měsíce.
Edge computing pro úsporu zdrojů
Další příklad okrajových výpočtů je videoanalytika. U výrobce zařízení pro technické plyny Air Liquide byla jednou z místních úloh výrobního cyklu kontrola kvality nátěru plynových lahví. Probíhala ručně a trvala přibližně 7 minut na jednu lahev.
Aby se tento proces urychlil, člověk byl nahrazen blokem se 7 vysokorychlostními kamerami. Kamery snímají lahev z několika stran, generují přibližně 1 GB videa za minutu. Video je odesíláno na okrajový server BullSequana Edge s Nvidia T4 na palubě, na kterém neuronová síť, vytrénovaná na hledání defektů, analyzuje stream v online režimu. Výsledkem se průměrný čas kontroly zkrátil z několika minut na několik sekund.
Edge computing v analytice
Atrakcí v Disneylandu nejsou pouze zábava, ale také složitý technický objekt. Například na "Americké horské dráze" je instalováno přibližně 800 různých senzorů. Neustále odesílají na server data o provozu atrakce a místní server tato data zpracovává, vypočítává pravděpodobnost poruchy atrakce a signalizuje to centrálnímu datovému centru.
Na základě těchto údajů se určuje pravděpodobnost technického selhání a spouští se preventivní oprava. Atrakcí je stále v provozu až do konce pracovního dne, zatímco již byla vydána objednávka na opravu a pracovníci rychle opravují atrakci v noci.
BullSequana Edge
Servery BullSequana Edge jsou součástí rozsáhlé infrastruktury pro práci s „velkými daty“, již byly testovány s platformami Microsoft Azure a Siemens MindSphere, VMware WSX a mají certifikáty NVidia NGC/EGX. Tyto servery byly speciálně navrženy pro okrajové výpočty a vyrábějí se v obalech formátu U2 v variantách pro instalaci do standardního stojanu, na DIN-lištu, na stěnu a ve volně stojící verzi.
BullSequana Edge jsou postaveny na základní desce vlastní konstrukce a procesoru Intel Xeon D-2187NT. Podporují instalaci až 512 GB operační paměti, 2 SSD o velikosti 960 GB nebo 2 HDD o velikosti 8 nebo 14 TB. Lze do nich také nainstalovat 2 GPU Nvidia T4 16 GB pro práci s videem; moduly Wi-fi, LoRaWAN a 4G; až 2 deseti gigabitové moduly SFP. V samotných serverech je již nainstalován senzor otevření víka, který je připojen k BMC, řídícímu modulu IPMI. Lze jej nastavit na automatické vypnutí napájení při aktivaci senzoru.
Úplné technické specifikace serverů BullSequana Edge lze nalézt na . Pokud máte zájem o podrobnosti, rádi zodpovíme naše otázky v komentářích.
Zdroj: habr.com
