Trong bối cảnh mạng lưới thiết bị kết nối Internet of Things (IoT) và dữ liệu đám mây ngày càng phát triển, điện toán biên chính là một giải pháp để xử lý dữ liệu một cách hiệu quả và nhanh chóng hơn. Điện toán biên là một nguyên tố quan trọng trong cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin, giúp mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng và dịch vụ kỹ thuật số. Trong bài viết này của A.I Tech, chúng ta sẽ khám phá sâu hơn về Edge Computing, từ các khái niệm cơ bản đến ứng dụng thực tiễn của nó trong các lĩnh vực khác nhau.
Edge Computing (điện toán biên) là gì?
Chắc chắn bạn đã từng nghe về Edge Computing, đặc biệt trong bối cảnh các thiết bị xung quanh chúng ta trở nên thông minh và hiện đại hơn từng ngày. Tuy nhiên, liệu bạn đã thực sự hiểu rõ ý nghĩa của Edge Computing là gì không?
Về cơ bản, Edge Computing (hay còn được biết đến với tên gọi điện toán biên) là quá trình đưa khả năng điện toán và khả năng lưu trữ thông tin tiếp cận đến gần hơn với các thiết bị đã tạo ra thông tin và đến với người dùng sử dụng nó.
Thông thường, các ứng dụng sẽ truyền dữ liệu từ các thiết bị thông minh như điện thoại thông minh, cảm biến,… đến với trung tâm dữ liệu để bắt đầu quá trình xử lý. Tuy nhiên, dữ liệu ngày nay có độ phức tạp và quy mô lớn hơn nhiều so với khả năng của mạng. Bằng cách đưa khả năng xử lý dữ liệu tiến đến gần hơn với thiết bị và người dùng, hệ thống điện toán biên có tác dụng cải thiện hiệu suất của ứng dụng một cách đáng kể, giảm yêu cầu cần đáp ứng về băng thông và tăng tốc độ cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực.
Mô hình điện toán biên
Sau khi đã nắm được thông tin tổng quan điện toán biên là gì, A.I Tech sẽ phân tích cho bạn thấy mô hình điện toán biên gồm những thành phần nào. Nhìn chung, một hệ thống Edge Computing sẽ bao gồm: lớp Cloud, lớp điện toán biên và các thiết bị IoT. Trong đó:
- Lớp Cloud: Trong mô hình điện toán biên thì lớp Cloud có vai trò như thế nào? Trên thực tế, đây là một hệ thống dữ liệu lớn hỗ trợ việc phân tích các nhiệm vụ phức tạp và đòi hỏi nhiều thời gian như Machine Learning, Big Data,…
- Lớp Edge Computing: Thông thường, lớp điện toán biên sẽ được đặt gần hoặc thậm chí là ngay bên cạnh. Điều này làm tăng khả năng kết nối và xử lý những dữ liệu cục bộ của hàng nghìn, hàng tỷ thiết bị IoT. Vậy biên nằm ở đâu? Biên là cụm từ dùng để mô tả các trung tâm tính toán nằm giữa đám mây (Cloud) nhưng gần các thiết bị (Devices). Ngoài ra, biên còn có tác dụng xác định ranh giới tính toán giữa môi trường mạng cục bộ và môi trường Internet.
- Các thiết bị IoT: Qua quá trình tìm hiểu, có thể thấy rằng các thiết bị IoT như điều khiển (Controller), cảm biến (Sensors), các thiết bị đo đạc,… là yếu tố có vai trò quan trọng trong hệ thống Edge Cloud Computing.
Trong thực tế, đa số các doanh nghiệp lớn thường phát triển theo hướng xây dựng và triển khai các cơ sở sản xuất và các chi nhánh kinh doanh khác nhau. Hệ thống điện toán biên được thiết kế để thu thập và quản lý các thiết bị IoT trong một khu vực cụ thể một cách dễ dàng.
Điều này cho phép các doanh nghiệp kết hợp dữ liệu đã được phân tích cơ bản từ nhiều vị trí địa lý khác nhau để phân tích chi tiết và chuyên sâu hơn ở tầng Cloud. Từ đó, doanh nghiệp có thể dễ dàng phát hiện và tối ưu hóa các khoảng trống và phương pháp sản xuất/kinh doanh theo thời gian.
Điện toán biên và điện toán đám mây có giống nhau không?
