Esineiden internet (IoT) on läsnä kaik­kial­la ym­pä­ril­läm­me: laitteet tuottavat jat­ku­vas­ti dataa, joka on tal­len­net­ta­va ja kriit­tis­ten so­vel­lus­ten osalta ana­ly­soi­ta­va re­aa­lia­jas­sa. Reu­napro­ses­soin­ti analysoi tämän datan suoraan lähteellä, mikä merkitsee pa­ra­dig­man muutosta pil­vi­pal­ve­lui­den ai­ka­kau­del­la.

Mitä on reu­na­las­ken­ta? Mää­ri­tel­mä

Reu­na­poh­jai­nen laskenta on IoT-ym­pä­ris­töi­hin tar­koi­tet­tu suun­nit­te­lu­ta­pa, jossa tal­len­nus­ka­pa­si­tee­tin ja las­ken­ta­te­hon kaltaiset IT-resurssit si­joi­te­taan mah­dol­li­sim­man lähelle dataa tuottavia laitteita ja antureita. Reu­na­poh­jai­nen laskenta on vaih­toeh­to pe­rin­tei­sil­le pil­vi­rat­kai­suil­le, joissa käytetään kes­ki­tet­ty­jä pal­ve­li­mia.

Termi ”edge” viittaa siihen, että tässä lä­hes­ty­mis­ta­vas­sa tie­to­jen­kä­sit­te­lyä ei suoriteta kes­ki­te­tys­ti pil­vi­pal­ve­lus­sa, vaan ha­jau­te­tus­ti verkon reunalla. Edge-laskennan tar­koi­tuk­se­na on tarjota se, mitä pil­vi­pal­ve­lu ei ole tois­tai­sek­si pystynyt tar­joa­maan: pal­ve­li­mia, jotka pystyvät kä­sit­te­le­mään äly­teh­tai­den, toi­mi­tus­ver­kos­to­jen tai lii­ken­ne­jär­jes­tel­mien tuottamaa valtavaa tie­to­mää­rää viiveettä, jolloin ne voivat ryhtyä vä­lit­tö­mäs­ti toi­men­pi­tei­siin, jos on­gel­ma­ti­lan­ne ilmenee.

Edge-laskennan perusteet yhdellä sil­mäyk­sel­lä

Reu­napro­ses­soin­ti hyödyntää va­kiin­tu­nei­ta tek­nii­koi­ta kom­pak­tis­sa muodossa uudella nimellä. Tässä on yh­teen­ve­to reu­napro­ses­soin­nin tär­keim­mis­tä termeistä:

  • Reuna: IT-kielessä ”reuna” tar­koit­taa verkon reunaa. Se, mitkä kom­po­nen­tit luo­ki­tel­laan verkon reunaksi, riippuu kuitenkin ti­lan­tees­ta. Esi­mer­kik­si tie­to­lii­ken­tees­sä mat­ka­pu­he­lin voi olla verkon reuna; verkkoon lii­tet­ty­jen, it­se­näi­ses­ti ajavien autojen jär­jes­tel­mäs­sä taas yk­sit­täi­nen ajoneuvo.
  • Reu­na­lait­teet: Jokainen verkon reunalla oleva dataa tuottava laite toimii reu­na­lait­tee­na. Mah­dol­li­sia da­ta­läh­tei­tä ovat anturit, koneet, ajoneuvot tai äly­lait­teet IoT-ym­pä­ris­tös­sä. Näitä voivat olla esi­mer­kik­si pe­su­ko­neet, pa­lo­hä­lyt­ti­met, lamput tai pat­te­ri­ter­mos­taa­tit.
  • Reu­nayh­dys­käy­tä­vä: Reu­nayh­dys­käy­tä­vä on tietokone, joka sijaitsee kahden verkon välisessä siir­ty­mä­koh­das­sa. IoT-ym­pä­ris­töis­sä reu­nayh­dys­käy­tä­viä käytetään solmuina esineiden in­ter­ne­tin ja ydin­ver­kon välillä.

Reu­napro­ses­soin­ti vs. su­mupro­ses­soin­ti

Pai­kal­lis­ten pro­ses­soin­tiyk­si­köi­den li­sää­mi­nen pil­vi­pal­ve­luun ei ole uusi lä­hes­ty­mis­ta­pa. Jo vuonna 2014 yh­dys­val­ta­lai­nen tek­no­lo­gia­kon­ser­ni Cisco otti käyttöön mark­ki­noin­ti­ter­min”fog computing”. IoT-ym­pä­ris­töis­sä syntyviä tietoja ei enää lähetetä suoraan pil­vi­pal­ve­luun, vaan ne kootaan ensin pieniin da­ta­kes­kuk­siin, joissa ne ana­ly­soi­daan ja va­li­koi­daan jat­ko­kä­sit­te­lyä varten.

