Edge-Computing-Architektur im Überblick

Weltweit sind zahlreiche kleine Serverbetriebe über Glasfaserkabel miteinander verbunden, was eine schnelle Kommunikation gewährleistet. Das bedeutet, dass solche kleinen Serverbetriebe genauso leistungsfähig sind wie riesige Rechenzentren und den Kunden einen Mehrwert bieten können, während sie gleichzeitig hohe Qualität und außergewöhnliche Geschwindigkeit gewährleisten.

In diesem Artikel werden wir kurz alle wichtigen Aspekte des Edge-Computing, einige Funktionsmechanismen, die wichtigsten Vorteile sowie die Anwendungsbereiche des Edge-Computing behandeln.

Definition von Edge-Computing: Ein modernes Technologieparadigma

Edge-Computing ist eine Technologie, die darauf basiert, Nutzerdaten so nah wie möglich am Nutzer zu speichern. Dies kann am Rand oder an der Peripherie des Netzwerks geschehen. Die Nähe der Daten zum Nutzer bringt zahlreiche Vorteile mit sich.

Zunächst einmal lässt sich die Latenz erheblich minimieren. Zudem wird die Geschwindigkeit deutlich verbessert, und im Allgemeinen profitieren die Nutzer von einer besseren Leistung und einem besseren Nutzererlebnis.

Den Mechanismus hinter Edge Computing verstehen

Herkömmliche Rechenzentren müssen irgendwie mit der Intensität der täglichen Übertragung riesiger Datenmengen fertig werden, und aufgrund des steigenden Datenvolumens wird diese Aufgabe immer schwieriger.  

Bei der Edge-Computing-Technologie liegt der Schwerpunkt nicht auf der logischen Edge der Infrastruktur. „Näher am Nutzer“ bedeutet, dass die Daten in Bezug auf Routing und Netzwerk näher sind, jedoch nicht immer physisch näher am Nutzer liegen. Server und Speicher im System werden je nach Datenstandort eingerichtet.

Die 7 wichtigsten Vorteile von Edge-Computing

Edge-Computing ist eine hervorragende Option, um die vielfältigen Probleme des eher traditionellen Ansatzes zu bewältigen. Sehen wir uns hier die 7 wichtigsten Vorteile dieser Technologie an.

Verbesserte Autonomie im Betrieb

Der größte Vorteil von Edge-Computing ist die Autonomie im Betrieb, die damit erreicht werden kann. Der Großteil der Daten kann problemlos im lokalen Netzwerk verarbeitet werden, wodurch die Menge der zu empfangenden und zu versendenden Daten erheblich reduziert wird. Dadurch benötigen Sie weniger Verbindungszeit, und es wird weniger Bandbreite beansprucht.

Einhaltung lokaler datenschutzrechtlicher Vorschriften

Da alle Informationen auf lokalen Servern gespeichert werden, die näher an der Quelle liegen, sollten weniger Probleme im Zusammenhang mit nationalen Gesetzen, bestimmten Grenzbestimmungen und anderen Vorschriften auftreten. Dies minimiert direkt mögliche Probleme im Zusammenhang mit Datenschutz und Datensicherheit.

Verbesserte Datensicherheit am Edge

Die Daten werden auf dem Weg zum Rechenzentrum oder in die Cloud verschlüsselt. Darüber hinaus kann der Einsatz dieser Technologie den Schutz vor verschiedenen Hackerangriffen und Cyberkriminalität erheblich verbessern. Ein gutes Sicherheitsniveau lässt sich sogar dann erreichen, wenn IoT-Geräte in einigen Sicherheitsaspekten eingeschränkt sind.

Extrem niedrige Latenz für die Echtzeitverarbeitung

Da sich die Daten näher am tatsächlichen Ort ihrer Nutzung befinden, erfolgt die Echtzeitverarbeitung wesentlich schneller. Zudem erhalten Sie wesentlich schneller Zugriff auf Echtzeitanalysen. Das bedeutet, dass Sie neue Standorte und Bereiche erschließen können, ohne hohe Latenzzeiten befürchten zu müssen, die zu fehlenden Ergebnissen führen könnten.