Mặc dù cả hai đều liên quan đến việc xử lý dữ liệu, đều cung cấp nguồn tài nguyên điện toán đến người dùng cuối, nhưng điện toán biên (Edge Computing) và điện toán đám mây (Cloud Computing) lại có những điểm khác nhau về mô hình và phạm vi hoạt động. Dưới đây là những điểm khác nhau cơ bản giữa 2 hệ thống này:
| Edge Computing | Cloud Computing |
| Điện toán biên chủ yếu xử lý dữ liệu ngay bên cạnh hoặc gần biên của mạng | Điện toán đám mây có thể xử lý tất cả dữ liệu trong trung tâm dữ liệu hoặc cụm máy chủ từ xa |
| Có độ trễ thấp do dữ liệu được xử lý tại biên hoặc gần biên | Có thể xảy ra tình trạng độ trễ cao hơn khi dữ liệu cần phải truyền đến một địa điểm từ xa để xử lý |
| Đòi hỏi sự kiểm soát và quản lý một cách phi tập trung gần hơn với các thiết bị biên | Cung cấp khả năng kiểm soát và quản lý tài nguyên một cách tập trung |
| Edge Computing thích hợp cho các thiết bị IoT và các ứng dụng đòi hỏi thời gian xử lý nhanh và có độ trễ thấp | Hình thức điện toán đám mây phù hợp với các ứng dụng cần lượng tài nguyên lớn, như là Big Data và Machine Learning |
Qua đây, có thể thấy rằng, điện toán biên và điện toán đám mây đều tập trung vào tác vụ xử lý dữ liệu nhưng giữa 2 hệ thống tồn tại một số điểm khác biệt chính làm cho chúng thích hợp với những ứng dụng khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của điện toán biên
Edge Computing hoạt động bằng cách mang khả năng tính toán và khả năng lưu trữ đến gần hơn với người sản xuất và người sử dụng dữ liệu. Có nhiều cách để triển khai biên khác nhau, tùy thuộc vào các trường hợp sử dụng cụ thể, nhưng tổng quan thì chúng ta có thể phân loại chúng thành hai loại chính.
Ứng dụng thượng nguồn:
Các ứng dụng này ưu tiên thu thập dữ liệu từ các thiết bị cảm biến thông minh và thiết bị khác, sau đó truyền dữ liệu này đến các trung tâm dữ liệu để tiếp tục xử lý. Dữ liệu thu thập có thể được phân loại thành ba loại chính:
- Dữ liệu thừa hoặc không liên quan, như là dữ liệu về nhiệt độ phòng được cảm biến đo liên tục mỗi 5 phút.
- Dữ liệu hữu ích yêu cầu lưu trữ dài hạn, chẳng hạn như nhiệt độ trung bình trong phòng qua vài giờ đồng hồ.
- Dữ liệu hữu ích mang ý nghĩa ngắn hạn, ví dụ như giá trị nhiệt độ phòng dưới ngưỡng mà máy sưởi phải hoạt động.
Edge Computing trong các trường hợp sử dụng ứng dụng thượng nguồn sẽ tập trung chủ yếu vào việc phân loại ba loại nguồn dữ liệu này, sau đó sẽ lọc ra các thông tin quan trọng và tiến hành truyền thông tin này đến trung tâm dữ liệu. Dưới đây là một số ví dụ về chiến lược biên:
- Trung tâm dữ liệu cục bộ: Các doanh nghiệp cài đặt máy chủ, các kho lưu trữ và các thiết bị khác gần nguồn dữ liệu. Ví dụ, một công ty năng lượng có thể đặt các tủ mạng chứa máy chủ và mạng LAN từ xa ở phía trong tua-bin gió để thu thập và xử lý dữ liệu được chuyển đến từ trạm điện này.
- Năng lực điện toán trong các thiết bị IoT: Các công ty sử dụng các cảm biến có khả năng điện toán để xử lý dữ liệu thông qua các quy tắc chắc lọc được xác định trước khi truyền tải dữ liệu.
- Máy chủ biên theo khu vực: Các doanh nghiệp sử dụng các dịch vụ đám mây để xử lý dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau trong một khu vực cụ thể. Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây có thể phân vùng dịch vụ đám mây để thực hiện quá trình điện toán trên các máy chủ biên nằm trong khu vực mà công ty yêu cầu.
