Cloud Edge Computing: Melampaui Pusat Data¶

EKSPLORASI PERTIMBANGAN EDGE COMPUTING MENDALAM¶

“Edge” di komputasi tepi (edge computing) mengacu pada pinggiran (outskirt) domain administratif, sedekat mungkin dengan sumber data diskrit atau pengguna akhir. Konsep ini berlaku untuk jaringan telekomunikasi, untuk perusahaan besar dengan titik yang ada terdistribusi seperti ritel, atau aplikasi lainnya, khususnya dalam konteks IoT.

Salah satu karakteristik komputasi tepi (edge computing) adalah aplikasi sangat terkait dengan lokasi tepi. Untuk telekomunikasi, “the edge” akan merujuk ke titik yang dekat dengan pengguna akhir namun dikendalikan oleh penyedia, berpotensi memiliki beberapa elemen beban kerja yang berjalan pada perangkat pengguna akhir. Untuk perusahaan besar, “the edge” adalah titik di mana aplikasi, layanan atau beban kerja digunakan (misalnya toko ritel atau pabrik). Untuk tujuan definisi ini, tepi bukanlah perangkat akhir dengan kapasitas yang sangat terbatas untuk mendukung bahkan arsitektur awan minimal, seperti perangkat IoT atau sensor. Ini adalah pertimbangan penting, karena banyak diskusi tentang komputasi tepi tidak membuat perbedaan itu.

Komputasi tepi (edge computing) mirip dengan komputasi data center dalam hal:

• Ini termasuk komputasi, penyimpanan dan sumber daya jaringan.
• Sumbernya bisa dibagi oleh banyak pengguna dan banyak aplikasi.
• Ini manfaatkan virtualisasi dan abstraksi dari kolam sumber daya (resource pool).
• Ini manfaatkan kemampuan untuk meningkatkan perangkat keras komoditas.
• Menggunakan API untuk mendukung interoperabilitas.

Komputasi tepi (edge computing) berbeda dari komputasi di pusat data yang besar:

• Situs tepi (edge site) sedekat mungkin dengan pengguna akhir. Mereka memperbaiki pengalaman melalui latensi tinggi dan koneksi yang tidak dapat diandalkan.
• Mungkin memerlukan perangkat keras khusus, seperti platform GPU/FPGA untuk fungsi AR/VR.
• Edge bisa berskala ke sejumlah besar situs, didistribusikan di lokasi yang berbeda.
• Lokasi situs tepi (edge site’s location) dan identitas tautan akses yang diakhiri sangat penting. Aplikasi yang perlu dijalankan dekat dengan penggunanya, perlu berada di bagian tepi (edge) yang cocok. Sudah umum untuk lokasi aplikasi menjadi masalah dalam komputasi tepi (edge computing).
• Seluruh kolam situs (pool of site) bisa dianggap dinamis. Karena pemisahan fisik mereka, situs tepi (edge site) akan, dalam beberapa kasus, saling terhubung satu sama lain dan inti dengan koneksi WAN. Situs tepi akan bergabung dan meninggalkan kolam infrastruktur dari waktu ke waktu.
• Situs tepi (edge site) jauh dan berpotensi tak berawak, dan karenanya harus dikelola dari jarak jauh. Alat perlu mendukung akses jaringan intermiten ke situs.
• Edge mendukung perbedaan besar dalam ukuran dan skala situs, mulai dari skala pusat data hingga satu perangkat.
• Situs tepi (edge site)mungkin dibatasi sumber daya; menambahkan kapasitas ke situs yang ada dibatasi karena persyaratan ruang atau daya.
• Multi-tenancy dalam skala besar diperlukan untuk beberapa kasus penggunaan.
• Isolasi komputasi tepi (edge computing) dari awan data center mungkin diperlukan untuk memastikan bahwa kompromi di domain “external cloud” tidak dapat mempengaruhi layanan.

