Edge Computing Desmistificado: Como Funciona, Sua Arquitetura e Aplicações Reais

Uma borda de TI é onde dispositivos finais se conectam a uma rede para entregar dados e receber instruções de um servidor central, seja um data center ou a nuvem. Embora este modelo funcionasse no passado, dispositivos modernos geram tantos dados que empresas requerem equipamentos caros para manter desempenho ideal.

Edge computing resolve este problema trazendo processamento mais perto do dispositivo que gera dados. Dados não precisam viajar para um servidor central para processamento, então não há problemas de latência ou largura de banda.

Este artigo é uma introdução ao edge computing. Explicamos o que é edge computing, discutimos casos de uso potenciais e mostramos como esta tecnologia leva a processamento de dados mais barato e confiável.

O que é Edge Computing?

Edge computing é um tipo de computação que ocorre na borda ou próximo à borda de uma rede. O processamento ocorre dentro ou próximo ao dispositivo, então 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 melhorados.
• Melhor disponibilidade de largura de banda.
• Insights de sistema mais confiáveis.
• Análise de dados mais abrangente e rápida.
• Alta disponibilidade.

Edge computing também ajuda a manter cargas de trabalho atualizadas, garantir privacidade de dados e aderir a leis de proteção de dados como HIPAA, GDPR e PCI. Este modelo de processamento também permite inovações adicionais com inteligência artificial e machine learning.

Dispositivos edge coletam e armazenam dados antes de enviar informações para um edge server on-premises. Este servidor lida com as seguintes atividades:

• Processamento de dados em tempo real.
• Visualização e analytics de dados.
• Caching e buffering.
• Filtragem de dados.

O edge center envia as requisições de processamento mais complexas (operações de big data e lógica de negócio) para o data center ou a nuvem. Embora a necessidade de um servidor dedicado central ainda exista, um negócio pode configurar conexões mais lentas e menos caras sem arriscar latência devido a operações locais e dados pré-classificados.

Edge Computing vs. Cloud Computing

A principal distinção entre edge e cloud computing é onde o processamento ocorre:

• Em cloud computing, todas as operações de dados acontecem em localização centralizada.
• Em edge computing, a maioria dos processos relacionados a dados ocorre localmente (na borda do ambiente).

Edge computing é ideal para casos de uso que dependem do processamento de dados sensíveis ao tempo para tomada de decisão. Outro caso de uso em que edge computing é melhor que solução de nuvem é para operações em locais remotos com pouca ou nenhuma conectividade com a Internet.

No entanto, edge computing não é substituto para a nuvem. Estas tecnologias não são intercambiáveis; edge computing complementa a nuvem, e as duas tecnologias garantem melhor performance para casos de uso específicos.

Arquitetura de Edge Computing Explicada

Aqui estão os componentes-chave que formam um ecossistema edge:

• Dispositivos edge: Equipamento de propósito especial com capacidade de computação limitada.
• Nó edge: Qualquer dispositivo, servidor ou gateway que realiza edge computing.
• Servidor edge: Computador localizado em instalação próxima ao dispositivo edge. Estas máquinas rodam cargas de trabalho de aplicação e serviços compartilhados, então precisam de mais poder de computação que dispositivos edge.
• Gateway edge: Servidor edge que realiza funções de rede como tunneling, gerenciamento de firewall, tradução de protocolo e conexões sem fio. Um gateway também pode hospedar cargas de trabalho de aplicação.
• Nuvem: Nuvem pública ou privada que atua como repositório para cargas de trabalho containerizadas como aplicações e modelos de machine learning. A nuvem também hospeda e roda apps que gerenciam nós edge.

Edge computing tem três nós primários: device edge, local edge e a nuvem.

Device edge é a localização física onde dispositivos edge rodam on-premises (câmeras, sensores, máquinas industriais, etc.). Estes dispositivos têm poder de processamento para coletar e transmitir dados.

Local edge é um sistema que suporta as aplicações e cargas de trabalho de rede. O local edge tem duas camadas:

• Uma camada de aplicação que roda apps que dispositivos edge não conseguem lidar devido a grande footprint (analytics complexo de vídeo ou processamento IoT, por exemplo).
• A camada de rede que roda componentes de rede físicos ou virtualizados como roteadores e switches.

