O que é computação de borda? {Definição, arquitetura e casos de uso}

Uma borda de TI é onde os dispositivos finais se conectam a uma rede para fornecer dados e receber instruções de um servidor central, seja um data center ou a nuvem. Embora esse modelo tenha funcionado no passado, os dispositivos modernos geram tantos dados que as empresas exigem equipamentos caros para manter o desempenho ideal.

A computação de borda resolve esse problema aproximando o processamento do dispositivo que gera os dados. Os dados não precisam viajar para um servidor central para processamento, portanto, não há problemas de latência ou largura de banda.

Este artigo é uma introdução à computação de borda . Explicamos o que é computação de borda, discutimos possíveis casos de uso e mostramos como essa tecnologia leva a um processamento de dados mais barato e confiável.

O que é computação de borda?

A computação de borda é um tipo de computação que ocorre na borda de uma rede ou perto dela. O processamento ocorre dentro ou próximo ao dispositivo, portanto, menos dados viajam para o servidor central. A maioria das operações acontece em tempo real perto da fonte de dados, o que leva a:

• Tempos de resposta aprimorados.
• Melhor disponibilidade de largura de banda.
• Informações do sistema mais confiáveis.
• Análise de dados mais abrangente e rápida.
• Alta disponibilidade.

A computação de borda também ajuda a manter as cargas de trabalho atualizadas, garantir a privacidade dos dados e cumprir as leis de proteção de dados, como HIPAA, GDPR e PCI. Esse modelo de processamento também permite inovações adicionais com inteligência artificial e aprendizado de máquina.

Os dispositivos de borda coletam e armazenam dados antes de enviar informações para um servidor de borda local. Este servidor lida com as seguintes atividades:

• Processamento de dados em tempo real.
• Visualização e análise de dados.
• Descontar e armazenar em buffer.
• Filtragem de dados.

O edge center envia as solicitações de processamento mais complexas (operações de big data e lógica de negócios) ao data center ou à nuvem. Embora a necessidade de um servidor central dedicado ainda exista, uma empresa pode configurar conexões mais lentas e menos dispendiosas sem arriscar latência devido a operações locais e dados pré-classificados.

Computação de borda x computação em nuvem

A principal distinção entre computação de borda e computação em nuvem é onde o processamento ocorre:

• Na computação em nuvem, todas as operações de dados ocorrem em um local centralizado.
• Na computação de borda, a maioria dos processos relacionados a dados ocorre localmente (na borda do ambiente).

A computação de borda é ideal para casos de uso que dependem do processamento de dados sensíveis ao tempo para a tomada de decisões. Outro caso de uso em que a computação de borda é melhor do que uma solução em nuvem é para operações em locais remotos com pouca ou nenhuma conectividade com a Internet.

No entanto, a computação de borda não é um substituto para a nuvem. Essas tecnologias não são intercambiáveis; a computação de borda complementa a nuvem, e as duas tecnologias garantem melhor desempenho para casos de uso específicos.

Arquitetura de computação de borda explicada

Aqui estão os principais componentes que formam um ecossistema de borda:

• Dispositivos de borda: Um equipamento para fins especiais com capacidade de computação limitada.
• Nó de borda: Qualquer dispositivo, servidor ou gateway que execute computação de borda.
• Servidor de borda: Um computador localizado em uma instalação próxima ao dispositivo de borda. Essas máquinas executam cargas de trabalho de aplicativos e serviços compartilhados, portanto, precisam de mais poder de computação do que dispositivos de borda.
• Gateway de borda: Um servidor de borda que executa funções de rede, como encapsulamento, gerenciamento de firewall, tradução de protocolo e conexões sem fio. Um gateway também pode hospedar cargas de trabalho de aplicativos.
• Nuvem: Uma nuvem pública ou privada que funciona como um repositório para cargas de trabalho em contêiner, como aplicativos e modelos de aprendizado de máquina. A nuvem também hospeda e executa aplicativos que gerenciam nós de borda.

A computação de borda tem três nós principais: a borda do dispositivo, a borda local e a nuvem .

A borda do dispositivo é o local físico de onde os dispositivos de borda são executados no local (câmeras, sensores, máquinas industriais etc.). Esses dispositivos têm o poder de processamento para coletar e transmitir dados.

A borda local é um sistema que suporta os aplicativos e as cargas de trabalho da rede. A borda local tem duas camadas:

• Uma camada de aplicativo que executa aplicativos que os dispositivos de borda não podem manipular devido a uma grande área ocupada (análise de vídeo complexa ou processamento de IoT, por exemplo).
• A camada de rede que executa componentes de rede físicos ou virtualizados, como roteadores e switches.

A nuvem (ou o nexo ) executa cargas de trabalho de aplicativos e de rede que gerenciam o processamento que outros nós de borda não podem manipular. Apesar do nome, essa camada de borda pode ser executada como um data center interno ou na nuvem.