Nykyään reu­na­las­ken­ta nähdään osana su­mu­las­ken­taa, jossa IT-resurssit, kuten las­ken­ta­te­ho ja tal­len­nus­ka­pa­si­teet­ti, siirtyvät entistä lä­hem­mäk­si verkoston reunalla si­jait­se­via IoT-pää­te­lait­tei­ta. Molempien kä­sit­tei­den yh­dis­tä­mi­nen on myös mah­dol­lis­ta. Seuraava kaavio esittää ark­ki­teh­tuu­rin, jossa on pilvi-, sumu- ja reu­na­ker­rok­set.

Kuva: Schematic representation of a cloud architecture with cloud, fog and edge layers
Schematic repre­sen­ta­tion of a cloud arc­hi­tec­tu­re with cloud, fog and edge layers.
Vinkki

Fog- ja reuna-las­ken­taym­pä­ris­tö­jen vii­teark­ki­teh­tuu­re­ja ke­hi­te­tään osana Open Fog Con­sor­tiu­mia, joka on teol­li­suu­den ja tie­de­maa­il­man muo­dos­ta­ma avoin yh­teen­liit­ty­mä.

Miksi valita reu­na­las­ken­ta?

Tällä hetkellä kes­ki­te­tyt da­ta­kes­kuk­set kä­sit­te­le­vät suurimman osan in­ter­ne­tin tuot­ta­mas­ta tie­to­lii­ken­tees­tä. Nykyään tie­to­läh­teet ovat kuitenkin usein liikkuvia ja si­jait­se­vat liian kaukana kes­ki­te­tys­tä pää­tie­to­ko­nees­ta, jotta hy­väk­syt­tä­vä vasteaika (viive) voi­tai­siin taata. Tämä on erityisen on­gel­mal­lis­ta ai­kak­riit­ti­sis­sä so­vel­luk­sis­sa, kuten ko­neop­pi­mi­ses­sa ja en­na­koi­vas­sa kun­nos­sa­pi­dos­sa.

Huomio

Ennakoiva kun­nos­sa­pi­to on mul­lis­ta­mas­sa tu­le­vai­suu­den tehtaiden kun­nos­sa­pi­toa ja hallintaa. Uuden kun­nos­sa­pi­to­kon­sep­tin tar­koi­tuk­se­na on havaita vikojen riskit älyk­käi­den val­von­ta­jär­jes­tel­mien avulla, jotta ongelmat voidaan tunnistaa ennen kuin var­si­nai­nen vika syntyy.

Reu­na­poh­jais­ta las­ken­ta­te­hoa ei pidetä pil­vi­pal­ve­lun kor­vaa­ja­na, vaan sen täy­den­nyk­se­nä, ja se tarjoaa seuraavat toiminnot:

  • Tietojen keruu ja yhdistely: Reu­na­poh­jai­nen laskenta perustuu lähteiden lä­hei­syy­des­sä ta­pah­tu­vaan tietojen keruuseen, mukaan lukien esi­kä­sit­te­ly ja tie­to­jou­kon valinta. Tiedot siir­re­tään pil­vi­pal­ve­luun vain, jos niitä ei voida käsitellä pai­kal­li­ses­ti, jos tarvitaan yk­si­tyis­koh­tai­sia ana­lyy­se­ja tai jos tiedot on tarkoitus ar­kis­toi­da.
  • Pai­kal­li­nen tietojen tallennus: Suurten tie­to­mää­rien kohdalla re­aa­liai­kai­nen siirto pil­vi­pal­ve­lun ydin­kes­kuk­ses­ta on yleensä mah­do­ton­ta. Tämä ongelma voidaan kiertää tal­len­ta­mal­la vastaavat tiedot ha­jau­te­tus­ti verkon reunalle. Reu­nayh­dys­käy­tä­vät toimivat repli­koin­ti­pal­ve­li­mi­na si­säl­lön­ja­ke­lu­ver­kos­sa.
  • Te­ko­ä­lyl­lä tuettu valvonta: Reu­napro­ses­soin­ti mah­dol­lis­taa kyt­ket­ty­jen lait­tei­den jatkuvan valvonnan. Yh­dis­tet­ty­nä ko­neop­pi­mi­sal­go­rit­mei­hin re­aa­liai­kai­nen ti­lan­val­von­ta on mah­dol­lis­ta.
  • M2M-viestintä: Reu­napro­ses­soin­tia käytetään usein yhdessä M2M-vies­tin­nän kanssa verkkoon lii­tet­ty­jen lait­tei­den välisen suoran vies­tin­nän mah­dol­lis­ta­mi­sek­si.

