L’elaborazione dei dati si sposta dal cloud all’edge

Antonino Albanese
Technical Manager - European Projects
Abstract

La raccolta di grandi quantità di dati originati da un dispositivo, la loro elaborazione immediata, e il loro spostamento in un database centralizzato introduce ogni volta latenza. Molti dati tuttavia sono critici, si tratta di quelli delle applicazioni più sensibili alla latenza, che generano ad esempio trigger, allarmi o risposte in tempo reale. Vanno dunque analizzati in loco, laddove sono rilevati.

Un modello computazionale decentralizzato, qual è l’edge computing, risponde a questa esigenza e consente così che i dati, già parzialmente rielaborati in locale, vengano inviati al data center centralizzato all’infrastruttura cloud, dove le informazioni possano essere oggetto di analisi più complesse – Big Data Analytics – e i dati storici conservati nel tempo.

Aziende ed enti dalla PA stanno progressivamente adottando un nuovo modello architetturale che sfrutta le potenzialità delle reti wireless in banda larga di ultima generazione per migliorare le funzionalità analitiche. Una tendenza che trova la sua ragion d’essere nella caratteristica che hanno sempre più applicazioni digitali di richiedere un’analisi immediata dei dati – con tempi di risposta nell’ordine di pochi secondi o frazioni di secondo – anche in ambienti nei quali non è possibile contare su una connessione capillare e stabile.

Secondo uno studio di Gartner entro il 2024, la maggior parte delle piattaforme di servizi cloud fornirà almeno alcuni servizi eseguiti nel punto dove servono.

Si sta modificando il data management tipico dei servizi del passato: ora non è più sufficiente raccogliere i record provenienti da sensori e macchinari e trasferirli a un data center centralizzato, dove si procede alle elaborazioni del caso. L’edge computing diventa il motore delle applicazioni più innovative, dalla realtà virtuale e aumentata, all’intelligenza artificiale e all’IoT, dalla telemedicina al monitoraggio strutturale, ai servizi delle smart city.

Diversi casi d’uso richiedono la distribuzione di applicazioni in siti diversi. L’edge computing, offrendo una estrema adattabilità, può essere collocato nei locali aziendali, ad esempio all’interno di edifici industriali, ma anche in abitazioni e veicoli, inclusi treni o aerei.

Solitamente, un’architettura di edge computing raccoglie diverse tecnologie abilitanti: reti wireless, infrastrutture di comunicazione Peer-to-Peer e soluzioni di virtualizzazione e naturalmente il cloud.

L’edge sostituisce il cloud? 

Edge e cloud non sono in competizione. L’edge computing si integra strettamente con il cloud per fornire una soluzione mista molto flessibile, in grado di soddisfare le esigenze di raccolta e analisi dei dati di un’ampia molteplicità di casi d‘uso.

Nella raccolta e analisi in tempo reale, l’edge è la soluzione ideale per determinati carichi di lavoro, il cloud fornisce invece un’unità di calcolo centrale per analisi su larga scala. Si prenda a titolo di esempio il caso dei veicoli a guida autonoma: mentre all’edge computing si affida la gestione in tempo reale della sicurezza di guida – attraversamento degli incroci, capacità di evitare le collisioni con altri veicoli, il planning dei percorsi è gestito in cloud.

La combinazione di edge e cloud è molto potente: i due sistemi forniscono informazioni, sia storiche che in tempo reale, sulle performance e consentono processi come l’apprendimento automatico e la gestione delle prestazioni delle risorse. Inoltre si possono filtrare o elaborare i dati per trasmettere solo quelli necessari tra i sistemi aziendali e il cloud. In questo modo, spostando le risorse di elaborazione (dai gateway ai dispositivi multiuso, ai computer) e posizionandole sull’edge, da un lato si riducono i limiti di banda e la latenza intrinseca e dall’altro si migliorano la sicurezza dei sistemi e l’affidabilità.

L’edge computing non è una novità, ma è grazie all’elemento cloud che può fare la differenza, questo perchè è il cloud a dare la possibilità di sfruttare i sistemi edge come se fossero centralizzati. Si garantiscono così quella capacità di data processing in tempo reale fondamentali per le applicazioni innovative.

Aziende e amministrazioni pubbliche che intendano implementare servizi evoluti complessi devono farlo necessariamente con soluzioni che includano componenti cloud infrastrutturali e sistemi di elaborazione periferici.

