Cách tận dụng điện toán biên để tận dụng tối đa các giải pháp IoT dành cho doanh nghiệp

Internet vạn vật đã khuấy động đáng kể sự quan tâm đến chủ đề điện toán ranh giới trong những năm gần đây. Thực tế là điện toán biên có nhiều hy vọng giải phóng tiềm năng của khối lượng dữ liệu ngày càng tăng được tạo ra bởi các thiết bị IoT. Đến năm 2025, khối lượng này dự kiến ​​sẽ đạt con số khổng lồ 73,1 ZB, nhưng để trích xuất giá trị từ nó, các luồng dữ liệu tương ứng cần được phân bổ, quản lý và phân tích thành thạo. Các thiết bị cạnh có thể hữu ích ở đây.

Như số liệu thống kê cho thấy, điện toán cạnh đã được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng IoT theo cách này hay cách khác. Ngoài bộ định tuyến và tường lửa, điện toán biên cho phép bạn thực hiện tự động hóa thông minh và bảo trì dự đoán, tối ưu hóa vòng đời dữ liệu và do đó, giảm chi phí. Mặc dù ranh giới thông minh là một ứng dụng mới, nhưng đã có thể xem xét kỹ hơn cách nó thể hiện trong các giải pháp công nghiệp, giao thông vận tải, chăm sóc sức khỏe và các giải pháp Enterprise IoT phổ biến khác để tận dụng tối đa lợi ích của nó. Trong bài viết này, PSA giải thích những môi trường nào yêu cầu điện toán biên, trường hợp nào IoT + song song biên là hứa hẹn nhất và cách phân bổ khối lượng công việc một cách hiệu quả trên hệ sinh thái IoT.

Vị trí của các thiết bị biên trong các giải pháp IoT dành cho doanh nghiệp

Kiến trúc truyền thống của các giải pháp IoT dành cho doanh nghiệp giả định rằng dữ liệu được thu thập từ mọi thứ, chẳng hạn như các sản phẩm trên băng chuyền hoặc thiết bị trong xưởng sản xuất; sau đó nó được chuyển sang đám mây để xử lý và phân tích thêm. Trong một hệ thống như vậy, các thiết bị biên được sử dụng theo cách truyền thống – để phân phối dữ liệu qua mạng và kiểm soát lưu lượng mạng. Bộ định tuyến, tường lửa, bộ ghép kênh và bộ chuyển mạch nằm trong số các thiết bị như vậy, trong đó thiết bị sau cho phép doanh nghiệp kết nối với các thiết bị công nghiệp. Nói chung, chúng cho phép bạn thiết lập IoT trên toàn doanh nghiệp, bất kể vị trí của nó.

Đối với các giải pháp tự động hóa IoT, các ý tưởng do AI tạo ra trên đám mây được gửi trở lại hiện trường để tạo ra một số hành động. Chắc chắn, cách tiếp cận này bị thiếu tốc độ và thông lượng, điều này trở nên quan trọng đối với kiến ​​trúc phân tán rộng rãi và một lượng lớn dữ liệu cần được xử lý. Đây là nơi các thiết bị biên thông minh phát huy tác dụng, đảm nhận việc xử lý, phân tích và hành động. Lợi ích của họ được tiết lộ thông qua việc họ ở gần nguồn dữ liệu cho phép họ giảm độ trễ thông qua việc ủy ​​quyền một số thông tin xác thực ra quyết định cơ bản cho họ.

• Thiết bị dùng cuối. Cảm biến & Thiết bị truyền động thông minh, thiết bị đeo được, máy ảnh và các thiết bị hỗ trợ cảm biến khác được đặt càng gần mọi thứ càng tốt. Khả năng tính toán của chúng bị hạn chế do kích thước nhỏ gọn.
• Cổng IoT chỉ cho phép thông tin có giá trị tiềm năng tiếp cận đám mây. Đây là cầu nối giữa vạn vật và đám mây: thực hiện tổng hợp, tiền xử lý, lọc dữ liệu, xác minh tính xác thực của dữ liệu và làm sạch dữ liệu thô. Họ cũng cung cấp khả năng quản lý cho các thiết bị hiện trường, đảm bảo kiến ​​trúc phân tán tự động.
• Máy chủ biên là tên gọi chung cho các môi trường diễn ra hoạt động điện toán biên rộng rãi. Máy chủ vật lý, máy tính xách tay, hệ thống nhúng hoặc hệ thống trên chip có thể đảm nhận chức năng này. Danh mục này đã thu hút sự chú ý đặc biệt trong thời gian gần đây vì nó cho phép phân phối lại tải điện toán trên toàn hệ thống và sự ra đời của Trí tuệ nhân tạo (AI).

