Was ist Edge-Computing? {Definition, Architektur und Anwendungsfälle}

Ein IT-Edge ist der Ort, an dem sich Endgeräte mit einem Netzwerk verbinden, um Daten zu liefern und Anweisungen von einem zentralen Server zu erhalten, entweder einem Rechenzentrum oder der Cloud. Während dieses Modell in der Vergangenheit funktionierte, generieren moderne Geräte so viele Daten, dass Unternehmen teure Geräte benötigen, um eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten.

Edge Computing löst dieses Problem, indem es die Verarbeitung näher an das Gerät bringt, das Daten generiert. Daten müssen zur Verarbeitung nicht zu einem zentralen Server übertragen werden, sodass es keine Latenz- oder Bandbreitenprobleme gibt.

Dieser Artikel ist eine Einführung in Edge-Computing . Wir erklären, was Edge Computing ist, diskutieren mögliche Anwendungsfälle und zeigen, wie diese Technologie zu einer billigeren und zuverlässigeren Datenverarbeitung führt.

Was ist Edge-Computing?

Edge-Computing ist eine Art von Computing, das am oder nahe dem Rand eines Netzwerks stattfindet. Die Verarbeitung erfolgt entweder innerhalb oder in der Nähe des Geräts, sodass weniger Daten zum zentralen Server übertragen werden. Die meisten Vorgänge finden in Echtzeit in der Nähe der Datenquelle statt, was zu Folgendem führt:

• Verbesserte Antwortzeiten.
• Bessere verfügbare Bandbreite.
• Zuverlässigere Systemeinblicke.
• Umfassendere und schnellere Datenanalyse.
• Hohe Verfügbarkeit.

Edge-Computing hilft auch dabei, Workloads auf dem neuesten Stand zu halten, den Datenschutz zu gewährleisten und Datenschutzgesetze wie HIPAA, GDPR und PCI einzuhalten. Dieses Verarbeitungsmodell ermöglicht auch weitere Innovationen mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen.

Edge-Geräte sammeln und speichern Daten, bevor sie Informationen an einen lokalen Edge-Server senden. Dieser Server verarbeitet die folgenden Aktivitäten:

• Datenverarbeitung in Echtzeit.
• Datenvisualisierung und -analyse.
• Cashing und Buffering.
• Datenfilterung.

Das Edge-Center sendet die komplexesten Verarbeitungsanfragen (Big-Data-Vorgänge und Geschäftslogik) an das Rechenzentrum oder die Cloud. Obwohl die Notwendigkeit für einen zentralen dedizierten Server immer noch besteht, kann ein Unternehmen langsamere, kostengünstigere Verbindungen einrichten, ohne Latenzen aufgrund lokaler Vorgänge und vorsortierter Daten zu riskieren.

Edge-Computing vs. Cloud-Computing

Der Hauptunterschied zwischen Edge- und Cloud-Computing besteht darin, wo die Verarbeitung stattfindet:

• Beim Cloud-Computing finden alle Datenvorgänge an einem zentralen Ort statt.
• Beim Edge-Computing finden die meisten datenbezogenen Prozesse lokal (am Rand der Umgebung) statt.

Edge Computing ist ideal für Anwendungsfälle, die auf die Verarbeitung zeitkritischer Daten für die Entscheidungsfindung angewiesen sind. Ein weiterer Anwendungsfall, in dem Edge-Computing besser ist als eine Cloud-Lösung, ist der Betrieb an entfernten Standorten mit geringer oder gar keiner Verbindung zum Internet.

Edge Computing ist jedoch kein Ersatz für die Cloud. Diese Technologien sind nicht austauschbar; Edge-Computing ergänzt die Cloud, und die beiden Technologien gewährleisten eine bessere Leistung für bestimmte Anwendungsfälle.

Erklärung der Edge-Computing-Architektur

Hier sind die Schlüsselkomponenten, die ein Edge-Ökosystem bilden:

• Edge-Geräte: Ein Spezialgerät mit begrenzter Rechenkapazität.
• Randknoten: Alle Geräte, Server oder Gateways, die Edge-Computing ausführen.
• Edge-Server: Ein Computer, der sich in einer Einrichtung in der Nähe des Edge-Geräts befindet. Diese Maschinen führen Anwendungsworkloads und gemeinsame Dienste aus und benötigen daher mehr Rechenleistung als Edge-Geräte.
• Edge-Gateway: Ein Edge-Server, der Netzwerkfunktionen wie Tunneling, Firewall-Verwaltung, Protokollübersetzung und drahtlose Verbindungen ausführt. Ein Gateway kann auch Anwendungsworkloads hosten.
• Wolke: Eine öffentliche oder private Cloud, die als Repository für containerisierte Arbeitslasten wie Anwendungen und Modelle für maschinelles Lernen dient. Die Cloud hostet und führt auch Apps aus, die Edge-Knoten verwalten.

