エッジ コンピューティングとは? {定義、アーキテクチャ、使用例}

IT エッジは、エンド デバイスがネットワークに接続してデータを配信し、データセンターまたはクラウドのいずれかの中央サーバーから指示を受け取る場所です。このモデルは過去には機能していましたが、最新のデバイスは大量のデータを生成するため、企業は最適なパフォーマンスを維持するために高価な機器を必要としています。

エッジ コンピューティングは、データを生成するデバイスに処理を近づけることで、この問題を解決します。処理のためにデータを中央サーバーに移動する必要がないため、レイテンシや帯域幅の問題はありません。

この記事はエッジ コンピューティングの概要です .エッジ コンピューティングとは何かを説明し、潜在的なユース ケースについて説明し、このテクノロジーがどのようにしてより安価で信頼性の高いデータ処理につながるかを示します。

エッジ コンピューティングとは

エッジ コンピューティングは、ネットワークのエッジまたはその近くで行われるコンピューティングの一種です。処理はデバイス内またはデバイスの近くで行われるため、中央サーバーに移動するデータは少なくなります。ほとんどの操作は、データ ソースの近くでリアルタイムで行われます。これにより、次のことが可能になります:

• 応答時間の改善。
• 帯域幅の可用性が向上します。
• より信頼性の高いシステム インサイト
• より包括的で迅速なデータ分析
• 高可用性

エッジ コンピューティングは、ワークロードを最新の状態に保ち、データのプライバシーを確​​保し、HIPAA、GDPR、PCI などのデータ保護法を遵守するのにも役立ちます。この処理モデルは、人工知能と機械学習によるさらなるイノベーションも可能にします。

エッジ デバイスは、オンプレミスのエッジ サーバーに情報を送信する前に、データを収集して保存します。このサーバーは次のアクティビティを処理します:

• リアルタイムのデータ処理
• データの視覚化と分析
• キャッシュとバッファリング
• データのフィルタリング。

エッジ センターは、最も複雑な処理リクエスト（ビッグデータ オペレーションとビジネス ロジック）をデータセンターまたはクラウドに送信します。中央の専用サーバーの必要性は依然としてありますが、企業は、ローカル オペレーションと事前に並べ替えられたデータによる遅延のリスクを冒すことなく、低速で低コストの接続をセットアップできます。

エッジ コンピューティングとクラウド コンピューティングの比較

エッジ コンピューティングとクラウド コンピューティングの主な違いは、処理が行われる場所です。

• クラウド コンピューティングでは、すべてのデータ操作が中央の場所で行われます。
• エッジ コンピューティングでは、ほとんどのデータ関連プロセスがローカル (環境の端) で発生します。

エッジ コンピューティングは、意思決定のために時間的制約のあるデータの処理に依存するユース ケースに最適です。エッジ コンピューティングがクラウド ソリューションより優れているもう 1 つのユース ケースは、インターネットへの接続がほとんどまたはまったくない遠隔地での運用です。

ただし、エッジ コンピューティングはクラウドに取って代わるものではありません。これらのテクノロジーは互換性がありません。エッジ コンピューティングはクラウドを補完し、2 つの技術が特定のユース ケースでより優れたパフォーマンスを保証します。

エッジ コンピューティング アーキテクチャの説明

エッジ エコシステムを形成する主要コンポーネントは次のとおりです。

• エッジ デバイス: 計算能力が限られている特殊用途の機器
• エッジ ノード: エッジ コンピューティングを実行するデバイス、サーバー、ゲートウェイ
• エッジ サーバー: エッジ デバイスに近い施設にあるコンピューター。これらのマシンは、アプリケーション ワークロードと共有サービスを実行するため、エッジ デバイスよりも多くのコンピューティング パワーを必要とします。
• エッジ ゲートウェイ: トンネリング、ファイアウォール管理、プロトコル変換、ワイヤレス接続などのネットワーク機能を実行するエッジ サーバー。ゲートウェイは、アプリケーション ワークロードをホストすることもできます。
• クラウド: アプリケーションや機械学習モデルなどのコンテナ化されたワークロードのリポジトリとして機能するパブリック クラウドまたはプライベート クラウド。また、クラウドは、エッジノードを管理するアプリをホストして実行します。

エッジ コンピューティングには、デバイス エッジ、ローカル エッジ、クラウドという 3 つの主要なノードがあります。 .

