Com­pu­ta­ção de ponta

Na Internet das Coisas (IoT), os dis­po­si­ti­vos geram con­ti­nu­a­mente uma grande quan­ti­dade de dados que devem ser ar­ma­ze­na­dos e ana­li­sa­dos em tempo real para apli­ca­ções de extrema im­por­tân­cia. A com­pu­ta­ção de ponta analisa esses dados di­re­ta­mente na fonte, dando assim início a uma mudança de paradigma na era da com­pu­ta­ção em nuvem.

O que é o edge computing? Uma definição

A com­pu­ta­ção de ponta é um modelo de conceção para ambientes de IoT que fornece recursos in­for­má­ti­cos, como espaço de ar­ma­ze­na­mento e ca­pa­ci­dade de pro­ces­sa­mento, o mais próximo possível dos dis­po­si­ti­vos finais e dos sensores geradores de dados. Desta forma, o conceito re­pre­senta uma al­ter­na­tiva aos serviços con­ven­ci­o­nais na nuvem com ser­vi­do­res centrais.

O termo «Edge» é o equi­va­lente inglês de «borda» ou «margem». Entende-se, assim, que o pro­ces­sa­mento dos dados nesta abordagem não é realizado de forma cen­tra­li­zada na nuvem, mas sim de forma des­cen­tra­li­zada na periferia da rede. Desta forma, o edge computing oferece o que até agora a nuvem não conseguiu: ser­vi­do­res capazes de analisar dados em massa de fábricas in­te­li­gen­tes, redes de abas­te­ci­mento ou sistemas de trans­porte sem tempo de espera e que podem tomar medidas imediatas caso algo aconteça.

Noções básicas sobre a com­pu­ta­ção de ponta

Na com­pu­ta­ção de ponta, tec­no­lo­gias já co­nhe­ci­das são or­ga­ni­za­das de forma mais compacta sob um novo nome. A seguir, faremos um resumo dos conceitos básicos mais im­por­tan­tes da com­pu­ta­ção de ponta.

• Edge: na gíria in­for­má­tica, o «edge» é a «periferia» da rede. Os com­po­nen­tes que fazem parte dessa periferia variam consoante a situação. Nas redes de te­le­co­mu­ni­ca­ções, por exemplo, um telemóvel faz parte da periferia da rede, enquanto num sistema de veículos autónomos in­ter­li­ga­dos cada um dos carros faz parte dessa periferia.
• Dis­po­si­ti­vos de borda: um dis­po­si­tivo de borda pode ser qualquer dis­po­si­tivo que gere dados na borda da rede. As fontes de dados podem ser sensores, máquinas, veículos ou aparelhos in­te­li­gen­tes num ambiente de IoT, como, por exemplo, máquinas de lavar roupa, alarmes de incêndio, lâmpadas ou ter­mós­ta­tos.
• Gateways de borda: um gateway de borda é um com­pu­ta­dor que funciona como ponto de in­ter­sec­ção entre duas redes. Em ambientes de IoT, os gateways de borda são uti­li­za­dos como pontos de presença entre a Internet das Coisas e a rede central.

Com­pu­ta­ção de ponta vs. com­pu­ta­ção de névoa

A ideia de ampliar a nuvem com com­pu­ta­do­res locais não é nova. Já em 2014, a mul­ti­na­ci­o­nal tec­no­ló­gica norte-americana Cisco cunhou o termo comercial «fog computing». Assim, os dados gerados em ambientes de IoT não chegam di­re­ta­mente à nuvem, mas são primeiro agrupados em pequenos centros de dados, onde são avaliados e se­le­ci­o­na­dos para as fases seguintes do pro­ces­sa­mento.

Atu­al­mente, o edge computing é con­si­de­rado um ramo do fog computing, no qual os recursos in­for­má­ti­cos, como a potência de pro­ces­sa­mento ou a ca­pa­ci­dade de ar­ma­ze­na­mento, estão ainda mais próximos dos dis­po­si­ti­vos terminais da IoT na periferia da rede. Isto leva a imaginar uma com­bi­na­ção de ambos os conceitos. O gráfico seguinte ilustra este tipo de ar­qui­te­tura com os níveis de cloud layer, fog layer e edge layer.

Quais são as vantagens da com­pu­ta­ção de ponta?

Atu­al­mente, a maior parte dos dados gerados na Internet é carregada em unidades de com­pu­ta­ção centrais. No entanto, as fontes de dados atuais são fre­quen­te­mente móveis e encontram-se demasiado distantes do com­pu­ta­dor central para garantir um tempo de resposta (latência) aceitável. Isto é es­pe­ci­al­mente pro­ble­má­tico em apli­ca­ções críticas como a apren­di­za­gem au­to­má­tica e a ma­nu­ten­ção preditiva, dois conceitos-chave do projeto de trans­for­ma­ção Indústria 4.0, que se centra nos grandes desafios da indústria na trans­for­ma­ção digital.

