Veröffentlicht: 9. April 2024
Mitwirkende: Phill Powell, Ian Smalley
Ein Edge-Netzwerk ist eine Art cloudbasiertes Netzwerk, das die Kapazitäten von Rechenzentren entlastet, indem es viele Rechenaufgaben von der Verarbeitung im Rechenzentrum auf Edge-Geräte verlagert, die die eigentlichen Datenverarbeitungsaufgaben übernehmen.
Edge-Netzwerke heißen so, weil sich ihre Datenverarbeitungsleistung und Anwendungen dort konzentrieren – am Rande der Netzwerke. Dieser geografische Wechsel ist von entscheidender Bedeutung, denn durch die Verlagerung dieser Workflows an den Netzwerkrand kann ein Unternehmen einen schnelleren Betrieb und eine zuverlässigere Leistung erzielen.
Edge-Netzwerke tragen zum Gesamtbereich des Edge-Computing bei, einem verteilten Computer-Framework, das Unternehmensanwendungen näher an den Punkt bringt, an dem Daten erstellt und Maßnahmen ergriffen werden. Edge Computing hilft Unternehmen, die Latenz zu begrenzen und gleichzeitig die Netzwerkgeschwindigkeit, Bandbreite und Zuverlässigkeit zu steigern. Dies führt zu einer schnelleren und umfassenderen Datenanalyse, tieferen Erkenntnissen, schnelleren Reaktionszeiten und verbesserten individuellen Erfahrungen. Edge Computing kann Daten absorbieren, die von nahegelegenen Endpunkt-Edge-Geräten erzeugt und übertragen werden, und dann ein Programm für maschinelles Lernen nutzen, um Datenanalysen durchzuführen und auf der Grundlage dieser Analysen praktische Anleitungen zu erhalten.
Dienstanbieter bieten verschiedene Lösungen an, die auf die Computeranforderungen bestimmter Unternehmen zugeschnitten sind. Eine Edge-Netzwerk-Strategie steht für ein anderes Computerparadigma (oder einen anderen Ansatz), da sie nicht darauf abzielt, die Verarbeitung auf Datenspeichereinrichtungen zu verlagern, sondern die Anlagenfunktionen von Rechenzentren weg zu den Edge-Geräten zu verlagern, die über dieses Netzwerk verbunden sind.
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Bevor wir fortfahren, ist es wichtig, klarzustellen, was wir mit „Edge-Geräten“ meinen. Der Begriff ist für das Verständnis von Edge-Netzwerken von wesentlicher Bedeutung, muss jedoch im spezifischen Kontext betrachtet werden, da der Ausdruck mehrere Bedeutungen umfasst.
In einem Sinne bezieht sich der Begriff auf Geräte, die als Einstiegspunkt in verschiedene Netzwerke dienen und als Gateways von einem Netzwerk zum anderen fungieren. Router sind ein wichtiges Beispiel für Edge-Geräte, ebenso wie Routing-Switches und Geräte, die den Zugriff auf SD-WANs (Software-Defined Wide Area Networks) ermöglichen. In einigen Fällen kann eine Firewall zum gleichen Zweck der Netzwerküberbrückung verwendet werden. Ebenso sind Edge-Server eine andere Form von Edge-Geräten und bieten ebenfalls eine Möglichkeit, auf ein anderes Netzwerk zuzugreifen.
Aber das ist nur eine der begrifflichen Interpretationen. Der Begriff umfasst auch Edge-Computing-Geräte, die in der Regel unter der Bezeichnung Internet der Dinge (IoT) klassifiziert sind und für die Erfassung und drahtlose Übertragung von Daten konzipiert sind. IoT-Geräte umfassen verschiedene Arten von Aktoren, Geräten und Sensoren und werden sowohl von Verbrauchern als auch in der Industrie häufig verwendet.
Es wurde prognostiziert, dass bis 2030 fast 30 Milliarden IoT-Geräte (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) weltweit verwendet werden. Wenn man bedenkt, dass die Prognose einen Zuwachs von fast 13 Milliarden Geräten gegenüber 2024 bedeutet, ist es offensichtlich, dass die Zahl der genutzten IoT-Geräte erheblich und zuverlässig steigen wird, da die Technologie weiterhin in immer mehr Haushalten und Fabriken weltweit integriert wird.
In beiden Märkten gibt es IoT-Geräte in vielen Formen. Der Verbrauchermarkt umfasst so unterschiedliche IoT-Geräte wie intelligente Haushaltsgeräte (z. B. Kühlschränke, Beleuchtungsgeräte, Thermostate und Haussicherheitssteuerungen), verbesserte Zahlungsterminals und sogar Wearable-Technologien.
An der industriellen Front unterstützen IoT-Geräte die Prozesse in der Lieferkette durch die ständige Überwachung von Variablen wie zugewiesene Routen (und eventuelle Verkehrskomplikationen), das Gewicht der zu transportierenden Ladungen und die erforderlichen Temperaturen der Container. Industrielle IoT-Geräte helfen auch bei anderen wichtigen Geschäftsprozessen, wie der Verfolgung von Assets und der Sicherung von vorausschauender Wartung und Qualitätskontrolle. Darüber hinaus ermöglichen industrielle IoT-Apps und -Geräte bahnbrechende Entwicklungen, wie z. B. die dronenbasierte Lieferung von Waren.
