حالات استخدام حوسبة الحافة: ثماني طرق تستفيد من خلالها المنظمات من حوسبة الحافة

تحدد حوسبة الحافة "مواقع" مختلفة عند تحديد المناطق التي تتم فيها وظائف الحوسبة. حوسبة الحافة هي إطار العمل الذي ينقل الموارد من مركز البيانات إلى مواقع بعيدة داخل طبقة التنفيذ بالقرب من الحدود الخارجية لبيئة الحوسبة. يساعد هذا الأسلوب على تقليل زمن الانتقال وتعزيز الأمان وزيادة الكفاءة.

وتؤدي الإضافات الجديدة للبيانات التي تم إنشاؤها من خلال إنترنت الأشياء إلى تفاقم هذا الوضع، ما يزيد من الحجم الإجمالي وتعقيد إدارة البيانات. تقوم أجهزة إنترنت الأشياء (IOT) هذه (وتسمى أيضًا الأجهزة الذكية) بإنشاء البيانات وتوليدها بشكل مستقل.

تُعد عمليات النشر على الحافة رد فعل على نظام المؤسسة المركزي المكتظ والمليء بالحمل الزائد. وفي نظام حوسبة الحافة، يتم تحسين موارد الحوسبة وهي جاهزة للاستخدام الفوري.

انظر إلى الجزيء الذي يحتوي على ذرات في مدارات مختلفة تدور حول نواة. افترض الآن أن الجزيء هو بيئتنا الحاسوبية. في حالات المؤسسات العادية، يتم توزيع قوة الحوسبة على مركز بيانات مركزي (النواة). وتشير الذرات الموجودة في المدارات الخارجية حول النواة إلى أجهزة الحافة التي تأخذ اتجاهها من مركز البيانات.

فبدلاً من ذلك، تحدث التفاعلات بين مصادر البيانات المدارية هذه عند أو بالقرب من مكان وجودها الفعلي، أي عند حدود شبكة الوصول أو داخلها، على حافة الشبكة. وبما أن مسافة التنقل التي تقطعها هذه البيانات قد تم تقصيرها بشكل كبير، فقد أدى هذا إلى انخفاض معدلات زمن الانتقال بشكل كبير.

يدير العديد من مزودي الخدمات بنية تحتية لحوسبة الحافة ويضعون موارد الحوسبة عند أو داخل طبقة التنفيذ على حدود شبكة الوصول. طبقة التنفيذ هي نطاق يقع بالقرب من الحافة الخارجية لبيئة الحوسبة التي تدير عملية تعيين مهام الحوسبة وتنفيذها وإتمامها. ويتيح وضع الأصول بالقرب من طبقة التنفيذ لحوسبة الحافة إمكانية تقديم أداء أسرع للمهام.

يمكن أن يشمل مقدمو الخدمات المختلفون، الذين ينشئون معًا نظامًا بنائيًا رقميًا، الموردين والتطبيقات ومقدمي خدمات البيانات التابعين لجهات خارجية. كما يُمكن استخدام أجهزة الحافة في المواقف المحلية.

فيما يلي بعض الميزات الأساسية التي يمكن تحقيقها باستخدام حوسبة الحافة.

فيما يلي بعض الأمثلة الأساسية لحوسبة الحافة وكيف تستخدمها الصناعات المختلفة.

المركبات ذاتية القيادة (AVs) هي سيارات وشاحنات ذاتية القيادة تستخدم حوسبة الحافة لتعزيز أنظمة الملاحة. تقوم هذه الأنظمة بجمع وتفسير سيل لا ينتهي من البيانات التي توفرها مختلف مدخلات أجهزة الاستشعار، مثل الرادار وLiDAR وكاميرات المرور. مع تطور حالات حركة المرور باستمرار، يجب على نظام الملاحة تفسير هذه البيانات والتصرف بناء عليها في الوقت الفعلي.

تعرف وزارة الطاقة المركبات ذاتية القيادة على أنها مركبات مجهزة بالتقنيات التي يمكنها تشغيل تلك السيارة دون تحكم مباشر من السائق. ويوجد الآن ما لا يقل عن 25 شركة صناعة سيارات مختلفة بدأت بالفعل شكلا من أشكال تنفيذ مركبات ذاتية القيادة (AV). وتضم هذه المجموعة الشركات المصنعة الرائدة مثل BMW وFord وMercedes-Benz Group AG وTesla وCadillac.

وقد دخلنا الآن مرحلة التنفيذ حيث يختبر المصنعون نماذجهم الأولية. وهناك العديد من الجوانب التي تجعل هذه المرحلة من التطوير صعبة بشكل خاص.

بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار المركبات ذاتية القيادة ولا يزال يجري اختبارها في ظروف حركة المرور الفعلية، حيث يمكن أن تتغير ظروف القيادة على الفور تقريبًا. والآن، بينما يقوم صانعو السيارات بدمج التقنيات التي قد تجعل بعض السائقين أقل اهتمامًا بمهام القيادة، فإنهم يتخذون تدابير لمعالجة التشتيت المحتمل. فهم يعملون أيضًا على إضافة ميزات لضمان استمرار تركيز برنامج التشغيل.

على سبيل المثال، يحتفظ نظام Mercedes Drive Pilot بكاميرا مثبتة على لوحة القيادة وموجهة نحو وجه السائق. لذا، بينما يمكن للسائق تسلية نفسه بلعب لعبة فيديو حقيقية على لوحة المعلومات، فإن النظام يراقب نشاطه. إذا استشعرت الكاميرا أنها غادرت مقعد السائق أو كانت عاجزة (بسبب النوم العرضي)، فإنها تتوقف. وهذا النظام قيد الاختبار بوصفه برنامج بدء تشغيل في ولاية نيفادا، حيث يمكن قيادة هذه السيارات، ولكن بسرعات لا تزيد على 40 ميلاً في الساعة.

هناك نقطة مهمة أخرى يجب أخذها في الحسبان وهي المسألة الشائكة المتعلقة بإدارة حركة المرور. حيث تعمل حوسبة الحافة على معالجة مشاكل إدارة المرور من خلال معالجة البيانات التي يتم جمعها عند تقاطعات المرور محليًا. ينطوي هذا التقدم على فائدة، مثل زيادة سلامة المشاة وتحسين ظروف حركة المرور وتنسيق أكثر سلاسة لمسار سيارات الطوارئ.

حتى أن حوسبة الحافة تدعم "الشاحنات ذاتية القيادة" لقوافل الشاحنات، حيث يقود مشغل بشري الشاحنة الرئيسية. تظل الشاحنات التي تقف خلفها متصلة في سلسلة افتراضية وفي خطوة كاملة من خلال التحكم في إشارات الراديو.

إلى جانب القدرة على التنقل في الطرقات، يجب تدريب المركبات ذاتية القيادة على شارك الطريق وإجراء تعديلات مؤقتة على القيادة السيئة من برنامج التشغيل، ومن المركبات ذاتية القيادة الأخرى. علاوة على ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية تأتي مع المزيد من تكاليف البنية التحتية. وتشمل هذه التكاليف نفقات تعديل ميزات حركة المرور بأجهزة الحافة مثل مستشعرات إنترنت الأشياء (IOT) للتواصل الفوري مع المركبات ذاتية القيادة المارة وتحديثها بشأن أنماط حركة المرور المتغيرة أو تحديثات البناء أو تحذيرات الطقس.

تضفي حوسبة الحافة لمسة جديدة على Content Delivery Network، ما يساعد فناني الأداء ومواهبهم في الوصول إلى طيف أوسع من الجمهور. ويتم ذلك من خلال استخدام ذاكرة التخزين المؤقت للحفاظ على صفحات الويب والموسيقى ومحتوى بث الفيديو على الحافة. وهذه هي الطريقة التي يمكن بها لحوسبة الحافة خفض مستويات زمن الانتقال وضمان تشغيل الفيديو والصوت بجودة أفضل عندما يقوم المستهلك ببث المحتوى.

يتم استخدام نفس المبدأ الأساسي من قبل الناشرين الذين يقدمون تجارب ألعاب قائمة على السحابة، حيث يتم لعب الألعاب في خوادم بعيدة توجه حركة اللعبة إلى شاشة اللاعب. ويستفيد هؤلاء الناشرون وألعابهم أيضًا من زمن الانتقال المنخفض لحوسبة الحافة، مما يساعد بشكل كبير تطبيقات الواقع الافتراضي (VR).

ولعل الاستخدام الأكثر أهمية للحوسبة المتطورة يكون في المستشفيات والمرافق الطبية الأخرى، حيث يمكن أن تعني سرعة المعلومات حرفيًا الفرق بين الحياة والموت، حيث تعمل حوسبة الحافة على مكافحة زمن الانتقال من خلال معالجة البيانات المحلية بحيث يمكن توجيه بيانات المريض الرئيسية على الفور إلى المتخصصين في الرعاية الصحية لتحليل المعلومات الصحية في الوقت الفعلي.

باستخدام حوسبة الحافة، يمكن للأطباء الحصول على المعلومات التي يحتاجون إليها في الوقت الفعلي ويمكن لطاقم التمريض إنشاء لوحات معلومات كاملة للمرضى. ويصبح هذا الوصول إلى البيانات أكثر أهمية مع خطورة الإجراءات الجراحية، وتعتمد المستشفيات على حوسبة الحافة في أثناء الإجراءات التي يتم التحكم فيها عن بُعد، مثل العمليات الجراحية بمساعدة الروبوت.