Do đó, khi đặt một số tải nhất định trên cạnh, hệ thống sẽ tiết kiệm thời gian liên lạc với đám mây, cho phép phản ứng nhanh với tình huống tại hiện trường. Ngoài ra, tính khả dụng và độ tin cậy cao hơn được cung cấp, cũng như tính bảo mật do dữ liệu không vượt ra ngoài bộ nhớ cục bộ. Để làm cho cấu hình này tiết kiệm chi phí, điều quan trọng là không làm quá tải đám mây.

Các ứng dụng điện toán biên hứa hẹn nhất cho các giải pháp IoT doanh nghiệp

Đám mây lai + cạnh

Vì giá trị chính của đám mây lai cho thấy cơ hội chuyển đổi khối lượng công việc giữa các môi trường khác nhau, nên việc mở rộng cơ sở hạ tầng như vậy sang các giải pháp cạnh có vẻ tự nhiên nhất có thể. Bằng cách kết nối các thiết bị biên, sẽ xuất hiện nhiều tùy chọn hơn về cách tối ưu hóa khối lượng công việc. Điều này cho phép khả năng mở rộng hiệu quả về chi phí và tăng sức đề kháng trong trường hợp hệ thống gặp trục trặc. Trong môi trường kết hợp, thành phần biên cung cấp thêm tính linh hoạt cho toàn bộ hệ thống, trong khi thành phần đám mây tăng cường sự gắn kết giữa các tài sản được phân phối.

Khi nói đến lượng dữ liệu quá lớn lưu thông trong hệ sinh thái IoT, bạn sẽ thu được nhiều giá trị hơn bằng cách đưa điện toán thời gian thực ra rìa, để lại các phân tích sâu về điện toán đám mây. Đồng thời, đám mây có thể được sử dụng như một trung tâm quản lý mang lại sự minh bạch cho toàn hệ thống. Vì bạn sẽ không kêu gọi chuyên gia cho mọi nút nếu xảy ra sự cố, song song Hybrid Cloud + Edge cho phép tăng khả năng kiểm soát. Các dự án mã nguồn mở như Micro Shift giúp mở rộng các nền tảng tối quan trọng như Kubernetes đến vùng biên và giữ cho chúng nhất quán.

Điện toán cạnh + AI/ML

Việc đưa AI lên Edge ngày càng trở nên phổ biến, vì Edge có thể vượt qua các giới hạn tốc độ áp đặt trên đám mây. Đôi khi, đó là cách duy nhất để triển khai hệ sinh thái IoT hỗ trợ AI, vì có thể không có kết nối internet hoặc trong trường hợp tăng cường bảo mật dữ liệu. Dù sao đi nữa, nó mở rộng khả năng xử lý dữ liệu thô tại hiện trường, điều không thể thiếu đối với các giải pháp tự động hóa quan trọng về thời gian và cho các hệ thống phân tán cao. Việc đưa Đám mây vào chuỗi này không chỉ tốn thời gian mà còn tốn kém, vì nó yêu cầu các tài nguyên đáng kể dưới dạng băng thông kênh Internet, lưu lượng truy cập, năng lượng bổ sung, v.v. Ví dụ: xử lý thông tin từ các cảm biến tại nhà máy lọc dầu tạo ra hơn 1 TB dữ liệu thô mỗi ngày, đòi hỏi quá nhiều tài nguyên để xử lý dữ liệu đó.

Các thuật toán AI được đưa vào các thiết bị tiên tiến mang đến các trường hợp sử dụng mới, chẳng hạn như giám sát từ xa, bảo trì dự đoán và tự động hóa nâng cao. Thị giác máy được triển khai ở rìa cũng tiếp tục đạt được đà phát triển. Nhưng dù sao đi nữa, việc triển khai AI trong hệ sinh thái IoT yêu cầu sự hợp tác giữa đám mây và biên. Việc đào tạo AI vẫn diễn ra trên đám mây, vì chúng tôi cần sức mạnh tính toán quá mức cho hoạt động này, trong khi việc triển khai được đặt ở rìa. Sự thành công ngày càng tăng của mô hình này cho phép chúng ta nói về AIoT (Internet vạn vật nhân tạo).