Optimierte Systemwartung

Mikro-Rechenzentren sind extrem klein. Deshalb gibt es keine Transportprobleme. Zudem bieten solche Systeme ein hohes Maß an Modularität und Zugänglichkeit für die Kunden.

Geringerer Energieverbrauch für die Kühlung

Große Rechenzentren benötigen teure Kühlsysteme; andernfalls funktionieren sie nicht ordnungsgemäß. Bei kleineren oder sogar winzigen Rechenzentren besteht kein Bedarf an einer riesigen und extrem teuren Kühltechnik, die einen enormen Energieverbrauch erfordert.

Umweltbewusstes Computing

Da winzige Rechenzentren weniger Energie für ihren Betrieb benötigen, kann Edge-Computing eine neue Ära des umweltbewussten Computings einläuten.

Praktische Anwendungen und Anwendungsfälle von Edge-Computing

Heutzutage setzen sich viele neue Technologien in zahlreichen Lebensbereichen rasch durch, und Edge-Computing bildet da keine Ausnahme. Hier werden wir näher auf konkrete Anwendungsfälle von Edge-Computing in verschiedenen Branchen eingehen:

Gesundheitswesen: Patientenüberwachung in Echtzeit

Edge-Computing wird bereits im Gesundheitswesen eingesetzt. Es gibt eine Vielzahl medizinischer Geräte, die riesige Datenmengen verarbeiten, und dieser Prozess muss effizient und schnell ablaufen. Durch den Einsatz dieser Technologie können viele Experten im Gesundheitswesen eine schnellere Behandlung und Diagnose anbieten.

Zudem müssen Krankenhäuser keine Speichersysteme von Drittanbietern mehr nutzen. Wenn Daten lokal verarbeitet werden, besteht ein geringeres Risiko in Bezug auf Datenschutz und Datensicherheit. Auch das System zur Benachrichtigung von Patienten kann erheblich verbessert werden.  

Intelligente Hausautomation

Die intelligente Hausautomation lässt sich durch Edge-Computing erheblich verbessern. Diese Technologie ist effizienter als der herkömmliche Ansatz, bei dem das System stark auf den zentralen Speicherknoten angewiesen ist. Durch den Einsatz von Edge-Computing ist es möglich, Latenzzeiten zu minimieren, das Sicherheitsniveau zu verbessern und sogar Kosten einzusparen. Dadurch profitieren Nutzer von einem nahtlosen und effizienteren Erlebnis mit intelligenter Hausautomation.

Städtische Infrastruktur in Smart Cities

Edge-Computing ist zudem eine hervorragende Option, die für die städtische Infrastruktur äußerst vorteilhaft sein kann. Wenn Edge-Computing-Geräte über die gesamte Stadt verteilt sind, werden viele Überwachungsprozesse erheblich vereinfacht, insbesondere solche, die sich auf Luftqualität, Verkehr und bestimmte Umweltfaktoren beziehen. Eine solche Technologie kann dazu beitragen, in bestimmten Situationen in Echtzeit schneller zu reagieren.  

Optimierte Verkehrsleitsysteme

Der Straßenverkehr nimmt stetig zu, und es besteht ein enormer Bedarf an einem intelligenten Managementsystem. Edge-Computing kann eine hervorragende Wahl für die Optimierung des Verkehrsflusses sein. Zudem kann dieser Ansatz für das Management autonomer Fahrzeuge äußerst hilfreich sein.

Fertigung: Intelligente Fabrikautomation

Edge-Computing kann eine gute Wahl für die Verbesserung der folgenden Abläufe sein.

Steigerung der Datenübertragungsgeschwindigkeit in industriellen Netzwerken

Edge-Computing kann äußerst hilfreich sein, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Maschinentypen zu steigern. Mit dieser Technologie ist es möglich, eine flexiblere und schnellere Reaktion zu erzielen. Dank Edge-Computing ist es möglich, eine flexiblere und skalierbarere Plattform zu schaffen, um eine reibungslosere Integration von Algorithmen des maschinellen Lernens zu erreichen und prädiktive Analysen durchzuführen.