ولحوسبة الحافة ميزات أخرى يستفيد منها القطاع الصحي. كما هو الحال، هناك حالات لا حصر لها في المستشفيات حيث لا تكون أجهزة المراقبة المختلفة ومعدات التشخيص الأخرى متصلة. سيكون البديل عن فقدان هذا التدفق المستمر من البيانات المفيدة بالنسبة لمقدمي الرعاية الصحية عادةً تخزين البيانات على سحابة تابعة لجهة خارجية.

ولكن هناك مجال رئيسي آخر ظهر في السنوات الأخيرة وهو خصوصية المريض. تم تصميم القوانين والمعايير التي يتم إنفاذها من خلال بروتوكولات قانون إخضاع التأمين الصحي لقابلية النقل والمساءلة (HIPAA) جزئيًا للمساعدة في ضمان حقوق خصوصية البيانات للمواطنين الأمريكيين. وتدعم حوسبة الحافة هذه المعايير من خلال السماح بمعالجة البيانات محليًا، بدلاً من معالجتها على سحابة جهة خارجية، والتي يمكن أن تعاني من مخاطر أمنية.

المصانع مليئة بالفرص لاستخدام حوسبة الحافة. تساعد حوسبة الحافة في تنسيق جهود الأتمتة وفي التأكد من وجود إمدادات كافية من الأصول الخام اللازمة للتصنيع.

إحدى الطرق القيمة التي تساعد بها حوسبة الحافة جهود التصنيع هي من خلال التعلم الآلي البسيط (tinyML)، والذي يدعم ممارسات الصيانة التنبئية من خلال العثور على حالات خلل في التصنيع. تشمل النتائج الإيجابية للتشغيل الصغير للغاية الكشف المبكر عن الصيانة، وتقليل فترات التعطل، والحد من زمن الانتقال، وتقليل التكاليف التشغيلية.

تعتمد التقنية القابلة للارتداء على حوسبة الحافة لتزويد المستخدمين النهائيين بملابس متطورة تؤدي وظائف تقنية، مثل السترات التي تحتوي على قواعد شحن للأجهزة الإلكترونية.

غالبًا ما تتم مناقشة الزراعة في سياق الاستدامة، ولكن هناك أيضًا الجانب التصنيعي للزراعة، تضمن حوسبة الحافة أن تحافظ المزارع في المناطق الريفية على اتصال موثوق به عالي السرعة. يُعد هذا الاتصال المستقر ضروريًا للاستفادة من التطبيقات الزراعية المتقدمة التي تعزز الكفاءة والإنتاجية. وتمكن حوسبة الحافة المزارعين من استخدام الشبكات اللاسلكية الخاصة في المناطق الريفية، ما يدعم استخدامهم للأتمتة وتحليلات البيانات. ومن خلال منح المزارعين إمكانية الوصول إلى المعلومات في الوقت الفعلي، يمكن تعظيم إنتاج المحاصيل وتحسين كفاءتها.

في سعيهم لتقديم  تجربة ممتعة للعملاء، يبحث تجار التجزئة دائمًا عن ميزة تنافسية. وتمنح حوسبة الحافة موفري البيع بالتجزئة عدة طرق لإنشاء تجارب مستخدم لا تنسى. وفيما يتعلق بكثير من تجار التجزئة، توفر الحوسبة الشبكية طريقة أخرى للتقدم على المنافسين، خاصة في مجال التجارة الإلكترونية. والحوسبة الشبكية هي نوع من الحوسبة الموزعة حيث تعمل مجموعة من الآلات و/أو الشبكات معًا لغرض حوسبة مشترك.

بالإضافة إلى ذلك، هناك تقنية جديدة تسمح باستخدام تقنية التعرف على الوجه مع العملاء. عند دمجها بالكامل، تمكن هذه التقنية التخزين من الحفاظ على خطوط الخروج تعمل بسرعة.

تتضمن الحجة القوية الأخرى لاستخدام حوسبة الحافة جهود إعادة التوريد للتأكد من أن المخزون يواكب طلب المتجر. يمكن تحقيق هذا النهج باستخدام الكاميرات وعلامات RFID ونشر برنامج التعرف على الكائنات باستخدام معلومات المنتج الحالية.

علاوة على ذلك، أثناء تصفح هؤلاء المستهلكين في المتجر، يمكنهم تلقي تذكيرات مفيدة وتوصيات بالمنتج تدور حول عمليات الشراء السابقة. ويساعد هذا الاهتمام بالتفاصيل في خلق تجربة تسوق أكثر ثراء وتخصيصًا.

