الحوسبة الطرفية

الحوسبة الطرفية هي نموذج حوسبة موزعة يُقرّب عمليات الحساب وتخزين البيانات من مصادرها. وبشكل أعم، تشير إلى أي تصميم يُقرّب عمليات الحساب فعليًا من المستخدم، وذلك لتقليل زمن الاستجابة مقارنةً بتشغيل التطبيق في مركز بيانات مركزي . ^{[ 1 ]}

بدأ استخدام هذا المصطلح في التسعينيات لوصف شبكات توصيل المحتوى ، التي كانت تُستخدم لتوصيل محتوى المواقع الإلكترونية والفيديوهات من خوادم قريبة من المستخدمين. ^{[ 2 ]} وفي أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، توسعت هذه الأنظمة لتشمل استضافة تطبيقات أخرى، ^{[ 3 ]} مما أدى إلى ظهور خدمات الحوسبة الطرفية المبكرة. ^{[ 4 ]} وقد استطاعت هذه الخدمات القيام بمهام مثل البحث عن المتاجر، وإدارة سلال التسوق، وجمع البيانات في الوقت الفعلي، وعرض الإعلانات.

يرتبط إنترنت الأشياء (IoT)، حيث يتم توصيل الأجهزة بالإنترنت ، غالباً بالحوسبة الطرفية. ^{[ 5 ]}

تتضمن الحوسبة الطرفية تشغيل برامج حاسوبية تقدم استجابات سريعة بالقرب من مكان تقديم الطلبات . وقد وصف كريم عربي، خلال كلمته الرئيسية في مؤتمر IEEE DAC 2014 ^{[ 6 ]} ولاحقًا في ندوة MIT MTL عام 2015، الحوسبة الطرفية بأنها حوسبة تحدث خارج السحابة ، على حافة الشبكة، وخاصة للتطبيقات التي تحتاج إلى معالجة بيانات فورية. ^{[ 7 ]}

غالباً ما يُرادف الحوسبة الطرفية الحوسبة الضبابية ، لا سيما في الأنظمة الصغيرة. ^{[ 8 ]} مع ذلك، في التطبيقات الأوسع نطاقاً، مثل المدن الذكية ، تُشكّل الحوسبة الضبابية طبقةً مستقلةً بين الحوسبة الطرفية والحوسبة السحابية، ولكل طبقة مسؤولياتها الخاصة. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يشرح تقرير "حالة الحوسبة الطرفية" أن الحوسبة الطرفية تركز على الخوادم الموجودة بالقرب من المستخدمين النهائيين. ^{[ 11 ] ويُعرّف} أليكس ريزنيك، رئيس لجنة معايير ETSI MEC ISG، مصطلح "الحوسبة الطرفية" تعريفًا عامًا بأنه أي شيء ليس مركز بيانات تقليديًا. ^{[ 12 ]}

في مجال الألعاب السحابية ، عادةً ما تكون عقد الحافة، المعروفة باسم "الألعاب المصغرة"، على بُعد قفزة أو قفزتين من الشبكة من العميل، مما يضمن أوقات استجابة سريعة للألعاب في الوقت الفعلي. ^{[ 13 ]}

قد تستخدم الحوسبة الطرفية تقنية المحاكاة الافتراضية لتبسيط نشر وإدارة التطبيقات المختلفة على خوادم الحافة. ^{​​[ 14 ]}