Konsep komputasi tepi (edge computing) harus mencakup situs tepi (edge site) (mis., komputasi, jaringan dan infrastruktur penyimpanan), namun juga aplikasi (workload) yang berjalan di atasnya. Perlu dicatat bahwa setiap aplikasi di lingkungan komputasi tepi berpotensi memanfaatkan semua atau semua kemampuan yang disediakan oleh komputasi awan, penyimpanan blok, penyimpanan objek, jaringan virtual, logam nyata (bare metal), atau kontainer.

Fitur penting yang mendefinisikan dan memisahkan komputasi tepi (edge computing) dari komputasi awan (cloud computing) adalah:

• kemampuan untuk mendukung kumpulan dinamis beberapa situs yang berpotensi didistribusikan secara luas,
• koneksi jaringan yang berpotensi tidak dapat diandalkan, dan
• kemungkinan kendala sumber daya yang sulit diselesaikan di situs-situs di seluruh jaringan.

GUNAKAN KASUS¶

Mungkin ada lusinan cara untuk mengkarakterisasi kasus penggunaan dan makalah ini terlalu pendek untuk memberikan daftar yang lengkap. Tapi berikut adalah beberapa contoh untuk membantu memperjelas pemikiran dan menyoroti kesempatan untuk berkolaborasi.

Empat kategori utama persyaratan beban kerja (workload) yang mendapatkan keuntungan dari arsitektur terdistribusi adalah analisis, kepatuhan, keamanan, dan NFV.

SKENARIO¶

Karakteristik dasar dari paradigma komputasi tepi adalah bahwa infrastruktur berada dekat dengan pengguna akhir, bahwa skala distribusi situs tinggi dan simpul tepi terhubung oleh koneksi jaringan WAN. Memeriksa beberapa skenario dalam kedalaman tambahan membantu kami mengevaluasi kemampuan saat ini yang memetakan ke kasus penggunaan, serta menyoroti kelemahan dan peluang untuk perbaikan.

1. Ritel / keuangan / lokasi terpencil “cloud in a box”: Infrastruktur komputasi tepi yang mendukung rangkaian aplikasi yang disesuaikan dengan perusahaan tertentu atau vertikal industri. Seringkali digunakan oleh perusahaan, infrastruktur komputasi tepi, akhirnya digabungkan menjadi infrastruktur terdistribusi, untuk mengurangi jejak perangkat keras, membuat standar penerapan di banyak tempat, memberikan fleksibilitas yang lebih besar untuk menggantikan aplikasi yang berada di tepi (dan memiliki aplikasi yang sama yang berjalan secara seragam di semua node terlepas dari HW), meningkatkan ketahanan, dan mengatasi kekhawatiran tentang koneksi WAN intermiten. Konten caching atau menyediakan komputasi, penyimpanan, dan jaringan untuk aplikasi mandiri adalah penggunaan yang jelas untuk komputasi tepi dalam pengaturan dengan konektivitas terbatas.

2. Konektivitas mobile: Jaringan mobile / nirkabel cenderung menjadi elemen lingkungan yang umum digunakan untuk komputasi awan, karena jaringan seluler akan tetap dicirikan oleh bandwidth yang terbatas dan tidak dapat diprediksi, setidaknya sampai 5G tersedia secara luas. Aplikasi seperti augmented reality untuk perbaikan jarak jauh dan telemedicine, perangkat IoT untuk menangkap utilitas utilitas (air, gas, listrik, manajemen fasilitas), persediaan, rantai pasokan dan solusi transportasi, kota cerdas, jalan cerdas dan aplikasi keamanan jarak jauh akan bergantung pada jaringan seluler ke tingkat yang lebih besar atau lebih rendah. Mereka semua akan mendapatkan keuntungan dari kemampuan komputasi tepi untuk memindahkan beban kerja lebih dekat ke pengguna akhir.