Ứng dụng hạ nguồn:
Các ứng dụng hạ nguồn ưu tiên cung cấp dữ liệu trực tiếp cho người dùng cuối. Ví dụ như việc phát sóng video trực tiếp trên các nền tảng đa phương tiện và giải trí, trò chơi trực tuyến hoặc các video thực tế ảo.
Edge Computing trong các trường hợp này sẽ tập trung vào việc giảm độ trễ của mạng để người dùng có thể trải nghiệm ngay lập tức khí sự kiện diễn ra. Dưới đây là một số ví dụ về hoạt động điện toán biên với các ứng dụng hạ nguồn:
- Lưu trữ bộ nhớ đệm: Các công ty thiết lập mạng phân phối nội dung (CDN) có khả năng lưu trữ nội dung trên các máy chủ biên vào bộ nhớ đệm gần với người dùng hơn về mặt khoảng cách, nhờ đó nội dung có thể được truy cập nhanh hơn trên máy tính của người dùng.
- Dịch vụ biên trên đám mây: Bạn có thể sử dụng các dịch vụ tính toán đám mây để chạy những ứng dụng đòi hỏi độ trễ thấp tại các điểm cuối và tài nguyên ở một khu vực địa lý cụ thể.
- Điện toán biên di động: Các công ty sử dụng cơ sở hạ tầng điện toán biên di động, ví dụ như mạng 5G và các dịch vụ điện toán đám mây di động dựa trên mạng 5G, để phát triển, triển khai và điều chỉnh quy mô đối với các ứng dụng yêu cầu độ trễ siêu thấp.
Vì sao điện toán biên lại quan trọng?
Edge Computing đang dần trở nên phổ biến hơn do nó giúp các doanh nghiệp thu thập và phân tích dữ liệu thô của họ một cách hiệu quả hơn. Ngày nay, các tổ chức càng cần phải có khả năng truy cập ngay lập tức vào dữ liệu của mình để đưa ra các quyết định chính xác về hiệu suất hoạt động và các hoạt động kinh doanh. Khi được áp dụng đúng cách, điện toán biên sẽ giúp các doanh nghiệp cải thiện tính an toàn và hiệu suất, tự động hóa các quy trình và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Dưới đây là những ưu điểm nổi bật của điện toán biên:
Giảm độ trễ và tăng tốc độ
Trong nhiều lĩnh vực, công nghệ yêu cầu tốc độ truyền dữ liệu gần như ngay lập tức. Ví dụ, trong một phần bộ phận của hệ thống robot trong một nhà máy, nếu có sự cố xảy ra trong quá trình sản xuất khiến robot không thể tiếp tục hoạt động một cách an toàn, việc áp dụng điện toán biên sẽ giúp robot đó nhận thông tin về sự cố ngay lập tức để có thể dừng hoạt động, tránh gây ra những tình huống nguy hiểm.
Cải thiện bảo mật dữ liệu
Với Edge Computing, hầu hết dữ liệu được xử lý và lưu trữ trong cục bộ. Mọi thông tin cần được gửi lại cho trung tâm dữ liệu có thể sẽ được mã hóa trước khi chuyển đi. Các doanh nghiệp cũng sử dụng điện toán biên để tuân thủ các quy định về bảo vệ dữ liệu, ví dụ như Quy định chung về bảo vệ dữ liệu (GDPR), bằng cách giữ cho tất cả dữ liệu nhạy cảm gần nguồn của nó.
Thu thập dữ liệu từ xa
Việc thu thập dữ liệu từ các vị trí có kết nối và băng thông không ổn định là một thách thức đáng kể đối với các doanh nghiệp. Bằng cách triển khai khả năng điện toán và khả năng lưu trữ dữ liệu ở biên mạng, doanh nghiệp có thể thu thập và truyền dữ liệu ở các khoảng cách xa như từ các mỏ dầu, các khu công nghiệp ở xa hay các tàu biển rời bờ. Và để tăng cường tính kết nối, thu thập dữ liệu từ các chuẩn kết rối như RS232/RS485, các thiết bị cần kết nối thông qua bộ chuyển đổi RS485 Ethernet.
