Smart/Intelligent edge – poskytovatelia platforiem cloud a edge

V predchádzajúcej časti série Smart/Intelligent edge [1] sme sa venovali analýze hardvéru potrebného na implementáciu inteligentných brán a riešení na hrane siete v závislosti od ich typu [2] a očakávanej úlohy na hrane siete. Na týchto zariadeniach sú spustené rôzne algoritmy podľa charakteru riešenia na hrane siete, ktoré sme opísali v predchádzajúcich dieloch [3], [4]. Táto časť sa bude venovať práve veľkým poskytovateľom cloudových platforiem. Ak chcete dnes implementovať riešenie na hrane siete, nie je nutné zakúpiť si celé aplikácie alebo zaplatiť programátora či integrátora. Stačí, ak si zakúpite takéto riešenie ako službu a cloudový poskytovateľ vám dodá potrebné inštalačné balíky a inštrukcie k nasadeniu časti inteligencie na hrane siete.
Smart/Intelligent edge – poskytovatelia platforiem cloud a edge

Na aplikáciu edge technológií prichádzajú do úvahy aj otvorené riešenia (open source). Ak si ich však vyberiete, nevyhnete sa programovaniu, nakoľko tieto kódy treba zväčša modifikovať s ohľadom na konkrétne riešenie. Práve preto možnosti predpripravených balíčkov od cloudového poskytovateľa sa javia ako jednoduchšia a rýchlejšia možnosť nasadenia.

Najväčší poskytovatelia cloudových služieb

Najväčší dodávatelia cloudových služieb sa postupne stávajú aj najväčšími poskytovateľmi riešení pre hranu siete. Podľa [5] (obr. 1) sú nimi dnes Amazon (Amazon Web Services – AWS), Microsoft (Azure), Google (Google Cloud Platform) a IBM (IBM Cloud, predtým Bluemix). Tieto štyri spoločnosti sú na vrchných priečkach, odkedy predstavili svoje cloudové platformy. Za posledné roky sa udiala len jedna zmena, a to tá, že Google sa dostal nad IBM a že už aj na tieto firmy sa začína doťahovať konkurencia (Alibaba, AT&T a ďalšie spoločnosti).

Microsoft Azure

Poskytovanie služieb na hrane siete najďalej posunul Microsoft, kde si môžete vyklikať služby, ktoré sa priamo spájajú s klasickými cloudovými službami ako IoT Hub (služba na pripojenie IoT zariadení), Stream Analytics (predspracovanie a príprava dát), Storage (úložisko), DocumentDB (NoSQL databáza), Power BI (analytický nástroj) a mnoho ďalších. Na obr. 2 môžete vidieť jedno z takýchto riešení Microsoft Azure IoT Edge.

Najskôr potrebujete na edge zariadenie nainštalovať operačný systém s linuxovým jadrom a Dockerom. Na toto zariadenie sa pomocou vzdialeného prístupu (SSH) prihlásite v konzole portálu Azure. Potom už môžete vyberať a konfigurovať vhodné služby pre riešenia, akoby ste si kupovali služby na cloude. Jednotlivé služby sa inštalujú priamo do jednotlivých kontajnerov v Dockeri. Služby sú spoplatnené podľa cenníka na základe počtu a objemu transakcií (niektoré služby sú aj zadarmo).

Amazon Web Services

Amazon ponúka službu AWS IoT Greengrass, ktorá prináša lokálne výpočty, možnosti posielania správ, ukladania údajov do dočasnej pamäte, synchronizácie a algoritmy strojového učenia na hrane siete. Táto služba rozširuje možnosti AWS na hranu siete, aby sa lokálne dáta mohli spracúvať skôr a cloud sa mohol používať na správu alebo dodatočnú analýzu a trvalé ukladanie agregovaných dát. Inými slovami je to konkurent Microsoft Azure IoT Edge. Na obr. 3 môžete vidieť príklad takéhoto využitia AWS IoT Greengrass.

Tak ako pri Microsofte, aj tu môžu byť spustené služby na hrane siete, ktoré sú pri AWS typicke pre cloud. Takouto službou je napríklad AWS Lambda, ktorej úlohou sú predspracovanie dát a ich preposielanie iným službám (computing). Pripojenie zariadení má na starosti služba AWS IoT Greengrass Connectors, strojové učenie zabezpečuje AWS IoT Greengrass ML Inference. AWS IoT Greengrass Core potrebuje na svoj chod ARM procesor s linuxovým jadrom. V tomto prípade neplatíte za jednotlivé služby, ale iba za AWS IoT Greengrass ako celok, kde sa ceny odvíjajú od množstva pripojených zariadení.

Google Cloud Platform

Google ponúka priamo aj zariadenie na edge computing s názvom Edge TPU a softvérový balík Cloud IoT Edge, ktorý poskytuje možnosti umelej inteligencie a strojového učenia pre inteligentné brány aj IoT zariadenia. To umožňuje vytvárať a trénovať modely strojového učenia na cloude a potom ich spúšťať priamo v Cloud IoT Edge prostredníctvom Edge TPU. Spomínané zariadenie už obsahuje aj koprocesor na strojové učenie. Cloud IoT Edge môže bežať aj na iných zariadeniach s operačnými systémami Android alebo Linux s procesormi ARM. Cloud IoT Edge môže obsahovať služby ako Edge ML na strojové učenie alebo Edge IoT Core na zber a odosielanie dát (obr. 4). Cenová politika je založená na množstve prenesených dát.