Seuraava kaavio ha­vain­nol­lis­taa ha­jau­te­tun pil­viark­ki­teh­tuu­rin pe­rus­pe­ri­aa­tet­ta, jossa reuna-yh­dys­käy­tä­vät toimivat vä­lit­tä­ji­nä pil­vi­pal­ve­lun kes­kus­pal­ve­li­men ja verkon reunalla si­jait­se­vien IoT-lait­tei­den välillä.

Kuva: Schematic representation of an edge computing environment
Schematic repre­sen­ta­tion of an edge computing en­vi­ron­ment: Edge gateways receive data from the Internet of Things and load it into the public cloud or a private data centre as required.

Miten reuna-laskennan ark­ki­teh­tuu­re­ja voidaan hyödyntää?

Reu­napro­ses­soin­nin so­vel­luk­set juontavat juurensa yleensä esineiden in­ter­ne­tis­tä (IoT). Reu­napro­ses­soin­ti­tek­no­lo­gian tärkeä kasvun vauh­dit­ta­ja on re­aa­liai­kais­ten vies­tin­tä­jär­jes­tel­mien kasvava kysyntä. Ha­jau­tet­tu tie­to­jen­kä­sit­te­ly luo­ki­tel­laan esi­mer­kik­si avain­tek­no­lo­giak­si seu­raa­vis­sa hank­keis­sa:

  • Autojen välinen viestintä: Reu­napro­ses­soin­ti on tärkeää pil­vi­poh­jai­sil­le var­hais­va­roi­tus­jär­jes­tel­mil­le tai it­se­näi­ses­ti liik­ku­vil­le kul­ku­vä­li­neil­le.
  • Älykkäät säh­kö­ver­kot: Ha­jau­tet­tu­jen ener­gian­hal­lin­ta­jär­jes­tel­mien ansiosta säh­kö­ver­kot pystyvät so­peu­tu­maan tehon vaih­te­lui­hin. Ge­ne­raat­to­reil­le vä­li­tet­tä­vät tiedot mah­dol­lis­ta­vat rea­goi­mi­sen ku­lu­tuk­sen muu­tok­siin re­aa­lia­jas­sa.
  • Älykkäät tehtaat: Edge-laskennan avulla voidaan toteuttaa it­seor­ga­ni­soi­tu­via tuo­tan­to­lai­tok­sia ja lo­gis­tiik­ka­jär­jes­tel­miä.

Mitkä ovat reu­na­las­ken­nan edut?

Pe­rin­tei­siin pil­viark­ki­teh­tuu­rei­hin ver­rat­tu­na reu­na­las­ken­ta tarjoaa useita etuja:

  • Re­aa­liai­kai­nen tie­to­jen­kä­sit­te­ly: Käsittely tapahtuu lähempänä tie­to­läh­tei­tä, mikä auttaa vält­tä­mään vii­veon­gel­mia.
  • Pienempi tie­to­lii­ken­ne: Pai­kal­li­sen tietojen ana­ly­soin­nin ansiosta verkossa siir­ret­tä­vän datan määrä vähenee mer­kit­tä­väs­ti.
  • Tie­to­tur­va: Vaa­ti­mus­ten­mu­kai­suus­vaa­ti­muk­set voidaan toteuttaa helpommin.

Mitkä ovat reu­na­las­ken­nan haitat?

Monista eduista huo­li­mat­ta reu­na­las­ken­nas­sa on myös haittoja, jotka on otettava huomioon käyt­töö­no­ton yh­tey­des­sä:

  • Mo­ni­mut­kai­sem­pi verk­koark­ki­teh­tuu­ri: Ha­jau­tet­tu jär­jes­tel­mä on mo­ni­mut­kai­sem­pi kuin kes­ki­tet­ty pilvi-infra­struk­tuu­ri.
  • Han­kin­ta­kus­tan­nuk­set: Reu­napro­ses­soin­ti vaatii paljon pai­kal­lis­ta lait­teis­toa, minkä vuoksi sen han­kin­ta­kus­tan­nuk­set ovat valtavat.
  • Yl­lä­pi­to­kus­tan­nuk­set: Kom­po­nent­tien suuren määrän vuoksi sekä ylläpito- että hal­lin­to­kus­tan­nuk­sia ei voida sivuuttaa.
Siirry pää­va­lik­koon