Edge computing o cómputo en el borde

En el internet de las cosas (IoT), los di­s­po­si­ti­vos generan co­n­ti­nua­me­n­te una gran cantidad de datos que deben ser al­ma­ce­na­dos y ana­li­za­dos en tiempo real para apli­ca­cio­nes de suma im­po­r­ta­n­cia. El edge computing analiza estos datos di­re­c­ta­me­n­te de la fuente e inicia así un cambio de paradigma en la era de la co­mpu­tación en la nube.

¿Qué es el edge computing? Una de­fi­ni­ción

El edge computing es un modelo de diseño para entornos de IoT que pro­po­r­cio­na recursos in­fo­r­má­ti­cos, como espacio de al­ma­ce­na­mie­n­to y potencia de pro­ce­sa­mie­n­to, lo más cerca posible de los di­s­po­si­ti­vos finales y sensores ge­ne­ra­do­res de datos. De esta manera, el concepto supone una al­te­r­na­ti­va a los servicios co­n­ve­n­cio­na­les en la nube con se­r­vi­do­res centrales.

El término “Edge” es el equi­va­le­n­te inglés de borde o margen. Se da a entender así, que el pro­ce­sa­mie­n­to de los datos en este pla­n­tea­mie­n­to no se realiza de forma central en la nube, sino de forma de­s­ce­n­tra­li­za­da al borde de la red. De este modo, el edge computing ofrece lo que hasta ahora la nube no ha podido: se­r­vi­do­res que pueden analizar datos en masa de fábricas in­te­li­ge­n­tes, redes de aba­s­te­ci­mie­n­to o sistemas de tra­n­s­po­r­te sin tiempo de espera y que pueden tomar medidas in­me­dia­tas si algo sucede.

Conceptos básicos del edge computing

En el edge computing, te­c­no­lo­gías ya conocidas se es­tru­c­tu­ran de forma más compacta bajo un nuevo nombre. A co­n­ti­nua­ción, haremos un resumen de los conceptos básicos más im­po­r­ta­n­tes del edge computing.

• Edge: en la jerga in­fo­r­má­ti­ca, el edge es el borde de la red. Los co­m­po­ne­n­tes que pe­r­te­ne­cen a dicho borde, varían de­pe­n­die­n­do de la situación. En las redes de te­le­co­mu­ni­ca­ción, por ejemplo, un teléfono móvil será parte del borde de la red, mientras que en un sistema de vehículos autónomos in­te­r­co­ne­c­ta­dos lo será cada uno de los coches.
• Edge devices: un edge device puede ser cualquier di­s­po­si­ti­vo que genere datos en el borde de la red. Las fuentes de datos pueden ser sensores, máquinas, vehículos o aparatos in­te­li­ge­n­tes en un entorno de IoT, como por ejemplo lavadoras, alarmas de incendios, bombillas o te­r­mo­s­ta­tos.
• Edge gateways: un edge gateway es un ordenador que funciona como in­te­r­se­c­ción entre dos redes. En entornos de IoT, los edge gateways se utilizan como puntos de presencia entre el internet de las cosas y la red central.

Edge computing vs. fog computing

La idea de ampliar la nube con or­de­na­do­res locales no es nueva. Ya en 2014 la mu­l­ti­na­cio­nal te­c­no­ló­gi­ca es­ta­dou­ni­de­n­se Cisco acuñó el término comercial fog computing. Así, los datos generados en entornos de IoT no llegan di­re­c­ta­me­n­te a la nube, sino que se agrupan primero en centros de datos pequeños, donde son evaluados y se­le­c­cio­na­dos para las si­guie­n­tes fases del pro­ce­sa­mie­n­to.

Hoy en día, el edge computing se considera una rama del fog computing en la que los recursos in­fo­r­má­ti­cos como la potencia de pro­ce­sa­mie­n­to o la capacidad de al­ma­ce­na­mie­n­to aún se acercan más a los di­s­po­si­ti­vos te­r­mi­na­les del IoT al borde de la red. Esto lleva a imaginar una co­m­bi­na­ción de ambos conceptos. La siguiente gráfica muestra este tipo de ar­qui­te­c­tu­ra con los niveles de cloud layer, fog layer y edge layer.

¿Qué ventajas tiene el edge computing?

Ac­tua­l­me­n­te, la mayor parte de los datos generados en Internet se cargan en unidades de co­mpu­tación centrales. Sin embargo, las fuentes de datos de hoy son a menudo móviles y están demasiado alejadas del ordenador central como para ga­ra­n­ti­zar un tiempo de reacción (latencia) aceptable. Esto es es­pe­cia­l­me­n­te pro­ble­má­ti­co en apli­ca­cio­nes críticas como el apre­n­di­za­je au­to­má­ti­co y el ma­n­te­ni­mie­n­to pre­di­c­ti­vo, dos conceptos clave del proyecto de tra­n­s­fo­r­ma­ción Industria 4.0, que se enfoca en los grandes retos de la industria en la tra­n­s­fo­r­ma­ción digital.