Ermöglichung von vorausschauender Wartung und Betriebsoptimierung

Vorausschauende Wartung ist ein grundlegender Aspekt in der Fertigungsindustrie. Edge-Computing ist eine hilfreiche Option für die sofortige Analyse, während alle wichtigen Vorgänge überwacht und erfasst werden. Nach der Erkennung einer Anomalie ist es möglich, vorausschauende Instandhaltung durchzuführen, um weitere potenzielle Risiken auszuschließen. Dies wirkt sich direkt auf die Senkung der Instandhaltungskosten aus, kann die Lebensdauer der Maschine verlängern und die Effizienz ihres Betriebs verbessern.  

Autonome Fahrzeugnavigation

Die autonome Fahrzeugnavigation lässt sich durch Edge-Computing erheblich vereinfachen. Systeme können Echtzeit-Informationen zum Straßenverkehr erhalten. Etwa 100 ms sind erforderlich, um die Informationen vom Fahrzeugsensor an das Cloud-Rechenzentrum zu übertragen, und manchmal kann die Verzögerung sogar noch länger sein. Die Verzögerungen bei der Datenübertragung wirken sich direkt auf die Entscheidungsfindung aus und verbessern die Fahrsicherheit im Allgemeinen.    

Effiziente Steuerung großer Menschenmengen

Edge-Computing lässt sich bei Großveranstaltungen wie Sportveranstaltungen und Konzerten effektiv einsetzen. Die Kontrolle großer Menschenmengen kann vereinfacht werden, indem Apps eingesetzt werden, die jedem Besucher Nachrichten zu Routen, Ticketkauf, Sitzplatzbelegung und bestimmten Veranstaltungsinhalten senden. Zudem können Veranstalter hilfreiches Feedback erhalten und fundiertere Entscheidungen hinsichtlich des Ticketverkaufs und ähnlicher Aspekte treffen.

Optimierung dezentraler Energienetze

Dezentrale Energienetze gewinnen gegenüber der herkömmlichen zentralen Stromerzeugung zunehmend an Beliebtheit. Mit Edge-Computing ist es möglich, das Netzgleichgewicht und das Management dezentraler Netze zu optimieren. Auch die Energieumwandlung lässt sich im Sinne des Umweltschutzes und der Kostensenkung anpassen. Dieser Ansatz gewährleistet einen stärker nutzerorientierten Service.

Verbesserungen in der Lieferkette und Logistik

Auch die Logistik kann durch den Einsatz von Edge-Computing vielfältige Vorteile erzielen. Diese Technologie lässt sich in Versandzentren, Lagern und Logistikzentren einsetzen, um Sendungen und Lagerbestände zu verfolgen sowie Routen zu optimieren. Dies wirkt sich direkt auf die Kundenzufriedenheit aus, verkürzt die Lieferzeiten und senkt zudem die Kosten.

Edge-basierte Sicherheits- und Überwachungssysteme

Auch Sicherheits- und Überwachungssysteme lassen sich durch den Einsatz von Edge-Computing verbessern. Von Sicherheitsvorrichtungen, Kameras und Sensoren werden zahlreiche sensible Daten erfasst. Deshalb können solche Geräte im Falle ungewöhnlicher Aktivitäten oder Sicherheitsverletzungen sofort und in Echtzeit vor solchen Risiken warnen.

Architektonische Schichten des Edge-Computing

Wie Sie sehen, wird Edge-Computing in vielen Bereichen unseres Alltags eingesetzt. Diese Technologie ist für viele Branchen äußerst hilfreich, und nun verstehen Sie sicher, warum. Schauen wir uns also nun die tatsächlichen Architekturebenen hinter dieser Technologie an.

Standardmäßiges Edge-Computing lässt sich in drei Ebenen unterteilen: die Cloud-Ebene, die Edge-Ebene und die Geräteebene. Schauen wir uns jede dieser Schichten im Detail an, um ein umfassenderes Bild zu erhalten.

Cloud-Infrastruktur-Schicht

Obwohl diese Technologie ursprünglich entwickelt wurde, um Latenzprobleme beim Cloud-Computing zu minimieren, ist Cloud-Computing für diese Technologie äußerst wichtig. Im Allgemeinen ergänzen sich diese beiden Technologien gegenseitig. In manchen Situationen sollten Informationen in der Cloud-Ebene verarbeitet werden. Ist dies der Fall, leiten Edge-Server die Informationen zur weiteren Verarbeitung an die Cloud weiter. Bestimmte kritische Daten können in der Cloud gespeichert werden.  