Điện toán biên + 5G

Sự kết hợp giữa điện toán biên và 5G hứa hẹn sẽ nâng cao lợi thế chính của điện toán biên – thực hiện các hoạt động gần với thời gian thực nhất. Cho đến nay, chúng tôi không thể nói về phản hồi 1 mili giây mong muốn, nhưng 5G đã nhanh hơn 16 lần so với LTE1. Tốc độ này cho phép một số ứng dụng có thể dễ dàng triển khai trên đám mây, chẳng hạn như giám sát rô bốt theo thời gian thực, điều khiển máy bay không người lái, phương tiện tự động và thậm chí cả dịch vụ MRP và phẫu thuật từ xa. Tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 20 Gbps cho phép bạn tạo các ứng dụng thực tế tăng cường và hoạt động với dữ liệu nặng, chẳng hạn như video 4k.

Nhìn chung, 5G cho phép doanh nghiệp triển khai các thiết bị cạnh công suất thấp hơn trong khi cung cấp khả năng tính toán cao hơn. Băng thông của một mạng như vậy cho phép bạn kết nối nhiều thiết bị hơn gấp 100 lần so với thông qua công nghệ 4G hoặc LTE! Những khả năng như vậy mở đường cho những ứng dụng đáng kinh ngạc nhất của Internet vạn vật, chẳng hạn như các nhà máy tối tăm.

Thu hoạch năng lượng trên điện toán biên

Khi các giải pháp Enterprise IoT mở rộng, vấn đề cấp nguồn cho các thiết bị phát sinh, vì các cảm biến và thiết bị biên khác có thể hoạt động bên ngoài vùng phủ sóng của mạng không dây hoặc mạng lưới để bao phủ toàn bộ bề mặt được giám sát. May mắn thay, các công nghệ thu hoạch năng lượng đang phát triển, cung cấp các công nghệ thu hoạch năng lượng khác nhau cho các ứng dụng IoT khác nhau, giúp kéo dài đáng kể thời lượng pin của các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng. Ví dụ, các hệ thống thu hoạch năng lượng dựa trên năng lượng mặt trời hoặc rung động được áp dụng cho các thiết bị ô tô lắp sẵn để liên lạc giữa ô tô với cơ sở hạ tầng, trong khi các nguồn cảm biến năng lượng nhiệt hoặc ánh sáng thu hoạch năng lượng được sử dụng thành công cho tự động hóa nơi làm việc. Trong số những phát triển mới nhất, chúng ta có thể phân biệt một mô-đun NB-IoT tự trị sử dụng năng lượng của ánh sáng xung quanh. Giải pháp dựa trên pin mặt trời và PMIC với chức năng MPPT.

Đề xuất giới thiệu điện toán biên cho các giải pháp IoT của doanh nghiệp

• Cơ sở hạ tầng biên đã đủ trưởng thành để tạo các ứng dụng IoT phức tạp với sự phân bổ cân bằng sức mạnh điện toán giữa đám mây và biên.
• Việc mở rộng cơ sở hạ tầng đám mây ra biên có ý nghĩa đối với các hoạt động thời gian thực vì nó giảm thiểu độ trễ. Các máy chủ đám mây trong cơ sở hạ tầng như vậy giúp tăng tính minh bạch và tăng khả năng kiểm soát tài sản.
• Khi tạo các giải pháp Enterprise IoT, điều quan trọng là phải thấy trước các thành phần cạnh ngay từ đầu, để sau đó có thể tăng lợi ích của nó, kể cả với sự trợ giúp của AI.
• Các mô hình đào tạo yêu cầu phần cứng hạng nặng, vì vậy, tốt hơn hết là đào tạo AI trên đám mây và triển khai mô hình đã hoàn thành ở rìa.
• Việc mở rộng cơ sở hạ tầng IoT yêu cầu tối ưu hóa các tài nguyên biên. Việc giới thiệu các công nghệ khai thác năng lượng có thể có lợi ở đây.