EHealth, Smart City e Industry 4.0: il contributo della ricerca

I menzionati vantaggi tecnici intrinseci all’edge – latenza ridotta, elaborazione e archiviazione decentralizzate sicure, scalabilità a minore complessità, versatilità per adattare i nodi all’applicazione sottostante da sottoporre a manutenzione e maggiore affidabilità – trovano applicabilità in scenari molto diversi: dall’eHealth alle smart city e all’industry 4.0 (negli ambiti della supply chain, della robotica e del Digital Twin).

Si tratta di settori in cui la ricerca sta contribuendo in modo attivo al progresso dell’innovazione. Ne è un esempio il progetto BRAINE (Big data pRocessing and Artificial Intelligence at the Network Edge), un progetto di ricerca che vede la partecipazione di 27 partner, fra istituti di ricerca, università, PMI e aziende, di 14 diversi paesi europei.

L’obiettivo del progetto BRAINE è quello di sviluppare un “Edge Framework” che prevede la progettazione e la realizzazione di un Edge Micro Data Center (EMDC) eterogeneo in termini di capacità elaborative ed efficiente dal punto di vista energetico, e di un sistema software che integra tecnologie di intelligenza artificiale, in grado di elaborare Big Data sul bordo della rete, garantendone la sicurezza, la privacy e la sovranità. BRAINE si basa su tecnologie in grado di ottimizzare l’utilizzo delle risorse disponibili, fornendo nuove metodologie di allocazione dei carichi di lavoro ai bordi della rete che prendono in considerazione diversi parametri tra i quali l’ottimizzazione della gestione e della elaborazione dei dati per garantire, ove necessario, applicazioni a bassa latenza e la gestione real-time in caso di applicazioni “mission-critical”.

Nell’ambito di BRAINE vengono sviluppati specificatamente quattro casi d’uso che utilizzano le funzionalità di Intelligenza Artificiale offerte dal Framework di Edge Computing, realizzate dal progetto.

Gli scenari applicativi sono proprio:

  • Healthcare Assisted Living
  • Hyper-connected Smart City
  • Robotica per la Fabbrica 4.0
  • Supply Chain per l’Industria 4.0

BRAINE project use cases

Italtel partecipa in modo attivo, insieme con gli altri partner, alla progettazione e alla implementazione del caso d’uso Hyper-connected Smart City.

Il caso d’uso mette in evidenza come l’utilizzo delle soluzioni offerte dal progetto BRAINE può garantire la realizzazione di servizi in ambito Smart City su larga scala, anche in caso di applicazioni a bassa latenza e con requisiti stringenti in termini di larghezza di banda, che hanno anche necessità di gestire in real-time ingenti quantità di dati in ingresso. La soluzione realizza servizi che utilizzano  tecniche distribuite di analisi audio e video, basandosi su un’infrastruttura scalabile, eterogenea e multi-tenant. Gli scenari di applicazione riguardano l’analisi del traffico, la sorveglianza attiva, il trasporto intelligente e la risposta alle emergenze.

L’obiettivo è dimostrare come l’utilizzo delle videocamere distribuite sul territorio cittadino possa consentire la realizzazione di diverse tipologie di servizi di interesse per le Smart City. Infatti, le videocamere diventano uno dei sensori più versatili se supportati da tecniche di intelligenza artificiale in quanto consentono di estrapolare diversi tipi di informazioni dalla analisi dei flussi audio e video. In questo contesto l’utilizzo del Framework sviluppato in BRAINE abilita la capacità di elaborare notevoli volumi flussi audio e video per ottenere o una ingente quantità di informazioni eterogenee utilizzabili per la implementazione di diversi servizi quali: gestione del traffico, pianificazione logistica, pianificazione degli spazi urbani, valutazione dei livelli di inquinamento, gestione attiva delle problematiche di sicurezza e di risposta alle emergenze, gestione della folla e manutenzione delle infrastrutture cittadine.

BRAINE svolge un ruolo chiave nel posizionare l’Europa in prima linea nel campo dell’Edge Computing intelligente, grazie ai finanziamenti ottenuti da ECSEL JU  (https://www.ecsel.eu/) in base al Grant Agreement nr. 876967. Per il finanziamento di questo progetto, ECSEL JU viene supportata dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea e dalle autorità nazionali di Italia, Polonia, Paesi Bassi, Israele, Irlanda, Ungheria, Germania, Svizzera, Finlandia e Repubblica Ceca.