ما المقصود بشبكة الحافة؟

ويُطلَق عليها اسم شبكات الحافة لأن قدرات معالجة البيانات والتطبيقات فيها تتركّز عند أطراف الشبكات، حيث توجد أجهزة الحافة. ويمثّل هذا التغيير في موقع المعالجة عاملًا محوريًا، إذ يتيح للمؤسسة، عبر نقل مهام سير العمل هذه إلى حافة الشبكة، تحقيق سرعة أكبر في التشغيل ومستوى أعلى من الأمان في الأداء.

وتُسهم شبكات الحافة في مجال حوسبة الحافة عمومًا، وهي إطار حوسبة موزّعة يقرِّب تطبيقات المؤسسات من موضع إنشاء البيانات وموضع تنفيذ الإجراءات. تساعد حوسبة الحافة المؤسسات على الحدّ من زمن الانتقال، وفي الوقت نفسه تحسين سرعات الشبكة وزيادة عرض النطاق الترددي وتعزيز الموثوقية. وينتج عن ذلك تحليل للبيانات أسرع وأكثر شمولًا، ورؤى أعمق، وأزمنة استجابة أقصر، وتجارب أفضل للمستخدمين. يمكن لحوسبة الحافة استيعاب البيانات التي تُنشئها أجهزة الحافة الطرفية القريبة وتنقلها، ثم استخدام برنامج قائم على التعلم الآلي لتحليل تلك البيانات واستخلاص إرشادات عملية استنادًا إلى نتائج هذا التحليل.

يقدّم مزوّدو الخدمات مجموعة متنوعة من الحلول تناسب احتياجات الحوسبة لدى كل شركة. تمثّل استراتيجية شبكة الحافة نموذجًا مختلفًا للحوسبة، إذ لا تستهدف نقل المعالجة إلى مرافق تخزين البيانات، بل نقل وظائف الأصول بعيدًا عن مراكز البيانات إلى أجهزة الحافة المتصلة بهذه الشبكة.

قبل المتابعة، من المهم توضيح المقصود بمصطلح "أجهزة الحافة". يُعد هذا المصطلح عنصرًا أساسيًا لفهم شبكات الحافة، غير أنه ينبغي النظر إليه في سياقه المحدّد، لأنه يغطّي عدة دلالات مختلفة.

ففي أحد معانيه، يشير إلى الأجهزة التي تعمل كنقطة دخول إلى شبكات مختلفة، وتؤدي دور البوابات التي تربط بين شبكة وأخرى. وتُعدّ أجهزة التوجيه مثالًا مهمًا على أجهزة الحافة، وكذلك مفاتيح التوجيه والأجهزة التي تتيح الوصول إلى شبكات SD-WAN (الشبكات واسعة النطاق المعرفة بالبرمجيات). وفي بعض الحالات، يمكن استخدام جدار الحماية للغرض نفسه، أي ربط الشبكات ببعضها. وبالمثل، تُعد خوادم الحافة شكلًا آخر من أجهزة الحافة، إذ توفّر هي الأخرى وسيلة للاتصال بشبكات أخرى.

غير أن هذا لا يمثّل سوى أحد أوجه استخدام المصطلح. كما يشمل المصطلح أجهزة حوسبة الحافة التي تندرج عادةً تحت تصنيف إنترنت الأشياء (IOT)، والتي تُصمَّم لجمع البيانات وإرسالها لاسلكيًا. وتشمل أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) أنواعًا مختلفة من المُشغِّلات، والأجهزة المنزلية، وأجهزة الاستشعار، وتُستخدم على نطاق واسع لدى المستهلكين وفي مختلف القطاعات الصناعية.

وتشير التوقعات إلى أنه بحلول عام 2030 سيكون هناك ما يقرب من 30 مليار جهاز من أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) قيد الاستخدام حول العالم. وبالنظر إلى أن هذا التوقّع يعني زيادة تقارب 13 مليار جهاز مقارنةً بمستويات عام 2024، فمن الواضح أن عدد أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) قيد الاستخدام سيواصل الارتفاع بشكل كبير وبوتيرة مستقرة، مع استمرار دمج هذه التقنية في مزيد من المنازل والمصانع حول العالم.

وفي كلا السوقين، تتخذ أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) أشكالًا متعددة. ويضمّ سوق المستهلكين أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) المتنوعة، مثل أجهزة المنزل الذكي (كالثلاجات، وأجهزة الإضاءة، وأجهزة تنظيم الحرارة، وأنظمة التحكم في أمن المنزل)، ومحطات الدفع المتطوّرة، بل وحتى التقنيات القابلة للارتداء.