A nuvem (ou o nexus) roda cargas de trabalho de aplicação e rede que gerenciam o processamento que outros nós edge não conseguem lidar. Apesar do nome, esta camada edge pode rodar tanto como data center interno quanto na nuvem.

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

Soluções e aplicações da indústria podem existir em múltiplos nós como cargas de trabalho específicas são mais adequadas para device ou local edge. Algumas outras cargas de trabalho também podem mover dinamicamente entre nós sob certas circunstâncias (manual ou automaticamente).

Virtualização é elemento vital de uma configuração edge computing de grande escala. Esta tecnologia torna mais fácil implantar e rodar numerosas aplicações em servidores edge.

Vantagens do Edge Computing

Abaixo estão os benefícios de negócio mais proeminentes do uso de edge computing.

Redução de Latência

Edge computing melhora performance de rede reduzindo latência. Como dispositivos processam dados nativamente ou em um edge center local, a informação não viaja quase tão longe quanto em arquitetura de nuvem padrão.

Por exemplo, dois colegas no mesmo prédio trocando emails podem facilmente experimentar delay via redes padrão. Cada mensagem roteia para fora do prédio, comunica com servidor distante e volta para inbox do destinatário. Se esse processo acontece no edge e o roteador da empresa lida com emails do escritório, esse delay não ocorre.

Edge computing também resolve o problema de gargalo da "última milha". Todos os dados viajantes devem passar por conexões de rede locais antes de atingir o destino. Este processo pode causar entre 10 a 65 milissegundos de latência dependendo da qualidade da infraestrutura. Em configuração com edge centers, o tráfego é muito menor que com sistema centralizado, então não há problemas de gargalo.

Processamento de Dados Mais Seguro

Configurações de nuvem tradicionais são vulneráveis a ataques de negação de serviço distribuído (DDoS) e quedas de energia. Como edge computing distribui processamento e armazenamento, sistemas são menos propensos a interrupções e downtime. A configuração não sofre de pontos únicos de falha.

Além disso, como a maioria dos processos ocorre localmente, hackers não podem interceptar dados em trânsito. Mesmo se um único computador experimenta vazamento de dados, o atacante só pode comprometer dados locais.

Escalabilidade Custo-Efetiva

Edge computing permite que uma empresa expanda sua capacidade através de combinação de dispositivos IoT e servidores edge. Adicionar mais recursos não requer investimento em data center privado que é caro para construir, manter e expandir. Em vez disso, uma empresa pode configurar servidores edge regionais para expandir a rede rápida e custo-efetivamente.

O uso de edge computing também alivia custos de crescimento pois cada novo dispositivo não adiciona demandas adicionais de largura de banda em toda a rede.

Expansões Simples para Novos Mercados

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

Este benefício é vital para indústrias que requerem expansões rápidas em regiões com conectividade limitada.

Experiência do Usuário Consistente

Como servidores edge operam perto de usuários finais, um problema de rede em localização distante é menos provável de impactar clientes. Mesmo se o centro local tem uma interrupção, dispositivos edge podem continuar operando por sua capacidade de lidar com funções vitais nativamente. O sistema também pode rerotear dados através de outros caminhos para garantir que usuários mantenham acesso a serviços.

Desvantagens do Edge Computing

Edge computing aumenta a superfície de ataque geral para uma rede. Dispositivos edge podem servir como ponto de entrada para ciberataques através dos quais um atacante pode injetar software malicioso e infectar a rede.

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

Outro problema comum com edge computing é o preço. A menos que uma empresa faça parceria com um parceiro edge local, configurar a infraestrutura é caro e complexo. Custos de manutenção também são tipicamente altos pois a equipe deve manter numerosos dispositivos em diferentes localidades em boa saúde.

Finalmente, como padrões atuais estão evoluindo rapidamente, uma empresa pode lutar para manter configurações atualizadas. Novos dispositivos e software estão saindo regularmente, então equipamentos podem se tornar obsoletos rapidamente.

Exemplos e Casos de Uso de Edge Computing

Abaixo estão os casos de uso e aplicações mais promissoras de edge computing em diferentes indústrias.