A ilustração abaixo apresenta uma arquitetura mais detalhada e mostra os componentes relevantes para cada nó de borda.

As soluções e aplicativos do setor podem existir em vários nós, pois cargas de trabalho específicas são mais adequadas ao dispositivo ou à borda local. Algumas outras cargas de trabalho também podem se mover dinamicamente entre nós em determinadas circunstâncias (manualmente ou automaticamente).

A virtualização é um elemento vital de uma configuração de computação de borda em larga escala. Essa tecnologia facilita a implantação e execução de vários aplicativos em servidores de borda.

Vantagens da computação de borda

Abaixo estão os benefícios comerciais mais importantes do uso da computação de borda.

Redução de latência

A computação de borda melhora o desempenho da rede reduzindo a latência. À medida que os dispositivos processam dados nativamente ou em um edge center local, as informações não chegam nem perto de uma arquitetura de nuvem padrão.

Por exemplo, dois colegas de trabalho no mesmo prédio trocando e-mails podem facilmente sofrer atrasos por meio de redes padrão. Cada mensagem sai do prédio, se comunica com um servidor distante e volta para a caixa de entrada do destinatário. Se esse processo ocorrer na borda e o roteador da empresa lidar com e-mails do escritório, esse atraso não ocorrerá.

A computação de borda também resolve o problema do gargalo da “última milha”. Todos os dados de viagem devem passar por conexões de rede local antes de chegar ao destino. Esse processo pode causar entre 10 e 65 milissegundos de latência, dependendo da qualidade da infraestrutura. Em uma configuração com centros de borda, o tráfego é muito menor do que com um sistema centralizado, portanto, não há problemas de gargalo.

Processamento de dados mais seguro

As configurações de nuvem tradicionais são vulneráveis ​​a ataques distribuídos de negação de serviço (DDoS) e quedas de energia. À medida que a computação de borda distribui processamento e armazenamento, os sistemas são menos propensos a interrupções e tempo de inatividade. A configuração não sofre de pontos únicos de falha.

Além disso, como a maioria dos processos ocorre localmente, os hackers não podem interceptar dados em trânsito. Mesmo que um único computador sofra uma violação de dados, o invasor só poderá comprometer os dados locais.

Escalabilidade econômica

A computação de borda permite que uma empresa expanda sua capacidade por meio de uma combinação de dispositivos IoT e servidores de borda. Adicionar mais recursos não requer um investimento em um data center privado que é caro para construir, manter e expandir. Em vez disso, uma empresa pode configurar servidores de borda regionais para expandir a rede de forma rápida e econômica.

O uso da computação de borda também facilita os custos de crescimento, pois cada novo dispositivo não adiciona mais demandas de largura de banda em toda a rede.

Expansões simples para novos mercados

Uma empresa pode fazer parceria com um data center de ponta local para expandir e testar rapidamente novos mercados. A expansão não requer nova infraestrutura cara. Em vez disso, uma empresa apenas configura dispositivos de borda e começa a atender os clientes sem latência. Se o mercado for indesejável, o processo de desinstalação é igualmente rápido e barato.

Esse benefício é vital para indústrias que exigem expansões rápidas em regiões com conectividade limitada.

Experiência de usuário consistente

Como os servidores de borda operam próximos aos usuários finais, é menos provável que um problema de rede em um local distante afete os clientes. Mesmo que o centro local tenha uma interrupção, os dispositivos de borda podem continuar operando devido à sua capacidade de lidar com funções vitais de forma nativa. O sistema também pode redirecionar os dados por outros caminhos para garantir que os usuários mantenham o acesso aos serviços.

Desvantagens da computação de borda

A computação de borda aumenta a superfície geral de ataque para uma rede. Os dispositivos de borda podem servir como ponto de entrada para ataques cibernéticos por meio dos quais um invasor pode injetar software malicioso e infectar a rede.

Infelizmente, configurar a segurança adequada é difícil em um ambiente distribuído. A maior parte do processamento de dados ocorre fora do servidor central e da linha direta de visão da equipe de segurança. A superfície de ataque também aumenta sempre que a empresa adiciona um novo equipamento.

Outro problema comum com a computação de borda é o preço . A menos que uma empresa faça parceria com um parceiro de borda local, configurar a infraestrutura é caro e complexo. Os custos de manutenção também costumam ser altos, pois a equipe deve manter vários dispositivos em diferentes locais em boas condições.

Por fim, como os padrões atuais estão evoluindo rapidamente, uma empresa pode ter dificuldades para manter as configurações atualizadas . Novos dispositivos e softwares são lançados regularmente, de modo que os equipamentos podem se tornar obsoletos rapidamente.

Exemplos de computação de borda e casos de uso

Abaixo estão os casos de uso e aplicações mais promissores da computação de borda em diferentes setores.