Tăng năng suất
Doanh nghiệp có thể nâng cao hiệu suất hoạt động và công việc của nhân viên thông qua việc phản hồi thông tin một cách nhanh chóng hơn. Bằng cách phân tích dữ liệu thu thập từ nguồn, doanh nghiệp có thể cải thiện các khu vực cơ sở, cải thiện cơ sở hạ tầng hoặc những thiết bị đang hoạt động không hiệu quả. Edge Computing có thể được kết hợp với công nghệ học máy và trí tuệ nhân tạo để thu thập thông tin kinh doanh chính xác và chi tiết, giúp nhân viên và doanh nghiệp hoạt động hiệu quả hơn.
Với ưu điểm nổi bật trong việc tăng cường năng suất, việc áp dụng công nghệ điện toán biên vào quá trình hoạt động và sản xuất sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu quy trình sản xuất và kinh doanh. Tuy nhiên, để tận dụng công nghệ này một cách tối ưu nhất, doanh nghiệp nên thực hiện quá trình chuyển đổi số. Điều này mang lại lợi ích như tăng năng suất, hiệu quả, giảm chi phí và cải thiện trải nghiệm khách hàng.
A.I Tech là đơn vị chuyên cung cấp các giải pháp chuyển đổi số hàng đầu trên thị trường hiện nay. Nếu bạn quan tâm đến vấn đề này, hãy liên hệ với A.I Tech thông qua form liên hệ trên website hoặc gọi đến HOTLINE 0949491355 để nhận được sự tư vấn nhanh chóng và cụ thể nhất từ đội ngũ của chúng tôi.
Giảm chi phí
Việc truyền tải một lượng lớn dữ liệu từ nguồn ban đầu đến các trung tâm dữ liệu tập trung có thể đòi hỏi lượng chi phí lớn do yêu cầu băng thông lớn hơn. Bằng cách sử dụng mô hình Edge Computing, nơi mà người dùng chỉ cần gửi đi dữ liệu cần thiết, bạn có thể cắt giảm lượng dữ liệu được truyền từ các trang web đến trung tâm dữ liệu. Dựa vào khối lượng dữ liệu mà doanh nghiệp của bạn cần phải gửi đi và xử lý, bạn có thể tiết kiệm được một lượng lớn chi phí hoạt động.
Hiệu năng đáng tin cậy
Edge Computing thường xuất hiện ở những vùng xa xôi, nơi mà kết nối Internet không phổ biến. Bằng cách thiết lập môi trường điện toán biên, doanh nghiệp có thể đảm bảo rằng các hoạt động của họ sẽ được xử lý, phân tích và lưu trữ dữ liệu một cách đáng tin cậy. Điều này làm giảm thiểu nguy cơ mất kết nối hoặc gián đoạn mạng một cách đáng kể, từ đó đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định cho doanh nghiệp.
Ứng dụng của Edge Computing trong các lĩnh vực
Nhờ vào khả năng truyền dữ liệu nhanh và độ trễ thấp, cùng với sự dễ dàng trong việc triển khai thiết bị biên, điện toán biên đã trở thành một công nghệ phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng của Edge Computing trong các lĩnh vực điển hình.
Công nghiệp sản xuất
Sự phát triển đáng kể của các thiết bị Internet vạn vật (IoT) như hệ thống cảm biến và bộ điều khiển đã thúc đẩy việc sử dụng điện toán biên trong ngành sản xuất. Các nhà sản xuất áp dụng các giải pháp điện toán biên để tự động hóa quy trình sản xuất, thu thập dữ liệu tại chỗ, nâng cao hiệu quả sản xuất, và tạo điều kiện cho các máy móc giao tiếp với nhau một cách nhanh chóng.
Công nghiệp năng lượng
Các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực công nghiệp năng lượng thường áp dụng mô hình Edge Computing để thu thập và lưu trữ thông tin về các cấu trúc như giàn khoan dầu, tua-bin gió, khu mỏ khí và trang trại năng lượng mặt trời.
Các tổ chức khai thác giàn khoan thường sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo tại điểm biên để kịp thời phát hiện các rủi ro, tối ưu hóa quy trình và kiểm tra hiệu suất một cách chính xác nhất. Điện toán biên giúp ngành năng lượng tăng cường hiệu quả hoạt động khai thác, đảm bảo an toàn cho người làm và dự đoán đúng thời điểm cần tiến hành quá trình bảo trì.