デバイス エッジは、エッジ デバイスがオンプレミスで実行される物理的な場所です (カメラ、センサー、産業機械など)。これらのデバイスには、データを収集して送信する処理能力があります。

ローカル エッジは、アプリケーションとネットワーク ワークロードをサポートするシステムです。ローカル エッジには 2 つのレイヤーがあります:

• アプリを実行するアプリケーション レイヤーは、フットプリントが大きいためエッジ デバイスでは処理できません (複雑なビデオ分析や IoT 処理など)。
• ルーターやスイッチなどの物理的または仮想化されたネットワーク コンポーネントを実行するネットワーク レイヤー

クラウド（または ネクサス） ) は、他のエッジ ノードが処理できない処理を管理するアプリケーションおよびネットワーク ワークロードを実行します。名前にかかわらず、このエッジ レイヤーは、社内データ センターまたはクラウドで実行できます。

以下の図は、より詳細なアーキテクチャを示し、各エッジ ノードに関連するコンポーネントを示しています。

特定のワークロードがデバイスまたはローカル エッジにより適しているため、業界のソリューションとアプリケーションは複数のノードに存在できます。他の一部のワークロードは、特定の状況下で (手動または自動で) ノード間を動的に移動することもできます。

仮想化は、大規模なエッジ コンピューティング セットアップの重要な要素です。このテクノロジーにより、エッジ サーバーでの多数のアプリケーションの展開と実行が容易になります。

エッジ コンピューティングの利点

以下は、エッジ コンピューティングを使用することの最も顕著なビジネス上の利点です。

待ち時間の短縮

エッジ コンピューティングは、レイテンシを短縮することでネットワーク パフォーマンスを向上させます。デバイスがデータをネイティブに処理するか、ローカル エッジ センターで処理するため、情報は標準のクラウド アーキテクチャほどには移動しません。

たとえば、同じ建物内でメールを交換している 2 人の同僚は、標準的なネットワーク経由で簡単に遅延を経験する可能性があります。各メッセージは建物の外にルーティングされ、離れたサーバーと通信して、受信者の受信トレイに戻ります。そのプロセスがエッジで発生し、会社のルーターがオフィスの電子メールを処理する場合、その遅延は発生しません.

エッジ コンピューティングは、「ラスト マイル」のボトルネック問題も解決します。すべての移動データは、宛先に到達する前にローカル ネットワーク接続を通過する必要があります。このプロセスでは、インフラストラクチャの品質に応じて、10 ～ 65 ミリ秒の遅延が発生する可能性があります。エッジ センターを使用したセットアップでは、集中型システムよりもトラフィックがはるかに少ないため、ボトルネックの問題はありません。

より安全なデータ処理

従来のクラウド設定は、分散型サービス妨害（DDoS）攻撃や停電に対して脆弱です。エッジ コンピューティングによって処理とストレージが分散されるため、システムの中断やダウンタイムが発生しにくくなります。セットアップは、単一障害点の影響を受けません。

さらに、ほとんどのプロセスはローカルで発生するため、ハッカーは転送中のデータを傍受できません。 1 台のコンピューターでデータ侵害が発生した場合でも、攻撃者はローカル データのみを侵害できます。

費用対効果の高いスケーラビリティ

エッジ コンピューティングを使用すると、企業は IoT デバイスとエッジ サーバーを組み合わせて処理能力を拡張できます。リソースを追加するために、構築、維持、拡張に費用がかかるプライベート データ センターへの投資は必要ありません。代わりに、企業は地域のエッジ サーバーをセットアップして、ネットワークを迅速かつ費用対効果の高い方法で拡張できます。

エッジ コンピューティングを使用すると、新しいデバイスごとにネットワーク全体の帯域幅の需要が増えることがないため、成長コストも軽減されます。

新しい市場への簡単な拡張

企業はローカル エッジ データセンターと提携して、新しい市場を迅速に拡大し、テストすることができます。拡張には、新しい高価なインフラストラクチャは必要ありません。代わりに、企業はエッジ デバイスをセットアップするだけで、待ち時間なしで顧客へのサービスを開始できます。市場が望ましくないことが判明した場合、アンインストール プロセスは迅速かつ安価です。

この利点は、接続が限られている地域への迅速な拡張を必要とする業界にとって不可欠です。

一貫したユーザー エクスペリエンス

エッジ サーバーはエンド ユーザーの近くで動作するため、離れた場所でのネットワークの問題が顧客に影響を与える可能性は低くなります。ローカル センターが停止した場合でも、エッジ デバイスは重要な機能をネイティブに処理できるため、引き続き動作できます。システムは、ユーザーがサービスへのアクセスを維持できるように、他の経路を介してデータを再ルーティングすることもできます。

エッジ コンピューティングの欠点

エッジ コンピューティング 全体的な攻撃対象領域が増加 ネットワーク用。エッジ デバイスは、攻撃者が悪意のあるソフトウェアを挿入してネットワークに感染するサイバー攻撃のエントリ ポイントとして機能する可能性があります。

残念ながら、分散環境で適切なセキュリティを設定することは困難です。ほとんどのデータ処理は、中央サーバーの外とセキュリティ チームの直接の視界の外で行われます。会社が新しい機器を追加するたびに、攻撃対象領域も大きくなります。

エッジ コンピューティングのもう 1 つの一般的な問題は、価格です。 .企業がローカル エッジ パートナーと提携しない限り、インフラストラクチャのセットアップはコストがかかり、複雑になります。また、チームはさまざまな場所にある多数のデバイスを良好な状態に保つ必要があるため、通常、メンテナンス コストも高くなります。

最後に、現在の標準は急速に進化しているため、企業はセットアップを最新の状態に保つことに苦労している場合があります。 .新しいデバイスやソフトウェアが定期的に登場するため、機器はすぐに陳腐化する可能性があります。