   

3. Network-as-a-Service (NaaS): Datang dari kebutuhan untuk memberikan pengalaman aplikasi layanan jaringan yang identik di lingkungan yang sangat berbeda, kasus penggunaan NaaS memerlukan jejak kaki kecil (small footprint) dari platform terdistribusi di tepinya, dan . alat manajemen terpusat kuat yang melewati koneksi jaringan WAN yang tidak dapat diandalkan atau terbatas untuk mendukung layanan di tepi. Karakteristik utama dari skenario ini adalah: tapak perangkat keras kecil (small hardware footprint), bergerak (mengubah koneksi jaringan) dan terus-menerus mengubah beban kerja, lokasi hibrida data dan aplikasi. Ini adalah salah satu kasus yang membutuhkan infrastruktur untuk mendukung mikro node - dosis kecil (micro nodes—small doses) yang dihitung dalam paket non-tradisional (tidak semua 19in rack di pusat data yang didinginkan). NaaS akan membutuhkan dukungan untuk ribuan atau puluhan ribu node di tepi dan harus mendukung arsitektur jala dan / atau hirarki serta lokasi permintaan yang mungkin berputar sesuai kebutuhan dan shutdown saat selesai. API dan GUI harus berubah untuk mencerminkan bahwa sejumlah besar node komputasi akan memiliki lokasi yang berbeda daripada hadir di pusat data yang sama.

   

4. Universal Customer Premises Equipment (uCPE): Skenario ini, yang telah digunakan hari ini, menuntut dukungan untuk jejak perangkat keras seukuran alat dan ditandai oleh koneksi jaringan yang terbatas dengan beban kerja yang umumnya stabil yang membutuhkan ketersediaan tinggi. Ini juga memerlukan metode untuk mendukung lokasi hibrida data dan aplikasi di ratusan atau ribuan simpul dan penskalaan penempatan uCPE yang ada akan menjadi persyaratan yang muncul.

   Hal ini terutama berlaku untuk aplikasi NFV di mana berbagai situs mungkin memerlukan serangkaian aplikasi layanan yang dirantai, atau situs dengan serangkaian aplikasi lain yang diperlukan yang masih perlu dilakukan dalam konser. Arsitektur hierarkis atau Mesh perlu didukung dengan kapasitas lokal dan kebutuhan untuk menyimpan dan meneruskan pemrosesan data karena koneksi jaringan terputus-putus. Self-healing dan self-administration dikombinasikan dengan kemampuan untuk mengelola simpul dari jarak jauh adalah keharusan.

5. Satellite enabled communication (SATCOM): Skenario ini ditandai oleh banyak perangkat terminal yang mampu, sering didistribusikan ke kondisi yang paling jauh dan sulit. Pada saat yang sama, masuk akal untuk memanfaatkan platform terdistribusi ini untuk layanan hosting, terutama mengingat latency yang sangat tinggi, bandwidth yang terbatas dan biaya komunikasi over-the-satellite. Contoh spesifik dari kasus penggunaan semacam itu mungkin mencakup kapal-kapal (dari kapal penangkap ikan sampai kapal tanker), pesawat terbang, rig minyak, operasi penambangan atau infrastruktur kelas militer.

   

TANTANGAN¶

Meskipun ada banyak contoh penyebaran tepi yang telah berlangsung di seluruh dunia, adopsi yang luas akan memerlukan cara berpikir baru untuk memecahkan tantangan dan keterbatasan yang muncul dan sudah ada.

Kami telah menetapkan bahwa platform komputasi tepi harus dirancang secara lebih toleran dan lebih kuat daripada awan sentris data center tradisional, baik dari sisi perangkat keras maupun layanan platform yang mendukung siklus hidup aplikasi. Kita tidak dapat mengasumsikan bahwa kasus penggunaan tepi seperti itu akan memiliki fasilitas pemeliharaan dan dukungan yang infrastruktur data center standar tidak. Suplai zero touch, otomasi, dan orkestrasi otonom di semua tumpukan infrastruktur dan platform merupakan persyaratan penting dalam skenario ini.

Tapi ada tantangan lain yang perlu dipertimbangkan.

