حوسبة الحافة Edge Computing Technology

 

بدأتْ في الآونةِ الأخيرةِ تنهالُ علينا قائمةٌ من المصطلحاتِ والتقنياتِ التي لم نكنْ معتادينَ عليها. فمع التسارع الكبير لتكنولوجيا أنصاف النواقل واتصالات الجيل الخامس كان لا بدَّ من ظهورِ تقنياتٍ وتجهيزاتٍ وبروتوكولاتٍ لم تكن موجودة مسبقاً.

ظهر حديثاً منذ عام 2018  مصطلح  Edge Computing (الذي لم يظهر له تعريب مناسب بعد) وسبقه وتلاه مجموعة من التقنيات مثل انترنت الأشياء IOT، والحوسبة السحابية Cloud Computing، الحوسبة الموزعة Distributed Computing، الحوسبة الضبابية Fog Computing..... وغيرها من المصطلحات التي شغلت تفكير الكثير. سنعمل سوية وبشكل سريع ضمن هذا المقال على إزالة الغموض عن هذا المصطلح وتوضيح بعض من سلبياته وإيجابياته.

 

ماذا يعني مصطلح Edge أو الترجمة الحرفية "الحافة"؟

التعريف البسيط للحافة هو المكان الطرفي الذي تحدث فيه معالجة الإجراءات أو الأحداث أو الحسابات، عندئذٍ تكون حوسبة الحافة Edge Computing هي عملية معالجة البيانات عند أقرب مكان ممكن من مصدر الإشارات (حساسات-مشغلات) وهذا يتطلب وجود بنية تحتية تقوم بهذه المهمة. باستخدام طرق التحكم التقليدية فإن عمليات معالجة إشارة الحساسات تتم ضمن المعالج المركزي PLC المحلي الموجود ضمن المنشأة نفسها الذي بدوره يقوم بإرسال إشارات التحكم الى المشغلات الموجودة أيضا ضمن نفس المنشأة لتنفيذ العملية المطلوبة. كانت الحاجة الى الأتمتة الصناعية الموثوقة الدافع الرئيسي لاعتماد هذه التكنولوجيا المتطورة خصوصاً مع زيادة كفاءة علم الالكترونيات وأنصاف النواقل من حيث التكلفة والسرعة. فمع انطلاقة الجيل الرابع من تكنولوجيا الأتمتة الصناعية  Industry 4.0 وانتشار انترنت الأشياء IOT أصبح تحصيل البيانات يتم من أماكن مختلفة جغرافياً (آلات مختلفة مثلاً) وليس من جهاز واحد كما سبق. يبين الشكل التالي العلاقة بين تجهيزات الحافة edge devices والبوابات gateways والشبكات السحابية cloud networks.

 

دفع تسارع التكنولوجيا الكبير المهندسين الوقوف أمام العديد من الخيارات فقد أصبح وجود العديد من الخيارات تحديًا ليس فقط تحدي إيجاد حل ولكن علاوة على ذلك العثور على الحل الأفضل. فمع زيادة أعداد الأجهزة المتصلة مع شبكة الحافة ظهرت الحاجة إلى زيادة في النطاق الترددي للشبكات الموصلة للبيانات مع الحفاظ على عامل الأمان لهذه البيانات. يمكن لحوسبة الحافة معالجة البيانات محليًا وإرسال الضروري منها فقط عبر الشبكة الى السحابة Cloud، مما يساعد على تقليل النطاق الترددي وتكاليف الخدمة السحابية وزمن الاستجابة.  يبقى هنالك التباس حول تكنولوجيا حوسبة الحافة كيف ومتى يتم استخدامها بأكبر فاعلية.

 

	المميزات	الصعوبات
حوسبة الحافة	تقليل زمن الوصول. تقليل تجهيزات البنية التحتية المطلوبة. زيادة الموثوقية.	زيادة أماكن تخزين البيانات. زيادة كلفة الصيانة المطلوبة. وجود بيانات غير كاملة عند كل عقدة.
الحوسبة السحابية	قابلة للتوسع بسهولة. أقل كلفة وحاجة للصيانة. جميع البيانات متاحة بشكل مباشر.	المسافة البعيدة بين مصدر البيانات ومكان التخزين والمعالجة. عدم التبعية فيما يتعلق بشبكات الاتصال

 

هناك محركان رئيسيان في عملية تطور استخدام حوسبة الحافة هما:

سرعة المعالجة العالية: يمكن لبعض عمليات المعالجة أن تولد كميات كبيرة من البيانات والتي تتطلب سرعة عالية في إنجازها مما يخلق مشاكل في زمن الاستجابة في حال عدم توفر ذلك ضمن شبكات السحابة. تقلل الحوسبة القريبة من الحافة أو المباشرة ضمن الجهاز مقارنة بالسحابة من زمن الاستجابة علاوة على ذلك قد تعمل التجهيزات الحقلية بجميع بياناتها بشكل مستقل مما يؤدي إلى تحسين الأمان من خلال عدم الحاجة الى الوصول إلى شبكة أكبر أبعد من الحافة. وفي نفس الوقت هناك قيمة مضافة في مشاركة المعلومات فقد ترغب بعض تجهيزات الحافة أو جميعها بميزة القدرة على الاتصال بالشبكة الكبيرة. تزيد تجهيزات الحافة المتصلة بالشبكة من إمكانية الوصول الى الشبكة الكبيرة لكن على حساب الأمان وغالبًا ما يجب تشفير البيانات في العديد من تجهيزات الحافة الصناعية الحديثة.  بالإضافة إلى ذلك يمكن تقسيم الشبكات للمساعدة في تحسين الأمان من خلال تقييد ما يمكن الوصول إليه على الشبكات المختلفة. عند إنشاء شبكة بتجهيزات حافة أو غير ذلك ضع في اعتبارك الأمان وإمكانية تحديد الوصول.

المحرك الثاني الكبير لحوسبة الحافة هو معالجة كميات كبيرة من البيانات: يمكن للتطبيقات التي تعالج كميات كبيرة من البيانات أن تقلل من تكاليف الشبكات والخدمات السحابية باستخدام تجهيزات حوسبة الحافة عوضاً عن إرسال كميات كبيرة من البيانات الى شبكة السحابة التي تتطلب سرعة أعلى نطاق ترددي أكبر. ومع ذلك من الضروري معرفة البيانات المهمة وأين يجب أن تذهب. على سبيل المثال غالبًا ما لا يكون إرسال البيانات الأولية إلى السحابة ضروريًا، بدلاً من ذلك يفضل معالجة البيانات الأولية محليًا على الحافة ثم ارسال المعلومات المهمة الى السحابة فلا داعي لإرسال قيمة درجة حرارة خزان ما ضمن العملية التكنولوجية كل دورة مسح الى السحابة.

ان من الفوائد الهامة لحوسبة الحافة هو استخدام تقنيات الذكاء الصنعي AI وتوظيفها في اتخاذ القرارات الصحيحة في الوقت المناسب مثل الصيانة التنبئية التي تعمل على تقليل أوقات التوقف وتخفيض الهدر العام الناجم عن الأعطال المفاجئة للعملية الإنتاجية.