5G e computação de borda

O advento do 5G promete velocidades de dados de mais de 20 Gbps e conexões sem atraso de mais de um milhão de dispositivos por milha quadrada. Essa tecnologia emergente leva a computação de borda a um novo nível, permitindo latência ainda menor, velocidades mais altas e eficiência aprimorada.

Em breve, as empresas poderão usar o 5G para expandir as bordas da rede. A sobreposição de redes permitirá que as empresas mantenham ainda mais dados em dispositivos de borda. Os aplicativos também poderão contar com comunicações em tempo real com a rede, um recurso que será vital na expansão da IoT.

Vigilância por vídeo

A transmissão de dados de vídeo para um servidor central é lenta e cara. A computação de borda acelera esse processo, permitindo que as câmeras executem análises de vídeo iniciais e reconheçam eventos de interesse. O dispositivo então transmite a filmagem filtrada para uma borda local para análise posterior.

Por exemplo, se ocorrer um incêndio em um prédio com câmeras de borda, os dispositivos podem distinguir humanos dentro da chama. Uma vez que a câmera percebe uma pessoa em perigo, a filmagem vai para a borda local sem latência. A borda local pode então entrar em contato com as autoridades em vez de enviar as imagens para o data center e perder um tempo valioso.

Oportunidades de saúde

A configuração de dispositivos de borda para monitoramento de pacientes pode ajudar os hospitais a garantir a privacidade dos dados e melhorar o atendimento ao paciente. A equipe pode oferecer cuidados melhores e mais rápidos aos pacientes, enquanto o hospital reduz a quantidade de dados que trafegam pelas redes e evita sobrecargas no servidor central.

A implantação de soluções de ponta pode melhorar a maneira como as máquinas vitais de saúde operam, incluindo dispositivos portáteis de eletrocardiograma, sensores para monitoramento de temperatura e monitores de glicose. O processamento rápido de dados também pode economizar segundos preciosos para monitoramento remoto de pacientes.

Carros conectados

Um carro equipado com dispositivos de borda pode coletar dados de vários sensores e ter respostas em tempo real a situações na estrada. Esse recurso será vital no desenvolvimento de veículos autônomos.

A computação de borda também pode permitir comboios de veículos automáticos. Um grupo de carros ou caminhões pode viajar um atrás do outro em comboio, economizando combustível e diminuindo o congestionamento. Apenas o primeiro veículo exigirá um motorista, pois os carros restantes podem seguir o primeiro e se comunicar sem latência.

Monitoramento nas indústrias de petróleo e gás

A computação de borda pode ajudar a evitar falhas de petróleo e gás. Essas plantas normalmente operam em locais remotos, portanto, um edge center é uma opção muito melhor do que um servidor distante ou nuvem. Os dispositivos podem usar análises em tempo real para monitorar o sistema e desligar as máquinas antes que ocorra um desastre.

Jogos on-line

Os jogos multiplayer online podem se beneficiar da computação de ponta, pois a tecnologia reduz o atraso. Os jogadores podem organizar partidas em grande escala sem afetar o desempenho.

Os jogos em nuvem também podem se beneficiar da computação de borda. Esse tipo de jogo online transmite um feed ao vivo do videogame diretamente para os dispositivos do usuário. À medida que os data centers processam e hospedam esses jogos, os usuários geralmente enfrentam problemas de latência.

Se uma empresa de jogos na nuvem configurar um servidor de borda próximo à localização dos jogadores, o fluxo não terá latência e a jogabilidade se tornará totalmente responsiva

Fábricas Inteligentes

As respostas em tempo real aos processos de fabricação são vitais para reduzir os defeitos do produto e melhorar a produtividade dentro de uma fábrica. Algoritmos analíticos podem monitorar como cada equipamento funciona e ajustar os parâmetros operacionais para melhorar a eficiência.

Os dispositivos de borda também podem detectar e prever quando uma falha provavelmente ocorrerá, reduzindo o dispendioso tempo de inatividade da fábrica. As empresas podem gerenciar processos de maneira semelhante à nuvem, mas mantêm a confiabilidade de uma configuração local.

Compras on-line

A redução na latência permite que as lojas de varejo criem uma experiência online rica e interativa para seus clientes. Os lojistas podem criar uma realidade aumentada para compras on-line com desempenho contínuo e permitir que os compradores comprem produtos em casa.

Os varejistas físicos também podem usar a computação de borda para configurar assistentes de compras de realidade virtual nas lojas.

Uma tecnologia em ascensão

Os especialistas prevêem que 75% do processamento de dados acontecerá fora do data center tradicional ou da nuvem até 2025. Comece cedo com a computação de ponta para descobrir novas oportunidades de negócios, aumentar a eficiência operacional e garantir experiências confiáveis ​​para seus clientes.