Edge-Computing hat drei primäre Knoten: das Geräte-Edge, das lokale Edge und die Cloud .

Device Edge ist der physische Standort, an dem Edge-Geräte vor Ort ausgeführt werden (Kameras, Sensoren, Industriemaschinen usw.). Diese Geräte haben die Rechenleistung, um Daten zu sammeln und zu übertragen.

Local Edge ist ein System, das die Anwendungen und die Netzwerk-Workloads unterstützt. Der lokale Rand hat zwei Schichten:

• Eine Anwendungsschicht, die Apps ausführt, die Edge-Geräte aufgrund ihres großen Platzbedarfs nicht handhaben können (z. B. komplexe Videoanalysen oder IoT-Verarbeitung).
• Die Netzwerkschicht, auf der physische oder virtualisierte Netzwerkkomponenten wie Router und Switches ausgeführt werden.

Die Cloud (oder der Nexus ) führt Anwendungs- und Netzwerkworkloads aus, die die Verarbeitung verwalten, die andere Edge-Knoten nicht verarbeiten können. Trotz des Namens kann dieser Edge-Layer entweder als internes Rechenzentrum oder in der Cloud ausgeführt werden.

Die folgende Abbildung zeigt eine detailliertere Architektur und zeigt Komponenten, die für jeden Edge-Knoten relevant sind.

Branchenlösungen und -anwendungen können in mehreren Knoten vorhanden sein, da bestimmte Workloads besser für das Gerät oder den lokalen Rand geeignet sind. Einige andere Workloads können sich unter bestimmten Umständen auch dynamisch zwischen Knoten bewegen (entweder manuell oder automatisch).

Virtualisierung ist ein wesentliches Element eines groß angelegten Edge-Computing-Setups. Diese Technologie erleichtert die Bereitstellung und Ausführung zahlreicher Anwendungen auf Edge-Servern.

Vorteile von Edge-Computing

Nachfolgend sind die wichtigsten geschäftlichen Vorteile der Verwendung von Edge-Computing aufgeführt.

Latenzreduzierung

Edge-Computing verbessert die Netzwerkleistung durch Reduzierung der Latenz. Da Geräte Daten nativ oder in einem lokalen Edge-Center verarbeiten, reisen die Informationen nicht annähernd so weit wie in einer Standard-Cloud-Architektur.

Beispielsweise kann es bei zwei Kollegen im selben Gebäude, die E-Mails austauschen, leicht zu Verzögerungen über Standardnetzwerke kommen. Jede Nachricht verlässt das Gebäude, kommuniziert mit einem entfernten Server und kommt zurück in den Posteingang des Empfängers. Wenn dieser Prozess am Edge stattfindet und der Router des Unternehmens Büro-E-Mails verarbeitet, tritt diese Verzögerung nicht auf.

Edge Computing löst auch das Engpassproblem der „letzten Meile“. Alle Reisedaten müssen lokale Netzwerkverbindungen durchlaufen, bevor sie das Ziel erreichen. Dieser Vorgang kann je nach Qualität der Infrastruktur zwischen 10 und 65 Millisekunden Latenz verursachen. Bei einem Setup mit Edge-Zentren ist der Datenverkehr viel geringer als bei einem zentralisierten System, sodass es keine Engpassprobleme gibt.

Sicherere Datenverarbeitung

Herkömmliche Cloud-Setups sind anfällig für DDoS-Angriffe (Distributed Denial of Service) und Stromausfälle. Da Edge-Computing Verarbeitung und Speicherung verteilt, sind Systeme weniger anfällig für Störungen und Ausfallzeiten. Das Setup leidet nicht unter Single Points of Failure.

Da die meisten Prozesse lokal ablaufen, können Hacker außerdem keine Daten während der Übertragung abfangen. Selbst wenn auf einem einzelnen Computer eine Datenschutzverletzung auftritt, kann der Angreifer nur lokale Daten kompromittieren.

Kostengünstige Skalierbarkeit

Edge Computing ermöglicht es einem Unternehmen, seine Kapazität durch eine Kombination aus IoT-Geräten und Edge-Servern zu erweitern. Das Hinzufügen weiterer Ressourcen erfordert keine Investition in ein privates Rechenzentrum, das teuer zu bauen, zu warten und zu erweitern ist. Stattdessen kann ein Unternehmen regionale Edge-Server einrichten, um das Netzwerk schnell und kostengünstig zu erweitern.