エッジ コンピューティングの例と使用例

以下は、さまざまな業界におけるエッジ コンピューティングの最も有望なユース ケースとアプリケーションです。

5G とエッジ コンピューティング

5G の出現により、20 Gbps を超えるデータ速度と、1 平方マイルあたり 100 万を超えるデバイスの遅延のない接続が約束されます。この新しいテクノロジーは、エッジ コンピューティングを新しいレベルに押し上げ、さらに低いレイテンシ、高速化、および効率性の向上を可能にします。

企業は間もなく 5G を使用してネットワーク エッジを拡張できるようになります。ネットワークがオーバーラップすることで、企業はさらに多くのデータをエッジ デバイスに保持できるようになります。アプリケーションは、ネットワークとのリアルタイム通信にも依存できるようになります。これは、IoT の拡大に不可欠な機能です。

ビデオ監視

中央サーバーへのビデオ データの送信は遅く、コストがかかります。エッジ コンピューティングは、カメラが最初のビデオ分析を実行し、関心のあるイベントを認識できるようにすることで、このプロセスを高速化します。その後、デバイスはフィルタリングされた映像をローカル エッジに送信して、さらに分析します。

たとえば、エッジ カメラを備えた建物で火災が発生した場合、デバイスは炎の中にいる人間を識別できます。カメラが危険にさらされている人を認識すると、映像は遅延なしでローカル エッジに送られます。ローカル エッジは、映像をデータ センターに送信して貴重な時間を失う代わりに、当局に連絡できます。

ヘルスケアの機会

患者モニタリング用のエッジ デバイスをセットアップすることで、病院はデータのプライバシーを確​​保し、患者のケアを向上させることができます。病院がネットワークを介して移動するデータの量を減らし、中央サーバーの過負荷を回避しながら、スタッフはより迅速でより良いケアを患者に提供できます。

エッジ ソリューションを導入することで、ポータブル EKG デバイス、体温を監視するセンサー、グルコース モニターなど、重要なヘルスケア マシンの動作を改善できます。高速データ処理により、遠隔患者モニタリングの貴重な時間を節約することもできます。

コネクテッド カー

エッジ デバイスを搭載した自動車は、さまざまなセンサーからデータを収集し、道路上の状況にリアルタイムで対応できます。この機能は、自動運転車の開発に不可欠です。

エッジ コンピューティングは、自動車両輸送も可能にします。車やトラックのグループは、車列を組んで互いに近くを移動できるため、燃料を節約し、渋滞を緩和できます。残りの車両は最初の車両に追従し、遅延なく通信できるため、最初の車両のみがドライバーを必要とします。

石油およびガス業界内でのモニタリング

エッジ コンピューティングは、石油とガスの障害を防ぐのに役立ちます。これらのプラントは通常、遠隔地で運用されているため、エッジ センターは、離れたサーバーやクラウドよりもはるかに優れたオプションです。デバイスは、リアルタイム分析を使用してシステムを監視し、災害が発生する前にマシンをシャットダウンできます。

オンライン ゲーム

オンラインのマルチプレイヤー ゲームは、エッジ コンピューティングによってラグが短縮されるため、恩恵を受けることができます。プレイヤーは、パフォーマンスに影響を与えることなく、大規模なマッチを編成できます。

クラウド ゲームもエッジ コンピューティングの恩恵を受けることができます。このタイプのオンライン ゲームでは、ビデオ ゲームのライブ フィードがユーザー デバイスに直接ストリーミングされます。データセンターがこれらのゲームを処理およびホストする際、ユーザーは一般的に遅延の問題を経験します。

クラウド ゲーム会社がゲーマーの近くにエッジ サーバーをセットアップすると、ストリームに遅延がなくなり、ゲームプレイが完全にレスポンシブになります

スマートファクトリー

工場内の製品不良を減らし、生産性を向上させるためには、製造プロセスへのリアルタイムの対応が不可欠です。分析アルゴリズムは、各機器の動作を監視し、動作パラメータを調整して効率を向上させることができます。

エッジ デバイスは、障害が発生しそうな時期を検出して予測することもできるため、コストのかかる工場のダウンタイムを削減できます。企業はクラウドのような方法でプロセスを管理できますが、オンプレミス セットアップの信頼性を維持できます。

オンライン ショッピング

待ち時間の短縮により、小売店はリッチでインタラクティブなオンライン エクスペリエンスを顧客に提供できます。ストア オーナーは、シームレスなパフォーマンスでオンライン ショッピング用の拡張現実を作成し、買い物客が自宅から商品を購入できるようにすることができます。

実店舗の小売業者は、エッジ コンピューティングを使用して、店舗に仮想現実のショッピング アシスタントをセットアップすることもできます。

上昇中のテクノロジー

専門家は、2025 年までにデータ処理の 75% が従来のデータセンターまたはクラウドの外で行われると予測しています。エッジ コンピューティングを早期に開始して、新しいビジネス チャンスを発見し、運用効率を高め、信頼できるエクスペリエンスを顧客に提供してください。