مراکز داده لبه بر فناوری‌های نوین چه تاثیری خواهند گذاشت؟

در دهه آینده شاهد رشد گسترده تجهیزات سیار آی‌پی‌محور و دستگاه‌های ماشین-به-ماشین (M2M) خواهیم بود که ترافیک قابل توجهی را به خود اختصاص داده و به آدرس‌های آی‌پی نیاز خواهند داشت. در آینده تجهیزاتی که کاربران از آن‌ها استفاده می‌کنند برای پاسخ‌گویی به درخواست‌ها به شبکه‌های وای‌فای یا سلولی سریعی نیاز دارند تا به مطلوب‌ترین شکل خدمت‌رسانی کنند. همچنین برخی از دستگاه‌های M2M همچون وسایل نقلیه خودمختار برای تضمین ایمنی خود به ارتباطات بلادرنگ به همراه منابع پردازش محلی نیاز خواهند داشت.
شبکه‌های آی‌پی امروزی این ظرفیت را ندارند تا بدون مشکل و تاخیر زیاد حجم زیادی از اطلاعات تولید شده توسط دستگاه‌های متصل به شبکه را پردازش کنند. در یک معماری آی‌پی سنتی داده‌ها اغلب باید صدها کیلومتر را از طریق شبکه بین کاربران یا دستگاه‌های نهایی و منابع ابری طی کند که نتیجه آن زمان تاخیر بالا یا تحویل آهسته داده‌هایی است که حساس به زمان هستند.
راه‌حل کاهش زمان تاخیر در محاسبات لبه نهفته است. برای آن‌که بتوانیم به شکل موثرتری به درخواست‌ها پاسخ دهیم، مجبور هستیم تا خدمات مبتنی بر ابر را در مراکز داده لبه، بومی کرده و منابع پردازشی را به کاربران و دستگاه‌های نهایی نزدیک‌تر کنیم. رویکرد فوق به ما کمک می‌کند تا اپلیکیشن‌ها و داده‌ها را با سرعت و کارآمدی بیشتری ارسال و دریافت کنیم. مراکز داده لبه معمولا در لبه یک شبکه قرار دارند و ارتباطات آن‌ها به یک هسته ابری متمرکز متصل است (شکل 1). 

بسیاری از فناوری‌های جديد از جمله شبکه‌های نسل پنجم (5G)، دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) و اینترنت اشیا صنعتی (IIoT)، 
خودروهای خودران، واقعیت مجازی و افزوده، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، تجزیه و تحلیل داده‌ها و استریم و نظارت ویدیویی می‌توانند از مزایای مراکز داده لبه به بهترین شکل بهره‌مند شوند. ارائه‌دهندگان فناوری‌های ‌پیشرفته که روی استقرار مراکز داده لبه سرمایه‌گذاری می‌کنند، به یک مزیت رقابتی دست پیدا می‌کنند و قادر به ارائه سریع‌تر و مطمئن‌تر خدمات و اپلیکیشن‌های خود هستند. برای پشتیبانی از اینترنت اشیا و اینترنت اشیا صنعتی و سایر فناوری‌های نسل آینده، ما باید ظرفیت شبکه و داده‌های درون آن را گسترش دهیم، زمان تاخیر را کم کنیم و به پردازش سریع‌تر داده‌ها و اپلیکیشن‌ها دست پيدا کنیم.
با این اوصاف، چه راهکاری برای این موضوع وجود دارد؟ به جای آوردن کاربران و دستگاه‌ها به مرکز داده، ما قدرت مرکز داده را به سمت کاربران و دستگاه‌ها می‌آوریم. محاسبات لبه به یک معماری مرکز داده توزیع شده متکی است که در آن سرورهای ابری فناوری اطلاعات واقع در مراکز داده لبه روی لبه‌های بیرونی یک شبکه مستقر می‌شوند. با نزدیک‌تر کردن منابع فناوری اطلاعات به کاربران یا دستگاه‌های نهایی که خدمات‌رسانی می‌کنند، می‌توانیم پردازش اپلیکیشن‌ها و داده‌ها را با سرعت بیشتر و زمان تاخیر کمتری انجام دهيم.

معضلی به نام زمان تاخیر 

تاخیر در اثر عوامل مختلفی ایجاد می‌شود که از آن جمله می‌توان به فاصله فیزیکی که داده‌ها باید بین سرورهای متمرکز ابری و دستگاه‌ها و کاربران نهایی جابجا شوند، تعداد هاپ‌های (Hops) شبکه بین سوئیچ‌هایی که ارسال کننده باید ایجاد کند و میزان ترافیک موجود در شبکه اشاره کرد. برای مصرف‌کننده، تاخیر قابل قبول نیست، زیرا سرعت دانلود را کاهش می‌دهد، استریم فیلم‌ها را با لگ‌های زیاد همراه می‌کند و امکان انجام بازی‌های ویدیویی آنلاین را به سختی امکان‌پذیر می‌کند. گاهی اوقات، تاخیر باعث بروز خطا در پردازش یک اپلیکیشن شده و اپلیکیشن باید کار خود را از نو شروع کند (شکل 2).