Die Verwendung von Edge-Computing verringert auch die Wachstumskosten, da jedes neue Gerät keine weiteren Bandbreitenanforderungen an das gesamte Netzwerk stellt.

Einfache Expansion in neue Märkte

Ein Unternehmen kann mit einem lokalen Edge-Rechenzentrum zusammenarbeiten, um schnell zu expandieren und neue Märkte zu testen. Die Erweiterung erfordert keine neue teure Infrastruktur. Stattdessen richtet ein Unternehmen nur Edge-Geräte ein und beginnt, Kunden ohne Latenz zu bedienen. Wenn sich der Markt als unerwünscht herausstellt, ist der Deinstallationsprozess genauso schnell und kostengünstig.

Dieser Vorteil ist entscheidend für Branchen, die eine schnelle Expansion in Regionen mit eingeschränkter Konnektivität benötigen.

Konsistente Benutzererfahrung

Da Edge-Server in der Nähe der Endbenutzer betrieben werden, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich ein Netzwerkproblem an einem entfernten Standort auf die Kunden auswirkt. Selbst wenn das lokale Zentrum ausfällt, können Edge-Geräte aufgrund ihrer Fähigkeit, lebenswichtige Funktionen nativ zu handhaben, weiter betrieben werden. Das System kann Daten auch über andere Pfade umleiten, um sicherzustellen, dass Benutzer weiterhin Zugriff auf Dienste haben.

Nachteile von Edge Computing

Edge-Computing erhöht die Angriffsfläche insgesamt für ein Netzwerk. Edge-Geräte können als Einstiegspunkt für Cyberangriffe dienen, über die ein Angreifer bösartige Software einschleusen und das Netzwerk infizieren kann.

Leider ist die Einrichtung einer angemessenen Sicherheit in einer verteilten Umgebung schwierig. Die meisten Datenverarbeitungen finden außerhalb des zentralen Servers und im direkten Sichtfeld des Sicherheitsteams statt. Die Angriffsfläche wird auch größer, wenn das Unternehmen ein neues Gerät hinzufügt.

Ein weiteres häufiges Problem beim Edge-Computing ist der Preis . Wenn ein Unternehmen nicht mit einem lokalen Edge-Partner zusammenarbeitet, ist der Aufbau der Infrastruktur kostspielig und komplex. Auch die Wartungskosten sind in der Regel hoch, da das Team zahlreiche Geräte an verschiedenen Standorten in gutem Zustand halten muss.

Da sich aktuelle Standards schnell weiterentwickeln, kann ein Unternehmen Schwierigkeiten damit haben, Setups auf dem neuesten Stand zu halten . Regelmäßig kommen neue Geräte und Software auf den Markt, sodass Geräte schnell veraltet sein können.

Edge-Computing-Beispiele und Anwendungsfälle

Nachfolgend sind die vielversprechendsten Anwendungsfälle und Anwendungen von Edge Computing in verschiedenen Branchen aufgeführt.

5G und Edge-Computing

Das Aufkommen von 5G verspricht Datengeschwindigkeiten von über 20 Gbit/s und verzögerungsfreie Verbindungen von über einer Million Geräten pro Quadratmeile. Diese aufkommende Technologie hebt das Edge-Computing auf ein neues Niveau und ermöglicht noch geringere Latenzzeiten, höhere Geschwindigkeiten und verbesserte Effizienz.

Unternehmen können 5G bald nutzen, um Netzwerkkanten zu erweitern. Überlappende Netzwerke ermöglichen es Unternehmen, noch mehr Daten auf Edge-Geräten zu speichern. Anwendungen können sich auch auf die Echtzeitkommunikation mit dem Netzwerk verlassen, eine Funktion, die sich bei der Expansion des IoT als entscheidend erweisen wird.

Videoüberwachung

Die Übertragung von Videodaten an einen zentralen Server ist langsam und teuer. Edge-Computing beschleunigt diesen Prozess, indem es Kameras ermöglicht, erste Videoanalysen durchzuführen und interessante Ereignisse zu erkennen. Das Gerät überträgt dann das gefilterte Filmmaterial zur weiteren Analyse an einen lokalen Edge.