أمّا على الصعيد الصناعي، فتُسهم أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) في تعزيز عمليات سلسلة التوريد عبر المراقبة المستمرة لعوامل مثل المسارات المحدّدة (وأي تعقيدات مرورية عليها)، وأوزان الشحنات المنقولة، ودرجات الحرارة المطلوبة للحاويات. كما تدعم أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية عملياتٍ تجارية رئيسية أخرى، مثل تتبّع الأصول، والصيانة التنبؤية، وإجراءات ضمان مراقبة الجودة. وإضافةً إلى ذلك، تُمكّن تطبيقات وأجهزة إنترنت الأشياء (IOT) الصناعية من تبنّي استخدامات متقدّمة، مثل توصيل السلع باستخدام الطائرات بدون طيار.

بالنسبة للمؤسسات التي تواجه مشكلات زيادة الضغط على مراكز البيانات، توفّر شبكات الحافة مجموعة كبيرة من الفوائد العملية.

تتمثّل أبرز فائدة لشبكات الحافة في رفع معدلات نقل البيانات وتحسين معدل الإنتاجية، بفضل تقليل زمن الانتقال مقارنةً بالشبكات التقليدية. ويمكن أن تصل سرعات التنزيل إلى نحو 384 كيلوبِت في الثانية، أي أسرع بما يتراوح بين مرّتين وثلاث مرات من سرعات الشبكات العادية.

وتساعد شبكات الحافة المؤسسات على إحكام الرقابة على خدمات الشبكة لديها من منظور أمن الشبكات، من خلال تعزيز ضوابط التحكم في الوصول، وفحص حزم البيانات، وفك تشفير البيانات عند الحاجة. كما تضيف شبكات الحافة طبقة متكاملة من الأمن الإلكتروني إلى البنى الأساسية للشبكات.

لتحقيق معدل تدفّق ثابت للبيانات، تتميَّز شبكات الحافة بعرض نطاق ترددي عالٍ يرتبط عادةً بحوسبة الحافة. في شبكات الحافة، يُقرَن هذا النطاق الترددي المرتفع بانخفاض كبير في زمن الانتقال، مما يعزِّز الوصول إلى معلومات الشبكة في الوقت الفعلي.

من السمات الأساسية لشبكات الحافة مستوى موثوقيتها المرتفع. ويُعزَى ذلك إلى الانتشار شبه الواسع لأجهزة الحافة. فهذه الأجهزة تخزِّن البيانات وتعالجها، وتعمل مع مراكز بيانات الحافة للتعامل مع مشكلات الاتصال الشبكي العَرَضية والتغلّب عليها.

ظهرت شبكات الحافة استجابةً لمشكلة معيّنة. ولتتبُّع نشأتها بدقة، يلزم التطرُّق إلى تطوّر مراكز البيانات فائقة النطاق، التي أُنشئت هي الأخرى لمعالجة مشكلة محددة. ورغم أن العديد من المؤسسات الصغيرة والمتوسطة يمكن أن تجني فوائد واضحة من شبكات الحافة (مثل تحسين قابلية التوسّع)، فإن هذه الشبكات طُوِّرت في الأصل كإجراء مضاد لمعالجة ازدحام مراكز البيانات فائقة النطاق، التي تكون بطبيعتها ضخمة الحجم وتخدم أساسًا الشركات الكبرى القادرة على تحمُّل تكلفتها الباهظة، التي قد تصل إلى ملايين أو حتى مليارات الدولارات.

بدأ كل ذلك في تسعينيات القرن الماضي مع بدء استخدام شبكات توصيل المحتوى (CDN). تُعد شبكة توصيل المحتوى (CDN) مجموعة من الخوادم الموزَّعة جغرافيًا، تتيح تخزين المحتوى مؤقتًا بالقرب من المستخدمين. وقد أتاحت شبكات توصيل المحتوى تقديم محتوى الويب والفيديو وتخزينه في مراكز البيانات.

وكانت مراكز البيانات تطوّرًا طبيعيًا لمفاهيم راسخة مثل الحوسبة السحابية والمُحاكاة الافتراضية. ومع ذلك، ومع بدايات العقد الأول من الألفية الثالثة، بدأت شركات كثيرة تتجاوز قدرات مراكز البيانات التي تشغّلها محليًا، الأمر الذي حفّز إنشاء مراكز بيانات فائقة النطاق تُبنى أو تُستأجَر ضمن مرافق الاستضافة المشتركة. علاوة على ذلك، كانت كثير من المؤسسات بحاجة إلى قدر أكبر من قابلية التوسّع، إضافةً إلى مساحة تخزين أكبر، للتعامل مع أحمال التشغيل الضخمة لديها.

