Điện toán đám mây và điện toán biên

1. ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

1.1. Đầu tiên chúng ta cùng tìm hiểu, điện toán đám mây là gì?

Như chúng ta đã biết, hệ thống IoT vô cùng to lớn với rất nhiều thiết bị cảm biến thu thập dữ liệu từ khắp mọi nơi. Nhưng dữ liệu trên sẽ không thực sự hữu dụng đối với con người nếu chúng không được xử lý để trở thành thông tin hữu ích. Do vậy, cần có một công nghệ để xử lý lượng dữ liệu nói trên. Và công nghệ nổi bật nhất hiện nay chính là điện toán đám mây. 

Khái niệm: Điện toán đám mây là điện toán được thực hiện bởi một mạng lưới các máy chủ được kết nối trong một trung tâm dữ liệu. Bạn truy cập hệ thống này thông qua một thiết bị được kết nối internet mà bản thân nó không tự tham gia vào các tác vụ xử lý.

Chúng ta hiện đang ở trong kỷ nguyên của điện toán đám mây, nơi dữ liệu sẽ được xử lý tại trung tâm dữ liệu là đám mây chứ không phải tại thiết bị của bạn. Chúng ta đã và đang sử dụng rất nhiều dịch vụ điện toán đám mây, ví dụ như iCloud của Apple, Google drive của google, Dropbox,…

1.2. Quy trình xử lý dữ liệu của điện toán đám mây.

Tiếp theo chúng ta tìm hiểu quy trình xử lý dữ liệu của điện toán đám mây.

1. Đầu tiên, các sensor (cảm biến) sẽ thu thập dữ liệu từ môi trường.

2. Tất cả những dữ liệu trên được gửi lên một trung tâm gọi là Đám mây. Đám mây có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ, xử lý dữ liệu.

3. Dựa theo yêu cầu của thiết bị hay người dùng, đám mây sẽ gửi trả thông tin hữu ích về phục vụ cho nhu cầu của họ. (Thông tin có thể được chuyển thành tín hiệu vật lý gửi về bộ truyền động hoặc là gửi về ứng dụng thông báo cho người dùng).

1.3. Từ trên chúng ta có thể nhìn thấy được lợi ích của điện toán đám mây là vô cùng to lớn.

Tiết kiệm chi phí: Điện toán đám mây có thể giúp chúng ta tiết kiệm các chi phí vì có thể cắt giảm hoàn toàn chi phí đầu tư cho lắp đặt máy chủ, phần cứng, phần mềm hay điện năng tiêu hao trong quá trình vận hành hệ thống lưu trữ và xử lý dữ liệu.

Triển khai nhanh chóng: Không tốn nhiều thời gian lắp đặt. Không cần tính toán lên kế hoạch hạ tầng cho hệ thống lưu trữ và xử lý dữ liệu.

Tiết kiệm nhân lực: Không cần đội ngũ lớn quản lý và bảo trì.

Khả năng mở rộng: Việc lắp đặt thêm một thiết bị và kết nối với đám mây là dễ dàng. Mặt khác, các tổ chức sử dụng đám mây từ dịch vụ của bên thứ 3 có khả năng linh hoạt trong quy mô sử dụng, có thể linh hoạt tăng hoặc giảm quy mô tùy vào nhu cầu sử dụng tài nguyên. 

2. ĐIỆN TOÁN BIÊN

Tuy điện toán đám mây đem lại rất nhiều lợi ích, song vẫn còn tồn tại những hạn chế cần phải khắc phục:

Giới hạn về tốc độ xử lý: Cloud Computing có điểm yếu là dữ liệu cần phải gửi về trung tâm để xử lý. Nếu đám mây bị quá tải hoặc đường truyền không tốt, có thể sẽ phải đợi một thời gian sau mới nhận được câu trả lời. Mặt khác, tốc độ truyền dữ liệu khó có thể đảm bảo khi phải truyền đi một quãng đường xa như vậy. Lượng dữ liệu truyền lên đám mây là rất lớn, dẫn đến tốn băng thông, khiến tốc độ chậm hơn. Thậm chí có thể xảy ra tình trạng bị nghẽn, dẫn đến lỗi hoặc kết quả trả về chậm.

