1. Tradycyjny Model: Zrozumienie Scentralizowanej Chmury

Przez ostatnie kilkadziesiąt lat dominującym paradygmatem w informatyce była scentralizowana chmura. Aby zrozumieć rewolucję, jaką jest przetwarzanie na brzegu sieci, musimy najpierw zrozumieć, jak działa ten tradycyjny model i gdzie leżą jego ograniczenia. Chmura napędzała nowoczesny internet, ale jej natura stwarza wyzwania dla aplikacji nowej generacji.

Podróż do Odległego Centrum Danych

Pomyśl o prostej, codziennej czynności: zrobieniu zdjęcia smartfonem i przesłaniu go do aplikacji mediów społecznościowych. Kiedy naciskasz przycisk "opublikuj", dane reprezentujące Twoje zdjęcie wyruszają w długą podróż.

1. Dane podróżują z anteny Twojego telefonu do najbliższej stacji bazowej (gNB w 5G lub eNodeB w 4G).
2. Ze stacji bazowej dane przemierzają sieć dostępową i dosyłową operatora, aby dotrzeć do sieci rdzeniowej.
3. Sieć rdzeniowa kieruje dane na zewnątrz, do publicznego internetu.
4. Następnie dane podróżują przez złożoną sieć routerów internetowych i kabli światłowodowych, potencjalnie pokonując setki, a nawet tysiące kilometrów.
5. Wreszcie docierają do ogromnego, scentralizowanego centrum danych obsługiwanego przez firmę mediów społecznościowych. Tutaj serwer przetwarza Twoje zdjęcie, zapisuje je i udostępnia Twoim znajomym.

Problem Opóźnień (Latency)

Dla wielu zastosowań, takich jak publikowanie zdjęć czy wysyłanie e-maili, ta podróż jest w pełni akceptowalna. Całkowity czas potrzebny na tę podróż w obie strony nazywa się opóźnieniem (latency). Mimo że sygnały podróżują z prędkością bliską prędkości światła, ogromna odległość fizyczna w połączeniu z opóźnieniami przetwarzania na każdym routerze i serwerze po drodze wprowadza zauważalne opóźnienie. Może ono wynosić od 30 milisekund do ponad 100 milisekund. Do przeglądania stron internetowych jest to zazwyczaj w porządku.

Jednak dla futurystycznych aplikacji obiecanych przez 5G taki poziom opóźnień jest krytyczną porażką. Weźmy pod uwagę autonomiczny samochód, który musi podjąć decyzję o hamowaniu w ułamku sekundy, aby uniknąć kolizji. Nie może sobie pozwolić na czekanie 100 milisekund na decyzję z serwera znajdującego się na drugim końcu kraju. Albo rozważmy aplikację rozszerzonej rzeczywistości, w której wirtualne obiekty muszą reagować natychmiast na ruchy głowy; każde zauważalne opóźnienie spowodowałoby chorobę lokomocyjną. Model scentralizowanej chmury, pomimo swojej mocy, jest po prostu zbyt daleko dla tych działających w czasie rzeczywistym, o krytycznym znaczeniu usług.

2. Rewolucja Przetwarzania na Brzegu Sieci: Nowe Zdecentralizowane Podejście

Przetwarzanie na brzegu sieci (Edge Computing) odwraca tradycyjny model chmury do góry nogami. Zamiast wysyłać wszystkie dane do odległej, scentralizowanej chmury w celu przetworzenia, przetwarzanie na brzegu sieci przybliża moc obliczeniową i pamięć masową do miejsca, gdzie dane są faktycznie generowane i konsumowane.

Czym jest "Brzeg Sieci"?

Przetwarzanie na brzegu sieci (Edge Computing) to nie jest pojedyncza technologia, lecz paradygmat. "Brzeg" sieci to pojęcie względne. Oznacza po prostu lokalizację, która jest fizycznie znacznie bliżej użytkownika końcowego lub urządzenia niż scentralizowane centrum danych w chmurze. Brzegiem może być:

• Brzeg na Terenie Klienta (On-Premises Edge): Mały serwer lub zestaw serwerów zlokalizowany bezpośrednio na miejscu, na przykład w fabryce, szpitalu lub sklepie detalicznym.
• Brzeg Sieci (Network Edge lub Operator Edge): Zasoby obliczeniowe i pamięci masowej zlokalizowane w infrastrukturze operatora telekomunikacyjnego, na przykład przy stacji bazowej lub w lokalnej centrali, która agreguje ruch dla danej okolicy. Często nazywane jest to Multi-access Edge Computing (MEC).
• Brzeg Urządzenia (Device Edge): Nawet samo urządzenie końcowe, takie jak potężny smartfon czy autonomiczny pojazd z wbudowanym procesorem, można uznać za ostateczną lokalizację brzegową.