IBM Cloud

Spoločnosť IBM ponúka platformu Watson IoT Platform Edge na automatizované nasadenie výpočtovej sily a služieb na hrane siete, čo umožňuje jednoduchú správu veľkých infraštruktúr uzlov na hrane siete a údržbu s aktualizáciou softvéru uzlov na hrane siete. Watson IoT Platform Edge umožňuje nasadenie IBM služieb, ale aj služieb tretích strán. Názov základnej služby pre edge computing je IoT Core Edge, ktorá ponúka lokálny MQTT broker na zber a odosielanie dát. Tento broker umožňuje komunikáciu medzi edge zariadeniami a cloudom a spravuje ukladanie a preposielanie dát. Služba navyše zabezpečuje filtráciu dát na hrane siete.

Aj v tomto prípade je táto platforma závislá od Dockeru s kontajnermi, kde má každá služba svoj vlastný kontajner. Uzly na hrane siete sa môžu značne líšiť veľkosťou. Nakoľko aj táto architektúra je založená na Dockery, aj v tomto prípade je potrebný operačný systém s linuxovým jadrom a procesorom ARM. Tu sa objavila aj minimálna požiadavka na operačnú pamäť, ktorá by mala mať minimálne 256 MB [9].
Táto služba je zatiaľ iba v testovacej fáze, a preto možnosti jej základnej architektúry v článku zatiaľ neuvádzame.

Záver

V tejto časti sme sa venovali najväčším poskytovateľom platforiem cloud a edge, pričom sme poukázali na možnosť nasadenia edge computingu aj bez potreby znalosti programovania. Každá spomínaná edge služba je navrhnutá tak, aby jednoducho komunikovala s cloudovou službou svojho poskytovateľa, ale nakoľko podporujú na komunikáciu tie isté protokoly (MQTT, AMQP, HTTP a HTTPS), nie je problém pripojiť ich aj ku konkurenčným cloudovým poskytovateľom; cenová politika je všade nastavená tak, aby sa také niečo neoplatilo. Existuje mnoho ďalších poskytovateľov edge platforiem, ale v tomto článku sme sa zamerali len na najväčších z nich. V nasledujúcej časti seriálu sa budeme venovať nami realizovanými prípadovými štúdiami využívajúcimi výpočty na hrane siete.

Poďakovanie

Publikácia bola podporená projektom KEGA 033TUKE-4/2018 AICybS – Smart Industry/Architektúry inteligentných informačných a kybernetických systémov.

Referencie

[1] Papcun, P. – Kajáti, E. – Vaščák, J. (2019). Smart/Intelligent edge – hardvérové parametre zariadení na hrane siete. In: ATP Journal, roč. 26, č. 6, s. 40 – 41. ISSN 1335-2237.

[2] Papcun, P. – Kajáti, E. – Čupková, D. – Mocnej, J. – Miškuf, M. – Zolotová, I. (2019). Edge-enabled IoT gateway criteria selection and evaluation. [online]. In: Concurrency and Computation: Practice and Experience. Dostupné na: https://doi.org/10.1002/cpe.5219. (v tlači)

[3] Kajáti, E. – Papcun, P. – Čupková, D. – Zolotová, I. (2019). Smart/Intelligent edge – kritériá výberu a hodnotenia parametrov riešení na hrane siete. In: ATP Journal, roč. 26, č. 5, s. 62 – 63. ISSN 1335-2237.

[4] Čupková, D. – Kajáti, E. – Vaščák, J. – Papcun, P. (2019). Smart/Intelligent edge – umelá inteligencia v dátovej analytike na hrane siete. In: ATP Journal, roč. 26, č. 3, s. 54 – 55. ISSN 1335-2237.

[5] Synergy resource group (2019). Cloud Infrastructure Services – Market Share. [online]. Citované 13. 5. 2019. Dostupné na: https://techblog.comsoc.org/2019/02/05/synergy-research-cloud-service-provider-rankings/.

[6] Gremban, K. – Microsoft (2019). What is Azure IoT Edge. [online]. Citované 18. 5. 2019. Dostupné na: https://docs.microsoft.com/en-us/azure/iot-edge/about-iot-edge.

[7] Baldacchino, S. – Rec, C. – Barr, J. – Amazon Web Services (2018). AWS IoT Greengrass. [online]. Citované 16. 5. 2019. Dostupné na: https://aws.amazon.com/greengrass/.

[8] Rhee, I. – Google Cloud (2018). Bringing intelligence to the edge with Cloud IoT. [online]. Citované 25. 5. 2019. Dostupné na: https://cloud.google.com/blog/products/gcp/bringing-intelligence-edge-cloud-iot.

[9] Kufluk, B. – IBM Developer (2018). Edge Technical Preview Now Available. [online]. Citované 20. 5. 2019. Dostupné na: https://developer.ibm.com/iotplatform/2018/03/28/edge-technical-preview-now-available/.

Ing. Peter Papcun, PhD.
Ing. Erik Kajáti
Ing. Dominika Čupková
prof. Ing. Iveta Zolotová, CSc.
Technická univerzita v Košiciach, FEI
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie
Centrum inteligentných kybernetických systémov
http://ics.fei.tuke.sk