Für Unternehmen, die mit überlasteten Rechenzentren zu kämpfen haben, bieten Edge-Netzwerke viele nützliche Vorteile.
Der Hauptvorteil von Edge-Netzwerken ist eine höhere Datenübertragungsrate mit besserem Durchsatz, die durch eine geringere Latenz und im Vergleich zu regulären Netzwerken ermöglicht wird. Diese Download-Geschwindigkeiten können bis zu 384 Kbit/s erreichen (oder zwei- bis dreimal so schnell wie normale Netzwerke).
Edge-Netzwerke helfen Unternehmen auch dabei, ihre eigenen Netzwerkdienste aus der Netzwerksicherheit-Perspektive besser zu überwachen, indem sie diese Bemühungen durch zusätzliche Zugangskontrolle, Paketinspektion und Datenentschlüsselung verstärken. Edge-Netzwerke fügen den Netzwerkkernen außerdem eine vollständige Cybersicherheitsebene hinzu.
Um einen konstanten Durchsatz zu erreichen, zeichnen sich Edge-Netzwerke durch eine hohe Bandbreite aus, die typischerweise mit Edge-Computing verbunden ist. In Edge-Netzwerken wird diese ausgeprägte Bandbreite mit einer erheblich reduzierten Latenz kombiniert, die den Echtzeitzugriff auf Netzwerkinformationen verbessert.
Ein wesentliches Merkmal von Edge-Netzwerken ist ihre Zuverlässigkeit. Dafür spricht die nahezu allgegenwärtige Präsenz von Edge-Geräten. Diese speichern und verarbeiten Daten und arbeiten mit den Edge-Rechenzentren zusammen, um gelegentlich auftretende Probleme mit der Netzwerkkonnektivität auszugleichen.
Edge-Netzwerke wurden als Reaktion auf ein Problem eingerichtet. Um ihren Ursprung genau verfolgen zu können, ist es notwendig, die Entwicklung von Hyperscale-Rechenzentren zu erörtern – die ebenfalls als Reaktion auf ein Problem errichtet wurden. Es stimmt zwar, dass viele kleinere und mittelständische Unternehmen von Edge-Netzwerken profitieren können (z. B. durch eine verbesserte Skalierbarkeit), aber es stimmt auch, dass Edge-Netzwerke ursprünglich als Gegenmaßnahme zu den überfüllten Hyperscale-Rechenzentren entwickelt wurden, die von Natur aus riesig sind und vor allem größeren Unternehmen nützen, die sich ihre exorbitanten Preise leisten können, die in die Millionen oder sogar Milliarden gehen können.
Das alles begann in den 1990er Jahren, als Content Delivery Networks (CDNs) erstmals verwendet wurden. Ein CDN ist eine Gruppe von Servern, die geografisch verteilt sind und das Caching von Inhalten ermöglichen, die näher an den Benutzern liegen. CDNs ermöglichte die Bereitstellung von Web-/Videoinhalten und deren Speicherung in Rechenzentren.
Rechenzentren waren ein Nebenprodukt von Konzepten wie Cloud Computing und Virtualisierung. Anfang der 2000er Jahre begannen jedoch viele Unternehmen, aus ihren Rechenzentren vor Ort herauszuwachsen, was die Schaffung von Hyperscale-Rechenzentren, die durch kolokierte Einrichtungen gebaut oder gemietet wurden, vorantrieb. Darüber hinaus war für viele Unternehmen neben mehr Speicherplatz auch mehr Skalierbarkeit erforderlich, um ihre massiven Workloads zu bewältigen.
Hyperscale-Rechenzentren boten die gewünschte Skalierbarkeit sowie die Fähigkeit, Platz und Bandbreite, um verschiedene Anwendungen je nach Bedarf in Hyperscale-Einrichtungen zu betreiben. Schon bald tauchten diese Hyperscale-Rechenzentren rund um den Globus auf und boten Netzwerk-Computing in einem aggressiven Makromaßstab. Die Branchendefinition von Hyperscale-Rechenzentren (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), die von der International Data Corporation (IDC) erstellt wurde, besagt, dass eine solche Einrichtung mindestens 5.000 Server verwenden und eine Fläche von mindestens 10.000 Quadratmetern einnehmen muss, um als echtes Hyperscale-Rechenzentrum zu gelten.
Und das führt uns zu dem aktuellen Problem der Hyperscale-Rechenzentren, die ironischerweise jetzt Probleme mit der Datenspeicherung haben. Als viele Unternehmen Hyperscale-Rechenzentren einführten, gingen sie davon aus, dass sie nun über genügend Platz und Bandbreite verfügten, um alle möglichen Arten von Daten zu speichern. Und das taten sie auch, aber zu einem Preis: erhöhte Latenzzeiten und geringere Datenübertragungsraten. Das Ergebnis? Einige dieser Hyperscale-Rechenzentren sind inzwischen so überlastet, dass sie kaum noch erfolgreich betrieben werden können.