Główną ideą jest przetwarzanie danych tak lokalnie, jak to możliwe. Dane wymagające natychmiastowej reakcji są obsługiwane przez serwer brzegowy, podczas gdy mniej wrażliwe na czas dane lub dane potrzebne do analiz na dużą skalę wciąż mogą być wysyłane do scentralizowanej chmury. Tworzy to potężny model hybrydowy, który łączy to, co najlepsze z obu światów.

3. Synergia 5G i Edge: Idealne Dopasowanie

Przetwarzanie na brzegu sieci nie jest nową koncepcją, ale to potężne możliwości sieci 5G mają sprawić, że stanie się ono powszechne i rewolucyjne. 5G i przetwarzanie na brzegu to technologie symbiotyczne; jedna umożliwia pełne wykorzystanie potencjału drugiej.

Jak 5G Umożliwia Przetwarzanie na Brzegu

Architektura 5G została zaprojektowana z myślą o przetwarzaniu na brzegu sieci.

• Separacja Płaszczyzny Sterowania i Użytkownika (CUPS): Jak omówiono w architekturze Rdzenia 5G, CUPS oddziela "mózg" sterujący sieci (Płaszczyzna Sterowania) od jej "mięśni" do przesyłania danych (Płaszczyzna Użytkownika). Pozwala to na fizyczne rozproszenie Funkcji Płaszczyzny Użytkownika (UPF) i wdrożenie jej na skraju sieci, na przykład przy stacji bazowej. Ta rozproszona UPF może działać jako lokalny punkt wyjścia dla ruchu, kierując dane wymagające lokalnego przetwarzania bezpośrednio do serwera brzegowego, bez wysyłania ich do centralnej sieci rdzeniowej.
• Wysoka Przepustowość i 5G NR: 5G zapewnia szerokopasmowe połączenie radiowe potrzebne do szybkiego przesyłania ogromnych ilości danych z urządzeń (takich jak okulary AR czy czujniki pojazdów) do pobliskiego serwera brzegowego.

Jak Przetwarzanie na Brzegu Umożliwia 5G

Jednocześnie ambitne obietnice 5G byłyby niemożliwe do spełnienia bez przetwarzania na brzegu sieci.

• Realizacja Obietnicy Ultra Niskich Opóźnień: Najbardziej rewolucyjną obietnicą 5G jest Komunikacja o Ultrawysokiej Niezawodności i Niskich Opóźnieniach (URLLC), z celem opóźnienia na poziomie 1 milisekundy. Ważne jest, aby zrozumieć, że jest to opóźnienie w interfejsie radiowym (od urządzenia do gNB). Całkowity czas podróży w obie strony, którego doświadcza aplikacja, wciąż zależy od czasu dotarcia do serwera i z powrotem. Prędkość światła jest twardym ograniczeniem fizycznym. Nawet przez idealny kabel światłowodowy sygnał potrzebuje ponad 50 milisekund na pokonanie trasy 5000 km w obie strony. Umieszczając serwer aplikacji na brzegu sieci, zaledwie kilka kilometrów od użytkownika, przetwarzanie brzegowe jest jedynym sposobem na zredukowanie tego opóźnienia transportu sieciowego i urzeczywistnienie opóźnień od końca do końca poniżej 10 ms.
• Zmniejszenie Obciążenia Sieci Dosyłowej: Prędkości rzędu gigabitów w 5G oznaczają, że jedna stacja bazowa może generować ogromną ilość ruchu danych. Przesyłanie wszystkich tych danych z każdej komórki z powrotem do centralnej sieci rdzeniowej wymagałoby niewiarygodnie drogiej i wydajnej sieci dosyłowej (backhaul). Przetwarzając dane lokalnie na brzegu, tylko niezbędne wyniki lub podsumowania muszą być wysyłane z powrotem do centralnej chmury, co znacznie zmniejsza obciążenie sieci dosyłowej.

4. Wpływ na Prawdziwy Świat: Zastosowania Napędzane przez 5G i Edge

Połączenie szybkiego, responsywnego łącza radiowego 5G z lokalną mocą obliczeniową przetwarzania na brzegu sieci umożliwi nową generację aplikacji, które wcześniej były niemożliwe.

5. Zależność Symbiotyczna: Edge Potrzebuje 5G, a 5G Potrzebuje Edge

Podsumowując, 5G i przetwarzanie na brzegu sieci to technologie nierozerwalnie ze sobą związane.

• 5G zapewnia szerokopasmowe, niskolatencyjne "ostatnie metry" połączenia radiowego do węzła brzegowego.
• Przetwarzanie na brzegu zapewnia lokalną moc obliczeniową potrzebną do spełnienia obietnicy 5G dotyczącej niskich opóźnień i wysokiej niezawodności.

Jedna bez drugiej jest niekompletna w realizacji pełnej wizji 5G. Są to dwie strony tej samej monety, napędzające nową falę innowacji, która połączy świat fizyczny i cyfrowy w sposoby, które dopiero zaczynamy sobie wyobrażać.