En este sentido, el edge computing no se propone como un sustituto, sino como un co­m­ple­me­n­to a la nube que aporta las si­guie­n­tes funciones:

• Re­co­pi­la­ción y agre­ga­ción de datos: el edge computing realiza la re­co­pi­la­ción de datos cerca de la fuente, in­clu­ye­n­do el pro­ce­sa­mie­n­to y la selección previas. La subida de datos a la nube ocurre solo si la in­fo­r­ma­ción no puede ser evaluada lo­ca­l­me­n­te, si hacen falta análisis de­ta­lla­dos o si los datos deben ser ar­chi­va­dos.

• Al­ma­ce­na­mie­n­to local de datos: si se trata de grandes volúmenes de datos, una tra­n­s­mi­sión en tiempo real desde el ordenador central de la nube no suele ser posible. Este problema se puede evitar poniendo a di­s­po­si­ción los datos co­rre­s­po­n­die­n­tes de manera de­s­ce­n­tra­li­za­da al borde de la red. En estos casos, los edge gateways funcionan como se­r­vi­do­res de réplica en una red de di­s­tri­bu­ción de co­n­te­ni­dos o CDN.

• Monitoreo asistido con IA: el edge computing permite el monitoreo continuo de los di­s­po­si­ti­vos co­ne­c­ta­dos. En co­m­bi­na­ción con al­go­ri­t­mos de apre­n­di­za­je au­to­má­ti­co, la mo­ni­to­ri­za­ción de estado en tiempo real se hace posible.

• Co­mu­ni­ca­ción M2M: el edge computing se utiliza a menudo con la co­mu­ni­ca­ción M2M para permitir la co­mu­ni­ca­ción directa entre los di­s­po­si­ti­vos co­ne­c­ta­dos.

La siguiente gráfica ilustra el principio básico de una ar­qui­te­c­tu­ra de nube de­s­ce­n­tra­li­za­da, en la que los edge gateways funcionan como vínculo tra­n­s­mi­sor entre un ordenador central en la nube y los di­s­po­si­ti­vos del IoT al borde de la red.

Ámbitos de apli­ca­ción para ar­qui­te­c­tu­ras de edge computing

Las apli­ca­cio­nes del edge computing surgen no­r­ma­l­me­n­te del entorno de IoT y son todavía un proyecto de futuro. Un im­po­r­ta­n­te estímulo de cre­ci­mie­n­to para la te­c­no­lo­gía del edge computing es la creciente demanda de sistemas de co­mu­ni­ca­ción que puedan actuar en tiempo real. La gestión de datos de­s­ce­n­tra­li­za­da se considera una te­c­no­lo­gía clave para los si­guie­n­tes proyectos:

• Co­mu­ni­ca­ción entre vehículos car-to-car: el edge computing es im­po­r­ta­n­te para los sistemas de alerta temprana basados en la nube o para los medios de tra­n­s­po­r­te.
• Redes elé­c­tri­cas in­te­li­ge­n­tes: gracias a los sistemas de­s­ce­n­tra­li­za­dos de gestión de la energía, la red eléctrica debe poder adaptarse a las flu­c­tua­cio­nes de potencia. Los datos que se tra­n­s­po­r­tan a los pro­du­c­to­res permiten responder en tiempo real a los cambios en el consumo.
• Fábricas in­te­li­ge­n­tes: gracias al edge computing, se pueden implantar plantas de pro­du­c­ción y sistemas lo­gí­s­ti­cos au­too­r­ga­ni­za­dos.

Ventajas del edge computing

A co­n­ti­nua­ción, se muestran las ventajas e in­co­n­ve­nie­n­tes de una ar­qui­te­c­tu­ra de edge computing en co­m­pa­ra­ción con el entorno de nube tra­di­cio­nal.

• Pro­ce­sa­mie­n­to de datos en tiempo real: el pro­ce­sa­mie­n­to se acercan más a la fuente de datos, lo que evita el problema de latencia de los servicios de nube tra­di­cio­na­les.
• Menor re­n­di­mie­n­to de tra­n­s­fe­re­n­cia de datos: gracias al análisis local de los datos, es necesario tra­n­s­fe­rir muchos menos datos en la red.
• Pro­te­c­ción de datos: facilita mucho a las empresas el cu­m­pli­mie­n­to normativo.

De­s­ve­n­ta­jas del edge computing

A pesar de la exi­s­te­n­cia de numerosas ventajas, la im­ple­me­n­ta­ción del edge computing también lleva consigo una serie de in­co­n­ve­nie­n­tes.

• Es­tru­c­tu­ra de red más compleja: un sistema di­s­tri­bui­do es mucho más complejo que una ar­qui­te­c­tu­ra de nube ce­n­tra­li­za­da.
• Costes de ad­qui­si­ción del edge hardware: el edge computing requiere mucho hardware local y, por tanto, incurre en enormes costes de ad­qui­si­ción.
• Mayor coste de ma­n­te­ni­mie­n­to: un sistema de­s­ce­n­tra­li­za­do con numerosos núcleos co­mpu­tacio­na­les requiere un mayor coste de ma­n­te­ni­mie­n­to y de ad­mi­ni­s­tra­ción que una unidad central.