Chăm sóc sức khỏe
Các thiết bị biên hỗ trợ bác sĩ, y tá theo dõi các thông số quan trọng của bệnh nhân như nhiệt độ và đường huyết. Nhờ Edge Computing, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe có thể lưu trữ dữ liệu cục bộ về bệnh nhân này và nâng cao khả năng đảm bảo quyền riêng tư cho họ. Các cơ sở y tế cũng giảm bớt việc gửi dữ liệu đến các trung tâm và giảm nguy cơ mất mát dữ liệu.
Phương tiện tự hành
Các phương tiện tự hành như xe tự lái được trang bị các cảm biến IoT nhằm mục đích thu thập dữ liệu với tốc độ cao mỗi giây. Các cảm biến này yêu cầu xử lý dữ liệu ngay lập tức để cung cấp phản hồi tức thì và không thể phụ thuộc vào máy chủ từ xa để đưa ra quyết định trong thời gian ngắn.
Ngoài ra, việc các phương tiện tự lái giao tiếp trực tiếp trước với nhau sẽ giúp đưa ra tương tác hiệu quả hơn, thay vì phải gửi dữ liệu về thời tiết, tình trạng giao thông, tai nạn hoặc những con đường phức tạp về máy chủ từ xa. Edge Computing là một công nghệ quan trọng giúp đảm bảo an toàn và khả năng dự đoán chính xác điều kiện trên đường đi.
Nhược điểm còn tồn tại của điện toán biên
Ngoài các lợi ích đáng chú ý của điện toán biên mà A.I Tech đã giới thiệu trong nội dung phần trước, việc áp dụng mô hình này vẫn mang theo một số hạn chế nhất định, cụ thể có thể kể đến như:
- Thiếu cơ sở vật chất tại chỗ: Edge Computing tiến hành phân tích và xử lý dữ liệu tại điểm biên, nơi mà các máy chủ gần nhất được đặt tại đó, nhưng đôi khi các khu vực ít phát triển có thể gây khó khăn trong việc triển khai cơ sở hạ tầng điện toán biên, từ đó làm giảm hiệu quả tối đa của mô hình này.
- Chi phí đầu tư lớn: Dù điện toán biên mang lại nhiều lợi ích và khả năng tiết kiệm băng thông cũng như khả năng xử lý dữ liệu đám mây, nhưng chi phí ban đầu để triển khai một hệ thống mạng biên không hề nhỏ. Việc phải đầu tư vào một lượng lớn thiết bị và phân tán chúng đến nhiều vị trí địa lý có thể mang lại trở ngại cho cả các doanh nghiệp lớn.
- Khó giám sát và xử lý các vấn đề an ninh: Đây là một thách thức phổ biến của điện toán phân tán, khi có quá nhiều điểm biên không đồng đều về khả năng bảo mật, việc giám sát và kiểm soát trở nên khó khăn hơn nhiều so với điện toán tập trung.
- Mất mát dữ liệu: Ở điểm biên, các dữ liệu được coi là không quan trọng thường bị loại bỏ trong quá trình xử lý để tối ưu hóa khối lượng tác vụ được gửi lên đám mây. Tuy nhiên, điều này cũng mang theo rủi ro vì trong một số trường hợp, các thiết bị biên có thể đánh giá sai vai trò và tầm quan trọng của dữ liệu. Trong tình huống này, việc truy vết và khôi phục dữ liệu trong mô hình điện toán biên trở nên rất phức tạp.
Lời kết
Edge Computing đang ngày càng trở nên phổ biến và dự kiến sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai. Với sự gia tăng của Internet of Things (IoT) và các ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp, điện toán biên sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu của thế giới kỹ thuật số ngày nay và tương lai. Đối với các doanh nghiệp và tổ chức, hiểu biết về điện toán biên có thể là yếu tố quyết định trong việc nâng cao hiệu suất và cạnh tranh trong thị trường ngày nay.
Trong bài viết này, A.I Tech đã cùng bạn khám phá sâu hơn về mô hình điện toán biên, từ định nghĩa cơ bản đến cách thức hoạt động, ưu điểm và ứng dụng của nó trong thực tiễn. Nếu còn bất kỳ thắc mắc hay vấn đề nào cần giải đáp, đừng ngần ngại, hãy nhanh tay nhấc máy và liên hệ đến HOTLINE 0949491355 để được hỗ trợ và tư vấn chi tiết nhất nhé!