5G e Edge Computing

O advento do 5G promete velocidades de dados acima de 20 Gbps e conexões sem delay de mais de um milhão de dispositivos por milha quadrada. Esta tecnologia emergente leva edge computing a novo nível, permitindo latência ainda menor, velocidades maiores e eficiência aprimorada.

Empresas em breve poderão usar 5G para expandir bordas de rede. Redes sobrepostas permitirão que negócios mantenham ainda mais dados em dispositivos edge. Aplicações também poderão confiar em comunicações em tempo real com a rede, recurso que será vital na expansão de IoT.

Videovigilância

Transmitir dados de vídeo para servidor central é lento e caro. Edge computing acelera este processo permitindo que câmeras realizem analytics inicial de vídeo e reconheçam eventos de interesse. O dispositivo então transmite o footage filtrado para um edge local para análise adicional.

Por exemplo, se um incêndio irrompe em um prédio com câmeras edge, os dispositivos podem distinguir humanos dentro das chamas. Uma vez que a câmera nota uma pessoa em perigo, o footage vai para o edge local sem latência. O edge local pode então contatar autoridades em vez de enviar footage para data center e perder tempo valioso.

Oportunidades na Saúde

Configurar dispositivos edge para monitoramento de pacientes pode ajudar hospitais a garantir privacidade de dados e melhorar cuidado ao paciente. A equipe pode oferecer cuidado mais rápido e melhor aos pacientes enquanto o hospital reduz quantidade de dados viajando através de redes e evita sobrecargas no servidor central.

Implantar soluções edge pode melhorar a forma como máquinas vitais de saúde operam, incluindo dispositivos EKG portáteis, sensores para monitoramento de temperatura e monitores de glicose. Processamento rápido de dados também pode salvar segundos preciosos para monitoramento remoto de pacientes.

Carros Conectados

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

Edge computing também pode habilitar comboios de veículos automáticos. Um grupo de carros ou caminhões pode viajar bem perto uns dos outros em comboio, economizando combustível e diminuindo congestionamento. Apenas o primeiro veículo requer motorista pois os carros restantes podem seguir o primeiro e comunicar sem latência.

Monitoramento em Indústrias de Petróleo e Gás

Edge computing pode ajudar a prevenir falhas em petróleo e gás. Estas plantas tipicamente operam em locais remotos, então um edge center é opção muito melhor que servidor distante ou nuvem. Dispositivos podem usar analytics em tempo real para monitorar o sistema e desligar máquinas antes que desastre ocorra.

Jogos Online

Jogos multiplayer online podem se beneficiar de edge computing pois a tecnologia reduz lag. Jogadores podem organizar partidas em massa sem impactar performance.

Cloud gaming também pode se beneficiar de edge computing. Este tipo de jogo online transmite feed ao vivo do videogame diretamente para dispositivos de usuários. Como data centers processam e hospedam estes jogos, usuários comumente experimentam problemas de latência.

Se uma empresa de cloud gaming configura servidor edge perto da localização dos gamers, o stream não tem latência, e o gameplay se torna totalmente responsivo.

Fábricas Inteligentes

Respostas em tempo real a processos de manufatura são vitais para reduzir defeitos de produto e melhorar produtividade dentro de uma fábrica. Algoritmos analíticos podem monitorar como cada equipamento roda e ajustar parâmetros operacionais para melhorar eficiência.

Dispositivos edge também podem detectar e prever quando falha é provável de ocorrer, reduzindo downtime custoso de fábrica. Empresas podem gerenciar processos de forma cloud-like mas manter confiabilidade de configuração on-premises.

Compras Online

A redução de latência permite que lojas de varejo criem experiência online rica e interativa para seus clientes. Donos de lojas podem criar realidade aumentada para compras online com performance perfeita e permitir que compradores comprem mercadorias de casa.

Varejistas físicos também podem usar edge computing para configurar assistentes de compras em realidade virtual nas lojas.

Uma Tecnologia em Ascensão

Especialistas preveem que 75% do processamento de dados acontecerá fora do data center tradicional ou nuvem até 2025. Comece cedo com edge computing para descobrir novas oportunidades de negócio, aumentar eficiência operacional e garantir experiências confiáveis para seus clientes.