Vấn đề bảo mật dữ liệu: Việc dữ liệu bắt buộc phải được truyền tới trung tâm dữ liệu là đám mây để xử lý có thể gây ra những lỗi bảo mật nhất định. Ví dụ như hacker có thể bắt được các gói tin mà bạn truyền đi. Mặc dù hiện tại hầu hết các phương thức truyền tin đều đã được mã hóa, nhưng vẫn có thể xảy ra sai sót và xuất hiện lỗ hổng, hacker chỉ cần bắt được một lỗ hổng nhỏ cũng có thể dẫn tới hack toàn bộ hệ thống.

Vấn đề đặt ra là cần giải quyết hai hạn chế trên. Do đó Điện toán biên ra đời.

2.1. Điện toán biên là gì?

Điện toán biên (Hay còn gọi là điện toán sương mù) là phương pháp tối ưu hóa hệ thống đám mây bằng cách xử lý dữ liệu tại vùng biên của mạng sao cho gần với nguồn dữ liệu nhất.

2.2. Thành phần của điện toán biên?

Điện toán biên gồm có 3 phần: Phần đám mây, phần biên và phần thiết bị cảm biến + điều khiển. 

Như vậy có thể dễ dàng thấy rằng, điện toán biên có thêm một thành phần so với điện toán đám mây, đó chính là phần biên. Trong mô hình này, các trung tâm dữ liệu như Đám mây vẫn nằm ở vị trí trung tâm, các thiết bị tính toán cục bộ sẽ nằm tại phần rìa (ví dụ như smart gateway) gần với nguồn dữ liệu là các thiết bị cảm biến.

2.3. Vậy điện toán biên giải quyết hạn chế của điện toán đám mây như thế nào?

Rất đơn giản, các thiết bị ở vùng biên chia sẻ nhiệm vụ xử lý với máy chủ: Dữ liệu thu thập được từ các cảm biến sẽ được xử lý cục bộ tại các thiết bị tính toán ở vùng biên trước khi gửi về trung tâm dữ liệu lớn (Đám mây).

Giải quyết vấn đề tốc độ xử lý: Trong điện toán biên, bản thân thiết bị hoặc nút mạng gần nhất ở phần biên chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu và có thể phản hồi nhanh chóng theo thời gian thực. Từ đó đảm bảo tốc độ sẽ cải thiện hơn rất nhiều, khi không phải tất cả dữ liệu đều phải gửi lên đám mây chờ xử lý và trả về. Trong khi đó điện toán đám mây thường xử lý chậm hơn, đặc biệt là khi phản hồi cần được thực hiện trong micro giây, hay các thiết bị IoT nằm ở vùng hoặc khu vực có kết nối internet kém. Mặc dù vậy, có một vài xử lý phức tạp theo thời gian thực vẫn đòi hỏi cần phải gửi về cloud để giải quyết. Mặt khác, việc áp dụng điện toán biên khiến cho lượng thông tin cần gửi đến trung tâm dữ liệu chính là đám mây giảm xuống, tốc độ truyền tải sẽ nhanh hơn.

Giải quyết vấn đề bảo mật: Với điện toán biên, các dữ liệu nhạy cảm, quan trọng có thể được xử lý ngay tại thiết bị nội bộ mà chưa cần gửi đi tới đám mây, do vậy dữ liệu tránh khả năng bị đánh cắp.

2.4. Tóm lại, lợi ích của điện toán biên?

Cho phép tối ưu hóa xử lý tài nguyên: Dữ liệu nhạy cảm về thời gian có thể được xử lý ngay tại vùng biên; Cloud sẽ xử lý dữ liệu ít nhạy cảm về mặt thời gian hơn hoặc để lưu trữ dữ liệu dài hạn.

Giảm đáng kể lượng dữ liệu di chuyển trong mạng, giảm lưu lượng truy cập và khoảng cách dữ liệu cần di chuyển để được xử lý, do đó giảm chi phí truyền tải, giảm thời gian trễ, nâng cao chất lượng dịch vụ.

Loại bỏ hiện tượng thắt nút cổ chai và các lỗi khác.

An toàn dữ liệu được cải thiện.

Kết luận: Điện toán ranh giới thể hiện trọng tâm của các ứng dụng IoT trong tương lai. Tầm quan trọng của điện toán ranh giới sẽ được nâng lên khi nhu cầu của người tiêu dùng về độ tin cậy, bảo mật và quyền riêng tư trong truy xuất dữ liệu lớn hơn.

Trên thực tế, nó có tiềm năng biến chủ sở hữu thiết bị thành người giám sát thông tin cá nhân của chính họ chứ không phải người khác nữa.