وقد قدّمت مراكز البيانات فائقة النطاق هذه مستوى قابلية التوسّع المطلوب، إلى جانب القدرة والمساحة وعرض النطاق الترددي اللازم لتشغيل تطبيقات متعددة داخل هذه المرافق فائقة النطاق حسب الحاجة. وسرعان ما بدأت هذه المراكز فائقة النطاق في الظهور حول العالم، مقدِّمةً قدرات حوسبة شبكية على نطاق واسع للغاية. ويُعرِّف قطاع التقنية مراكز البيانات فائقة النطاق، وفقًا لشركة International Data Corporation (IDC)، بأنها المراكز التي تستخدم ما لا يقل عن 5000 خادم وتشغل مساحة أرضية لا تقل عن 10,000 قدم مربعة.

وهذا يقودنا إلى المشكلة الراهنة لمراكز البيانات فائقة النطاق، التي باتت، للمفارقة، تعاني اليوم من مشكلات في تخزين البيانات. فعندما تبنّت شركات كثيرة مراكز البيانات فائقة النطاق، افترضت أن لديها أخيرًا المساحة وعرض النطاق الكافيين لتخزين جميع أشكال البيانات الممكنة. وقد تحقق ذلك بالفعل، لكن بثمنٍ تمثّل في زيادة زمن الانتقال وانخفاض معدّلات نقل البيانات. ما النتيجة؟ أصبح بعض هذه المراكز فائقة النطاق مكتظًا إلى حدٍّ يقترب من طاقته القصوى، بحيث لم يعُد قادرًا عمليًا على العمل بكفاءة.

وقد أوجدت هذه المشكلة حاجة واضحة إلى تطوير شبكات الحافة. وقد أوجدت هذه المشكلة حاجة واضحة إلى تطوير شبكات الحافة. وقد درست شركة الأبحاث Gartner وضع شبكات الحافة في عام 2023، وأفادت بأن 69% من المشاركين من المديرين التنفيذيين للمعلومات (CIO) ذكروا أن مؤسساتهم إمّا بدأت بالفعل في استخدام حلول حوسبة الحافة أو تخطّط للقيام بذلك بحلول منتصف عام 2025.

في السوق الأمريكية وحدها، يتّضح النمو المتسارع واعتماد تقنية شبكة الحافة على نطاق واسع. وبيّن تقرير عن سوق حوسبة الحافة على مستوى العالم Global Edge Computing Market Report أن حجم سوق شبكات الحافة في الولايات المتحدة بلغ 7.44 مليارات دولار أمريكي في عام 2021. وتوقّعت المجموعة نفسها من تحليلات السوق أن يصل هذا الرقم إلى 157.9 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030، وهو ما يعادل معدل نمو سنوي ثابت وكبير نسبته 37.9%.

على الرغم من أن مراكز البيانات فائقة النطاق منحت المؤسسات قابلية توسّع عالية، فإنها لا تزال خاضعة لمشكلات السعة نفسها التي تواجه مراكز البيانات التقليدية؛ أي إنه كلما زادت حمولة البيانات التي تنقلها، زادت قابليتها للتأثر بانخفاض معدلات نقل البيانات.

وتعمل شبكات الحافة على تخفيف الضغط عن البنية التحتية للشبكة، بما يتيح خفض معدلات زمن الانتقال وزيادة سرعات الإرسال. وتحقّق شبكات الحافة ذلك من خلال اعتماد نموذج شبكة موزَّعة تُوزَّع فيه مهام الحوسبة المختلفة على مجموعة متنوعة من الأصول، لتحقيق توازن عام في الأحمال وتعزيز سرعات نقل البيانات.

يتضمّن مركز شبكة الحافة نواة المعالجة الخاصة بها (على نحو يشبه نواة الذرّة تقريبًا)، أما نقاط النهاية التي تمتدّ مبتعدة عن ذلك الموضع المركزي فتشبه الذرّات الثابتة عند أطراف الجزيء. وفي نموذج شبكة الحافة، تمثّل نقاط النهاية هذه (أو العُقد) المواقع التي توجد فيها أجهزة الحافة، سواء كانت وظيفتها ربط الشبكات أو تنفيذ طيف واسع من مهام المعالجة.

وتكتسب الشبكات الموزَّعة قوة إضافية عندما تتكامل مع عتاد حوسبة الحافة، مما يخلق وضعًا تآزريًا يُجمَع فيه الأداء الأعلى للشبكات الموزَّعة مع مستويات زمن الانتقال المنخفضة المرتبطة بشبكات الحافة وأجهزة الحافة.

يمكن للصناعات وحالات الاستخدام المبيَّنة أدناه أن تجني فوائد كبيرة من تطبيق شبكة الحافة.