Bricht beispielsweise in einem Gebäude ein Feuer mit Edge-Kameras aus, können die Geräte Menschen innerhalb der Flamme unterscheiden. Sobald die Kamera eine gefährdete Person bemerkt, geht das Filmmaterial ohne Latenz an den lokalen Rand. Der lokale Rand kann sich dann an die Behörden wenden, anstatt das Filmmaterial an das Rechenzentrum zu senden und wertvolle Zeit zu verlieren.

Möglichkeiten im Gesundheitswesen

Die Einrichtung von Edge-Geräten für die Patientenüberwachung kann Krankenhäusern helfen, den Datenschutz zu gewährleisten und die Patientenversorgung zu verbessern. Das Personal kann Patienten schneller und besser versorgen, während das Krankenhaus die Datenmenge reduziert, die über Netzwerke übertragen wird, und eine Überlastung des zentralen Servers vermeidet.

Der Einsatz von Edge-Lösungen kann die Funktionsweise lebenswichtiger Geräte im Gesundheitswesen verbessern, darunter tragbare EKG-Geräte, Sensoren zur Temperaturüberwachung und Glukosemonitore. Eine schnelle Datenverarbeitung kann auch wertvolle Sekunden für die Patientenfernüberwachung sparen.

Vernetzte Autos

Ein mit Edge-Geräten ausgestattetes Auto kann Daten von verschiedenen Sensoren sammeln und in Echtzeit auf Situationen auf der Straße reagieren. Diese Funktion wird bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge von entscheidender Bedeutung sein.

Edge-Computing kann auch automatische Fahrzeugkonvois ermöglichen. Eine Gruppe von Autos oder Lastwagen kann im Konvoi dicht hintereinander fahren, wodurch Kraftstoff gespart und Staus verringert werden. Nur das erste Fahrzeug benötigt einen Fahrer, da die restlichen Autos dem ersten folgen und ohne Latenz kommunizieren können.

Überwachung in der Öl- und Gasindustrie

Edge-Computing kann helfen, Öl- und Gasausfälle zu verhindern. Diese Anlagen werden normalerweise an entfernten Standorten betrieben, sodass ein Edge-Center eine viel bessere Option ist als ein entfernter Server oder eine Cloud. Geräte können Echtzeitanalysen verwenden, um das System zu überwachen und Maschinen herunterzufahren, bevor ein Notfall eintritt.

Online-Spiele

Online-Multiplayer-Spiele können vom Edge-Computing profitieren, da die Technologie Verzögerungen reduziert. Spieler können Massenspiele organisieren, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

Auch Cloud-Gaming kann von Edge Computing profitieren. Diese Art von Online-Gaming streamt einen Live-Feed des Videospiels direkt auf die Geräte der Benutzer. Da Rechenzentren diese Spiele verarbeiten und hosten, treten bei Benutzern häufig Latenzprobleme auf.

Wenn ein Cloud-Gaming-Unternehmen einen Edge-Server in der Nähe des Standorts der Spieler einrichtet, hat der Stream keine Latenz und das Gameplay reagiert vollständig.

Intelligente Fabriken

Echtzeitreaktionen auf Fertigungsprozesse sind entscheidend, um Produktfehler zu reduzieren und die Produktivität innerhalb einer Fabrik zu verbessern. Analytische Algorithmen können überwachen, wie jedes Gerät läuft, und die Betriebsparameter anpassen, um die Effizienz zu verbessern.

Edge-Geräte können auch erkennen und vorhersagen, wann ein Ausfall wahrscheinlich ist, wodurch kostspielige Ausfallzeiten in der Fabrik reduziert werden. Unternehmen können Prozesse wie in der Cloud verwalten, aber die Zuverlässigkeit einer Einrichtung vor Ort beibehalten.

Online-Shopping

Die Reduzierung der Latenz ermöglicht es Einzelhandelsgeschäften, ein reichhaltiges, interaktives Online-Erlebnis für ihre Kunden zu schaffen. Ladenbesitzer können eine Augmented Reality für Online-Shopping mit nahtloser Leistung erstellen und es Käufern ermöglichen, Waren von zu Hause aus zu kaufen.

Auch stationäre Einzelhändler können Edge-Computing nutzen, um Virtual-Reality-Einkaufsassistenten in Geschäften einzurichten.

Eine Technologie auf dem Vormarsch

Experten gehen davon aus, dass bis 2025 75 % der Datenverarbeitung außerhalb des traditionellen Rechenzentrums oder der Cloud stattfinden werden. Beginnen Sie frühzeitig mit Edge-Computing, um neue Geschäftsmöglichkeiten zu erschließen, die betriebliche Effizienz zu steigern und zuverlässige Erfahrungen für Ihre Kunden zu gewährleisten.