في عام 2018، كان من المتوقع أن ينمو حجم البيانات العالمي بنسبة 61% ليصل إلى 175 زيتابايت بحلول عام 2025. ^{[ 15 ]} ووفقًا لشركة الأبحاث غارتنر، يتم إنشاء ومعالجة حوالي 10% من البيانات التي تولدها المؤسسات خارج مراكز البيانات المركزية التقليدية أو الحوسبة السحابية. وتتوقع الشركة أن تصل هذه النسبة إلى 75% بحلول عام 2025. ^{[ 16 ]} ويؤدي ازدياد أجهزة إنترنت الأشياء على حافة الشبكة إلى إنتاج كميات هائلة من البيانات، حيث يدفع تخزين واستخدام كل هذه البيانات في مراكز بيانات الحوسبة السحابية متطلبات عرض النطاق الترددي للشبكة إلى أقصى حد. ^{[ 17 ]} وعلى الرغم من التحسينات في تكنولوجيا الشبكات ، لا تستطيع مراكز البيانات ضمان معدلات نقل وأوقات استجابة مقبولة، وهو ما يُعد غالبًا شرطًا أساسيًا للعديد من التطبيقات. ^{[ 18 ]} علاوة على ذلك، تستهلك الأجهزة على الحافة باستمرار البيانات القادمة من الحوسبة السحابية، مما يُجبر الشركات على لامركزية تخزين البيانات وتوفير الخدمات، والاستفادة من القرب المادي من المستخدم النهائي.

وبالمثل، يهدف الحوسبة الطرفية إلى نقل عمليات الحوسبة من مراكز البيانات إلى حافة الشبكة، مستفيدةً من الأجهزة الذكية والهواتف المحمولة وبوابات الشبكة لأداء المهام وتقديم الخدمات نيابةً عن الحوسبة السحابية. ^{[ 19 ]} بنقل الخدمات إلى الحافة، يُمكن توفير تخزين مؤقت للمحتوى ، وتقديم الخدمات، وتخزين البيانات الدائم، وإدارة إنترنت الأشياء، مما يُؤدي إلى تحسين أوقات الاستجابة وسرعات النقل. في الوقت نفسه، يُثير توزيع المنطق على عُقد الشبكة المختلفة قضايا وتحديات جديدة. ^{[ 20 ]}

تُقلل خدمات تطبيقات الحافة من حجم البيانات المطلوب نقلها، وما يترتب على ذلك من ازدحام مروري، والمسافة التي تقطعها البيانات. وهذا يُؤدي إلى تقليل زمن الاستجابة وخفض تكاليف النقل. وقد أظهرت الأبحاث الأولية تحسينات ملحوظة في أوقات الاستجابة عند تفريغ العمليات الحسابية للتطبيقات الآنية، مثل خوارزميات التعرف على الوجوه. ^{[ 28 ]} كما أظهرت أبحاث أخرى أن استخدام أجهزة غنية بالموارد تُسمى " السحابات المصغرة" أو مراكز البيانات الصغيرة بالقرب من مستخدمي الأجهزة المحمولة، والتي تُقدم خدمات تُوجد عادةً في الحوسبة السحابية، يُحسّن من وقت التنفيذ عند تفريغ بعض المهام إلى عقدة الحافة. ^{​​[ 29 ]} من ناحية أخرى، قد يُؤدي تفريغ جميع المهام إلى تباطؤ بسبب أوقات النقل بين الجهاز والعقد، لذا يُمكن تحديد التكوين الأمثل بناءً على حجم العمل.

يتيح نظام شبكة الطاقة القائم على إنترنت الأشياء إمكانية نقل الكهرباء والبيانات لمراقبة شبكة الطاقة والتحكم فيها، ^{[ 30 ]} مما يجعل إدارة الطاقة أكثر كفاءة.

تشمل التطبيقات البارزة الأخرى السيارات المتصلة ، والسيارات ذاتية القيادة ، ^{[ 31 ]} والمدن الذكية ، ^{[ 32 ]} والصناعة 4.0 ، وأتمتة المنازل ، ^{[ 33 ]} والصواريخ ، ^{[ 34 ]} وأنظمة الأقمار الصناعية ، ^{[ 35 ]} بالإضافة إلى أطر عمل مثل MediaPipe . ويُطبّق مجال الذكاء الاصطناعي الطرفي (الذكاء الاصطناعي الطرفي، والذي يُشار إليه أحيانًا باسم "الذكاء الاصطناعي المحلي" أو "الذكاء الاصطناعي على الجهاز")، وهو مجال متنامٍ، الذكاء الاصطناعي في بيئة الحوسبة الطرفية، على الجهاز نفسه أو بالقرب من مكان جمع البيانات. ^{[ 36 ] [ 37 ]}