برای دستگاه‌های IoT و M2M، زمان تاخیر شبکه می‌تواند یک مانع اساسی به ویژه برای دستگاه‌هایی که به زمان پاسخ‌گویی تضمين شده و پردازش لحظه‌ای داده متکی هستند محسوب شود.
یک مثال شاخص در این زمینه وسایل نقلیه خودمختاری هستند که به تعاملات بین دستگاه‌های داخلی و خارجی برای اطمینان از امنیت مسافران وسیله نقلیه، سایر رانندگان و عابران پیاده متکی هستند. عل‌رغم اینکه وسایل نقلیه خودمختار به سیستم ایمنی داخلی قدرتمند حاصل از طریق ترکیبی از کامپیوترها و سنسورهای پردازشی نیاز دارند، آن‌ها نمی‌توانند کاملا به عنوان سیستم‌های مستقل و خودکار عمل کنند. آن‌ها همیشه باید برای دریافت اطلاعات در مورد شرایط فعلی ترافیک و تهدیدات ایمنی احتمالی با سیگنال‌های راهنمایی و رانندگی هوشمند و سنسورهای ویژه این کار ارتباط برقرار کنند. 
به عنوان مثال، اگر یک وسیله نقلیه خودرانی به یک تقاطع کور نزدیک شود، سنسورهای وسیله نقلیه نمی‌توانند تمام گوشه و کنار ساختمان‌های اطراف را ببینند. در عوض، یک چراغ راهنمایی هوشمند نصب شده در بالای تقاطع به وسیله نقلیه علامت می‌دهد که آیا این مسیر بی‌خطر است یا خیر. در چنین سناریویی غیر ممکن است که این چراغ راهنمایی هوشمند بتواند از طریق یک شبکه با مسافت طولانی متصل به هسته ابری متمرکز سیگنال خود را به موقع به وسیله نقلیه ارسال کند، زیرا زمان تاخیر در چنین شرایطی بالاتر از حد نیاز است.
در این مثال، یک مرکز داده لبه در محل تقاطع کور نصب می‌شود تا عملیات چراغ راهنمایی هوشمند را پردازش کند. این مرکز داده می‌تواند یک محوطه کوچک در کنار خیابان یا یک صندوق کوچک چسبیده به پایه چراغ راهنمایی به همراه یک ریزپردازنده باشد که به سرعت می‌توان آن را مستقر کرد. اگر سنسورها تشخیص دهند که یک اتومبیل دیگر به سرعت به چراغ قرمز تقاطع نزدیک می‌شود، سرورهای موجود در مركز داده لبه فورا یک اپلیکیشن هشدار را پردازش کرده و چراغ راهنمایی هوشمند را راهنمايی می‌کنند تا به وسیله نقلیه خودران اعلام کند تا ترمزهای خود را فعال کند. با کم کردن فاصله‌ای که داده‌ها باید طی کنند، شما تاخیر را از بین می‌برید و به اپلیکیشن اجازه می‌دهید در لحظه کار کرده و از تصادف جلوگیری کند.

مرکز داده لبه چیست؟ 

مرکز داده لبه نوعی مرکز داده با عملکرد مستقل است که استقرار فناوری اطلاعات را به شکلی محلی‌سازی شده برای خدمات ابری از جمله محاسبات، ذخیره‌سازی و تحلیل منابع داده‌های دریافت شده فراهم می‌کند. لازم به ذکر است که یک مرکز داده لبه تنها به عنوان یک روتر وای‌فای یا نقطه دسترسی در یک شبکه شناخته نمی‌شود، بلکه می‌تواند نقش یک مرکز داده واقعی را ایفا کند. یک مرکز داده لبه از همان منبع تغذیه، سیستم خنک کننده، اتصالات و قابلیت‌های امنیتی استفاده می‌کند که در یک مرکز داده متمرکز مشاهده می‌کنید، اما در مقیاسی کوچکتر. همچنین پیاده‌سازی‌های فناوری اطلاعات در یک مرکز داده لبه وظیفه پردازش اپلیکیشن‌ها، تحلیل و ذخیره داده‌ها در مجاورت کاربران نهایی و دستگاه‌هایی که از این اپلیکیشن‌ها و داده‌ها استفاده می‌کنند را برعهده دارد (شکل 3).

یک مرکز داده لبه در لبه‌های بیرونی یک شبکه آی‌پی مستقر می‌شود و به یک هسته ابر متمرکز در یک مرکز داده متصل می‌شود که معمولا در فاصله کمی‌ دورتر قرار دارد. همچنین اغلب گروهی از مراکز داده لبه به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک مرکز لبه مجتمع را تشکیل دهند که وظایف محاسبات و ذخیره‌سازی گسترده‌تری را نزدیک به کاربر نهایی ایجاد کنند.