Dieses Problem machte die Entwicklung von Edge-Netzwerken erforderlich. Seit ihrer Einführung haben sich Edge-Netzwerke schnell zu einer geschätzten Lösung für moderne Unternehmen entwickelt, die mit Daten arbeiten. Der Branchenanalyst Gartner untersuchte 2023 die Situation im Edge-Netzwerk (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) und berichtete, dass 69 % der befragten CIO-Befragten angaben, dass ihre Unternehmen entweder bereits mit der Nutzung von Edge-Computing-Lösungen begonnen haben oder dies bis Mitte 2025 planen.
Allein auf dem US-amerikanischen Markt können Sie das nahezu explosionsartige Wachstum und die Akzeptanz der Edge-Netzwerktechnologie beobachten. Einem Globaler Marktbericht zu Edge Computing (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) zufolge hat der US-Markt im Jahr 2021 ein Marktvolumen für Edge-Netzwerke von 7,44 Milliarden USD. Dieselbe Marktanalyse prognostiziert für das Jahr 2030 einen erstaunlichen Wert von 157,9 Milliarden USD. Dies entspricht einer stetigen und beachtlichen Wachstumsrate von jährlich 37,9 %.
Hyperscale-Rechenzentren ermöglichten und ermöglichen Unternehmen zwar eine bessere Skalierbarkeit, unterliegen aber immer noch den gleichen Kapazitätsproblemen wie reguläre Rechenzentren, d. h. je mehr Daten-„Fracht“ sie transportieren, desto anfälliger sind sie für langsamere Datenübertragungsraten.
Edge-Netzwerke entlasten die Netzwerkinfrastruktur, sodass Latenzraten reduziert und Übertragungsgeschwindigkeiten erhöht werden können. Edge-Netzwerke erreichen dies durch den Entwurf eines verteilten Netzwerkmodells, bei dem verschiedene Rechenaufgaben auf eine Vielzahl von Assets verteilt werden, um einen allgemeinen Lastausgleich zu gewährleisten und die Datengeschwindigkeit zu erhöhen.
Im Zentrum des Edge-Netzwerks befindet sich sein Prozessorkern (fast wie der Kern eines Atoms). Die Endpunkte, die von dieser zentralen Stelle nach außen strahlen, sind wie stationäre Atome an den Weiten des Moleküls. Im Edge-Netzwerkmodell befinden sich Edge-Geräte an diesen Endpunkten (oder Knoten) – unabhängig davon, ob ihre Funktion darin besteht, Netzwerke zu verbinden oder eine Vielzahl von Verarbeitungsaufgaben auszuführen.
Verteilte Netzwerke erhalten zusätzliche Leistung, wenn sie sich mit Edge-Computing-Hardware zusammentun. So entsteht eine synergetische Situation, in der die höhere Leistung verteilter Netzwerke mit den geringeren Latenzzeiten kombiniert wird, die mit Edge-Netzwerken und Edge-Geräten verbunden sind.
In den folgenden Branchen und Anwendungsfällen kann die Implementierung eines Edge-Netzwerks von großem Nutzen sein.
Edge-Network-Lösungen fördern die Netzwerkmodernisierung, einschließlich schnellerer Datengeschwindigkeiten und der Entwicklung innovativer neuer Dienste. Diese Lösungen arbeiten am Netzwerkrand und helfen dabei, Bandbreite zu sparen, Sicherheitsinitiativen zu unterstützen und Latenzen zu begrenzen.
Edge-Netzwerke verfügen über fortschrittliche Zugriffskontrollen, die Hacker daran hindern, unbefugten Zugriff auf Gesundheitssysteme zu erhalten. Edge-Netzwerke gewährleisten außerdem geringe Latenzen für wichtige Anwendungen im Gesundheitswesen und verbessern die allgemeine Ressourcennutzung.
Zur modernen Online Customer Experience gehört es, die gewünschten Produkte sofort zu finden, sie sicher zu kaufen und sie schnell versenden zu lassen. Edge-Netzwerke unterstützen diesen gesamten On-Demand-Prozess.
Mit dem Aufkommen vernetzter Fahrzeuge werden Edge-Netzwerke eine wachsende Rolle bei ihrer Implementierung spielen. Edge-Netzwerke werden auch im Bereich der Transportlogistik einen enormen Einfluss ausüben und ganze Verkehrssysteme reibungsloser und sicherer machen.
Energieversorger müssen vorgeschriebene Liefermengen einhalten, veraltete Assets modernisieren und sich an die ständig wechselnde Nachfrage anpassen. Edge-Netzwerke unterstützen Smart Grids mit Echtzeitdaten. Dies fördert schnellere Entscheidungsfindung und die Verwendung präskriptiver Analysemodelle.
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