لا توجد قضية أكثر أهمية تحيط بالحوسبة من أمن البيانات، وقد تم تصميم حوسبة الحافة لتعزيز الأمان. يبدأ الأمر عند "البوابة الأمامية" من خلال محاولة منع برنامج ضار من إصابة أنظمة الكمبيوتر الخاصة بالمؤسسة من خلال تنفيذ بروتوكولات الأمن السيبراني التي تمنع برنامج ضار من الوصول إلى أهداف نقطة النهاية المقصودة داخل النظام.

ربما تحتاج جميع الصناعات على الأقل إلى بعض تدابير الأمن الإلكتروني الإضافية. لكن بعض الصناعات (مثل مقاولي الدفاع) لديها حاجة خاصة للأمن الذي يحل محل جميع الاعتبارات الأخرى. وبخصوص الشركات العاملة في مثل هذا الفضاء، توفر حوسبة الحافة أقصى درجات الأمان، باستخدام معالجة البيانات المحلية لحماية المعلومات المهمة من التعرض المحتمل للخطر الناشئ عن الحوسبة السحابية.

ويعد تعزيز الأمن أيضًا أمرًا بالغ الأهمية للمؤسسات المالية، وإحدى الطرق التي تساعد بها حوسبة الحافة شركات التقنية المالية هي توفير قدرات محسنة للكشف عن الاحتيال. وعندما تحدث معالجة البيانات بالقرب من مصدرها الأصلي، فإنها تسرع تحليل البيانات ويمكن اكتشاف المعاملات الاحتيالية بشكل أسرع.

نظرًا لأن حوسبة الحافة تقدم كثيرًا من الميزات المحتملة للشركات، فقد يكون من المفاجئ معرفة أنه يمكنها مساعدة البيئة كذلك. ومن طرق استخدام حوسبة الحافة لمساعدة البيئة، هي استخدامها لمراقبة الأنواع المحمية من الحياة البرية التي تعيش في الأماكن النائية، حيث يمكنها مساعدة مسؤولي الحياة البرية وحراس المتنزهات في تحديد أنشطة الصيد غير المشروع وإيقافها، وأحيانًا يتم الأمر قبل حدوث هذه الجرائم.

ومن الاستخدامات الأخرى المهمة للغاية لحوسبة الحافة إدارة الطاقة. وتدعم حوسبة الحافة استخدام الشبكات الذكية، والتي يمكنها توفير الطاقة بشكل أكثر كفاءة ومساعدة الشركات في تقليل بصمتها الكربونية. والحوسبة الشبكية هي نوع من الحوسبة الموزعة حيث تعمل مجموعة من الآلات و/أو الشبكات معًا لغرض حوسبة مشترك. ويتم استخدام الموارد بطريقة مثلى، ومن ثَمَّ تقليل كمية الهدر التي يمكن أن تحدث عند استهلاك كميات كبيرة من الطاقة.

عند الحديث عن إدارة الطاقة، تدعم حوسبة الحافة المراقبة عن بعد للأصول النفطية والغازية. هذا ليس بالأمر الهين، بالنظر إلى بعض الأماكن الوعرة التي يتم فيها حفر النفط —على سبيل المثال، قاع المحيط. وتعزز حوسبة الحافة استخدام التحليلات في الوقت الفعلي وتجعلها أقرب إلى الأصل المحدد، مما يحد من الحاجة إلى الاتصال السحابي.

بينما يقوم المهندسون المدنيون بصياغة التصاميم الحضرية، يقوم عدد متزايد منهم بتضمين المدن الذكية في تخطيطهم للمساعدة في دفع الابتكار المدني وزيادة الاستدامة. وعلى نفس المنوال، يستخدم المهندسون الحضريون حوسبة الحافة لمساعدتهم في حساب القياسات المتعلقة بالصيانة التنبؤية للهياكل، بالإضافة إلى التطبيقات المتعلقة بالسلامة الإنشائية العامة.

وبخصوص البلديات، تساعد حوسبة الحافة الحكومات المحلية ووكالات المرور وكيانات النقل المختلفة من خلال مساعدتها في إدارة أساطيلها من مركبات المدينة باستخدام أحدث الظروف في الوقت الفعلي. كما يمكن استخدام منصات حوسبة الحافة لتحليل أنماط حركة المرور وتخفيف الازدحام في تلك المناطق.

بالإضافة إلى هذه الخدمات، يمكن استخدام أجهزة الحافة لمعالجة بيانات الاستخدام في الميدان، أينما وجدت. ويمكن لموظفي البلدية استخدام أجهزة الحافة لالتقاط البيانات من البنية التحتية العامة وشبكات الطاقة ومصادر البيانات الأخرى التي قد تشير إلى الحاجة إلى اتخاذ إجراءات عاجلة.