زیرساخت‌های ضروری 

مراکز داده لبه به اشکال مختلفی از جمله ماژولار، کانتینر شده، میکرو، انبار و مبتنی بر دفاتر پیاده‌سازی می‌شوند، اما تمام آن‌ها به همان عناصر یکسانی که در مراکز داده متمرکز بزرگتر مشاهده می‌کنید نیاز دارند. از جمله این عناصر ضروری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

•  اتصالات فیبرنوری: تمام مراکز داده لبه به راهکارهای اتصال فیبرنوری پرظرفیت برای نقل و انتقال پر سرعت با زمان تاخیر کم احتیاج دارند. یک اتصال فیبرنوری با سرعت انتقال بیشتر از 400 گیگابیت در ثانیه بهترین گزینه برای اتصال مراکز داده لبه به تاسیسات ابری، مراکز داده بزرگ و مراکز اداری است. 
•  کابل‌کشی مسی پرسرعت: مراکز داده لبه برای اتصالات مستقیم از کابل‌های مسی پرسرعت مثل Cat6a با پشتیبانی 10 گیگابیت در ثانیه و cat8 با پشتیبانی 25 و40 گیگابیت در ثانیه استفاده می‌کنند تا اتصالات بین سوئیج‌ها و سرورها را فراهم کنند.
• راهکارهای مدیریت کابل: این راهکارها برای محافظت، مسیریابی و مدیریت کابل‌های درون هر نوع مرکز داده لبه حیاتی هستند. گزینه‌های مدیریت کابل ممکن است شامل سیستم‌های سینی کابل برای مسیرهای کابل‌های اضافی و زیر زمینی و همچنین مدیریت کابل‌های افقی و عمودی برای محافظت از کابل‌های مهم مسی و فیبر باشد.
•  ابزارهای مدیریت خودکار زیرساخت (AIM): اغلب مراکز داده لبه به صورت سایت‌های بدون نظارت انسانی یا با دسترسی محدود به کار گرفته می‌شوند. فراهم‌کنندگان خدمات به ابزارهای مدیریت زیرساخت نیاز دارند که این امکان را برای آن‌ها فراهم می‌کند تا مراکز داده لبه در مکان‌های راه دور را مدیریت کنند. این موضوع ممکن است شامل کنترل و نظارت از راه دور روی اتصالات مسی و فیبرنوری و همچنین قفل‌های امنیتی به همراه سیستم هشدار لحظه‌ای برای رخدادهای امنیتی مثل اتصال یا قطع اتصال کابل‌ها یا باز شدن در کابینت‌ها برای جلوگیری از خرابکاری یا دسترسی غیرمجاز باشد. 
•  PDU‌های هوشمند: تمام مراکز داده لبه به واحدهای توزیع برق (PDU) برای رساندن انرژی به تجهيزات فعال نیاز دارند.
  PDU‌های هوشمند با استفاده از تجهيزات نظارتی و ‌سوئیج‌های کنترلی و همین‌طور سنسورهای دما و رطوبت امکان نظارت و کنترل از راه دور روی سیستم تامین انرژی تاسیسات لبه را از طریق یک مکان ابری متمرکز فراهم می‌کند.
•  رک‌ها و کابینت‌ها: مراکز داده لبه بر اساس اندازه‌ای که دارند به حداکثر 50 رک یا کابینت نیاز دارند. در چنین شرایطی بهترین راهکار استفاده از کابینت‌هایی از پیش تنظیم شده است که می‌توان آن‌ها را به راحتی داخل یک مرکز داده لبه جاگذاری کرده و به سایر تجهيزات فعال فناوری اطلاعات نصب کرد.

محاسبات لبه با وجودی که به سرعت در حال گسترش است، اما هنوز مراحل ابتدایی خود را پشت سر می‌گذارد. عناصر زیرساخت یک مرکز داده لبه از قبیل منابع تامین انرژی، سیستم خنک‌کننده و اتصالات به خوبی توسعه پیدا کرده‌اند، اما هنوز تا پیاده‌سازی گسترده معماری‌های مرکز داده توزیعی برای تامین منابع ابری محلی‌سازی شده برای کاربران و دستگاه‌های نهایی راه طولانی در پیش است. هر چه فناوری‌های جديد مانند شبکه‌های 5G، شهرهای هوشمند و وسایل نقلیه خودران بیشتر توسعه پیدا می‌کنند، نیاز به یکپارچه‌سازی آن‌ها و تحلیل بدون وقفه داده‌های تولید شده آن‌ها از طریق منابع محاسبات لبه نیز بیشتر خواهد شد.