Neste sentido, a com­pu­ta­ção de ponta não se apresenta como um subs­ti­tuto, mas sim como um com­ple­mento da nuvem, ofe­re­cendo as seguintes fun­ci­o­na­li­da­des:

• Recolha e agregação de dados: a com­pu­ta­ção de ponta realiza a recolha de dados perto da fonte, incluindo o pro­ces­sa­mento e a seleção prévios. O envio de dados para a nuvem ocorre apenas se a in­for­ma­ção não puder ser avaliada lo­cal­mente, se forem ne­ces­sá­rias análises de­ta­lha­das ou se os dados tiverem de ser ar­qui­va­dos.
• Ar­ma­ze­na­mento local de dados: no caso de grandes volumes de dados, uma trans­mis­são em tempo real a partir do servidor central na nuvem não é nor­mal­mente possível. Este problema pode ser evitado dis­po­ni­bi­li­zando os dados cor­res­pon­den­tes de forma des­cen­tra­li­zada na periferia da rede. Nestes casos, os gateways de borda funcionam como ser­vi­do­res de réplica numa rede de dis­tri­bui­ção de conteúdos ou CDN.
• Mo­ni­to­ri­za­ção assistida por IA: a com­pu­ta­ção de ponta permite a mo­ni­to­ri­za­ção contínua dos dis­po­si­ti­vos co­nec­ta­dos. Em com­bi­na­ção com al­go­rit­mos de apren­di­za­gem au­to­má­tica, torna-se possível a mo­ni­to­ri­za­ção do estado em tempo real.
• Co­mu­ni­ca­ção M2M: a com­pu­ta­ção de ponta é fre­quen­te­mente utilizada com a co­mu­ni­ca­ção M2M para permitir a co­mu­ni­ca­ção direta entre os dis­po­si­ti­vos co­nec­ta­dos.

O gráfico seguinte ilustra o princípio básico de uma ar­qui­te­tura de nuvem des­cen­tra­li­zada, na qual os gateways de borda funcionam como um elo de trans­mis­são entre um com­pu­ta­dor central na nuvem e os dis­po­si­ti­vos IoT na borda da rede.

Áreas de aplicação para ar­qui­te­tu­ras de com­pu­ta­ção de ponta

As apli­ca­ções da com­pu­ta­ção de ponta surgem nor­mal­mente no contexto da IoT e cons­ti­tuem ainda um projeto para o futuro. Um im­por­tante fator de cres­ci­mento para a tec­no­lo­gia da com­pu­ta­ção de ponta é a crescente procura por sistemas de co­mu­ni­ca­ção capazes de funcionar em tempo real. A gestão des­cen­tra­li­zada de dados é con­si­de­rada uma tec­no­lo­gia fun­da­men­tal para os seguintes projetos:

• Co­mu­ni­ca­ção entre veículos (car-to-car): a com­pu­ta­ção de ponta é im­por­tante para os sistemas de alerta precoce baseados na nuvem ou para os meios de trans­porte.
• Redes elétricas in­te­li­gen­tes: graças aos sistemas des­cen­tra­li­za­dos de gestão de energia, a rede elétrica deve ser capaz de se adaptar às flu­tu­a­ções de potência. Os dados trans­mi­ti­dos aos pro­du­to­res permitem responder em tempo real às al­te­ra­ções no consumo.
• Fábricas in­te­li­gen­tes: graças ao edge computing, é possível im­ple­men­tar ins­ta­la­ções de produção e sistemas lo­gís­ti­cos auto-or­ga­ni­za­dos.

Vantagens da com­pu­ta­ção de ponta

A seguir, apre­sen­ta­mos as vantagens e des­van­ta­gens de uma ar­qui­te­tura de edge computing em com­pa­ra­ção com o ambiente de nuvem tra­di­ci­o­nal.

• Pro­ces­sa­mento de dados em tempo real: o pro­ces­sa­mento é realizado mais próximo da fonte de dados, o que evita o problema da latência dos serviços de nuvem tra­di­ci­o­nais.
• Menor volume de trans­fe­rên­cia de dados: graças à análise local dos dados, é ne­ces­sá­rio trans­fe­rir muito menos dados pela rede.
• Proteção de dados: facilita muito o cum­pri­mento normativo por parte das empresas.

Des­van­ta­gens da com­pu­ta­ção de ponta

Apesar das inúmeras vantagens, a im­ple­men­ta­ção da com­pu­ta­ção de ponta também acarreta uma série de des­van­ta­gens.

• Estrutura de rede mais complexa: um sistema dis­tri­buído é muito mais complexo do que uma ar­qui­te­tura de nuvem cen­tra­li­zada.
• Custos de aquisição do hardware de ponta: a com­pu­ta­ção de ponta requer muito hardware local e, por isso, implica custos de aquisição elevados.
• Maior custo de ma­nu­ten­ção: um sistema des­cen­tra­li­zado com numerosos núcleos com­pu­ta­ci­o­nais requer um custo de ma­nu­ten­ção e ad­mi­nis­tra­ção mais elevado do que uma unidade central.