Zwischenebene des Edge-Computing

Die Edge-Ebene umfasst in der Regel ausschließlich Edge-Server, die an den erforderlichen Standorten in großem Umfang eingesetzt werden. Diese Ebene verarbeitet Informationen, die näher an der Quelle liegen, und befasst sich mit den üblichen Latenzproblemen, die mit der Cloud zusammenhängen. Dieser Teil gilt als Grundlage der gesamten Architektur. Die Informationen vom Gerät werden in dieser Ebene verarbeitet und anschließend, falls erforderlich, an die Cloud-Ebene weitergeleitet. Es kann bestimmte Datenarten geben, die in der Edge-Ebene nicht verarbeitet werden können. Deshalb spielt die Cloud in dieser Architektur nach wie vor eine wichtige Rolle.  

Ebene der vernetzten Geräte

Diese Ebene umfasst die größte Anzahl an Geräten. Die Geräte können sehr unterschiedlich sein – von gewöhnlichen Computern über Mobiltelefone bis hin zu so großen Einheiten wie Fabriken. In dieser Schicht erfassen und sammeln die Geräte Informationen. Beispielsweise erfassen Krankenhausgeräte die Vitalparameter von Patienten. Zwar wird der Großteil der Informationen in der Regel in der Cloud und in der Edge-Schicht verarbeitet, doch können einige Aufgaben auch auf Geräteebene analysiert werden.&  

Stromversorgung und Edge-Hardware: Eine entscheidende Verbindung

Der Stromverbrauch hängt von der Anzahl der genutzten Funktionen ab. Je mehr Funktionen vorhanden sind, desto höher ist der Stromverbrauch. Was den Strombedarf betrifft, so kann es überall zu unzuverlässigen Stromquellen kommen, sodass in manchen Situationen alternative Stromquellen und Energiespeichersysteme erforderlich sind. Die Nennleistung des Netzteils hängt vollständig von der Größe der Geräte ab. Aus diesem Grund sollte das Gerätedesign im Interesse einer besseren Effizienz einfacher gestaltet sein, um die Reaktionszeit zu minimieren.

Wie sich Netzteile auf die Effizienz von Edge-Geräten auswirken

Jede Branche und jeder Sektor hat spezifische Anforderungen hinsichtlich Zertifizierungen und Normen, um ein angemessenes Schutzniveau und Sicherheit zu gewährleisten. In herkömmlichen Rechenzentren sind die Umgebungsbedingungen und der Betrieb relativ stabil. In jedem Fall ist jedoch Strom der entscheidende Faktor für das ordnungsgemäße Funktionieren der Technologie. Es gibt zahlreiche Probleme, die durch Stromverluste, hohe Lasten oder eine instabile Stromversorgung verursacht werden können. Die Cloud-Umgebung kann einige dieser Probleme ausgleichen, doch Sie sollten auch auf die Qualität der Hardware achten. Für eine bessere Leistung und die Minimierung einiger Sicherheitsrisiken sind hochwertige Netzteile unerlässlich.

Schlüsselfaktoren bei der Auswahl von Stromversorgungslösungen für Edge-Bereitstellungen

Der Strombedarf ist ein wesentlicher Faktor, der die Funktionsweise des Edge-Computing beeinflusst. Der Standort des Servers spielt keine Rolle, wenn kein leistungsstarker Prozessor vorhanden ist. Weitere wichtige Faktoren hinsichtlich der Stromversorgung sind Eingangsdaten, IP-Schutzklasse, Stromanschlüsse, Betriebstemperatur, Anforderungen an die Überspannungsfestigkeit und andere. Diese Faktoren sind entscheidend und beeinflussen direkt die Effektivität des Betriebs.

Die Schnittstelle von Edge-Computing, IoT und 5G-Technologien

Alle neuen Technologien können sich direkt auf das Niveau der Leistung, Verfügbarkeit und Funktionsfähigkeit auswirken. Mit der 5G-Technologie kann Edge-Computing die Leistungsfähigkeit steigern. Dies kann sich auch auf die Flexibilität auswirken und die Kosten minimieren. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich das IoT schrittweise gemeinsam mit dem Edge-Computing weiterentwickeln wird.