Untuk satu, sistem pengelolaan sumber daya tepi harus memberikan serangkaian mekanisme tingkat tinggi yang hasil rakitannya dalam sistem yang mampu beroperasi dan menggunakan infrastruktur IaaS yang didistribusikan secara geo dengan mengandalkan interkoneksi WAN. Dengan kata lain, tantangannya adalah merevisi (dan memperluas bila diperlukan) layanan inti IaaS untuk menangani hal-hal yang spesifik di atas - pemutusan jaringan / bandwidth, kapasitas terbatas dalam hal perhitungan dan penyimpanan, penyebaran tanpa awak, dan sebagainya.

Beberapa kebutuhan yang dapat diperkirakan meliputi:

• Manajer virtual-machine/container/bare-metal yang bertugas mengelola siklus hidup machine/container (konfigurasi, penjadwalan, penyebaran, penundaan / resume, dan shutdown).
• Seorang manajer image yang bertanggung jawab atas file template (a.k.a. virtual-machine / container images).
• Seorang manajer jaringan yang bertugas menyediakan konektivitas ke infrastruktur: jaringan virtual dan akses eksternal untuk pengguna.
• Manajer penyimpanan, menyediakan layanan penyimpanan ke aplikasi tepi.
• Alat administrasi, menyediakan antarmuka pengguna untuk mengoperasikan dan menggunakan infrastruktur yang tersebar.

Kebutuhan ini relatif jelas dan kemungkinan bisa dipenuhi dengan memanfaatkan dan menyesuaikan proyek yang ada. Tapi kebutuhan komputasi tepi lainnya lebih menantang. Ini termasuk, namun tidak terbatas pada:

• Mengatasi latensi penyimpanan melalui koneksi WAN.
• Keamanan yang diperkuat di edge—monitoring integritas fisik dan aplikasi masing-masing lokasi, dengan kemampuan untuk secara mandiri mengaktifkan tindakan perbaikan bila diperlukan.
• Pemantauan pemanfaatan sumber daya di semua node secara bersamaan.
• Alat orkestrasi yang mengelola dan mengkoordinasikan banyak situs tepi dan beban kerja, berpotensi menuju ke arah peering control plane atau “self-organizing edge.”
• Orkestrasi federasi platform tepi (atau cloud-of-clouds) harus dieksplorasi dan diperkenalkan pada layanan inti IaaS.
  • Automated edge commission/decommission operations, termasuk penyebaran perangkat lunak awal dan peningkatan komponen sistem manajemen sumber daya.
  • Data otomatis dan relokasi beban kerja - load balancing di perangkat keras yang terdistribusi secara geografis.
• Beberapa bentuk sinkronisasi propagasi negara abstrak harus dibutuhkan di "core" infrastruktur untuk mengatasi hubungan jaringan yang tidak terputus-putus.
• Cara baru untuk mengatasi masalah pembagian jaringan karena keterbatasan konektivitas - mengatasi pemutusan hubungan pendek dan pemutusan yang panjang.
• Alat untuk mengelola siklus hidup aplikasi tepi, termasuk:
  • Definisi kendala penempatan lanjutan untuk mengatasi persyaratan latensi komponen aplikasi.
  • provisioning/scheduling aplikasi untuk memenuhi persyaratan penempatan (penempatan awal).
  • Data dan relokasi beban kerja menurut kejadian internal/external (kasus penggunaan mobilitas, kegagalan, pertimbangan kinerja, dan lain-lain).
• Integrasi kesadaran lokasi: Tidak semua penerapan tepi akan memerlukan aplikasi yang sama pada saat bersamaan. Kesadaran lokasi dan permintaan merupakan kebutuhan yang mungkin.
• Perangkat keras diskrit dengan sumber daya terbatas dan kemampuan terbatas untuk memperluas lokasi terpencil perlu dipertimbangkan saat merancang keseluruhan arsitektur pada tingkat makro dan alat administratif. Konsep untuk dapat mengambil sumber daya jarak jauh berdasarkan permintaan dari situs lain, baik tetangga melalui jaringan mesh atau dari elemen inti dalam jaringan hierarkis, berarti bahwa fluktuasi permintaan lokal dapat dipenuhi tanpa inefisiensi penerapan perangkat keras.