Edge computing : calculer en périphérie du réseau

Au plus tard en 2020 l’« Internet des objets » (IdO) qui définit l’interconnexion des systèmes électroniques, du pèse-personne électronique jusqu’aux sites de production industrielle, devrait inclure environ 50 milliards d’objets connectés dans le monde entier. Tous ces objets génèrent des données en continu, qui nécessitent d’être stockées et évaluées en temps réel pour des applications critiques. Ceci représente une tâche que les solutions Cloud ne seront pas en mesure de maîtriser.

Ce qui risque de freiner ce développement est avant tout la question du déploiement des réseaux à haut débit, ainsi que les temps de latence dans le transfert des données entre les serveurs Cloud centraux et les équipements terminaux en périphérie du réseau. L’edge computing évite ces deux problèmes et introduit de cette manière un changement de paradigme dans l’univers du Cloud computing.

L’edge computing se définit comme une architecture informatique destinée aux environnements IoT, dans laquelle les ressources informatiques, la capacité de stockage et la puissance de calcul sont maintenues au plus près des équipements terminaux et des capteurs qui génèrent les données. Le concept représente ainsi une alternative aux solutions de Cloud ordinaires avec des serveurs centralisés.

Le mot « edge » vient de l’anglais et signifie bord ou périphérie. Ce terme fait allusion au fait que le traitement des données ne se fait plus dans le Cloud, mais il est décentralisé, en périphérie du réseau. L’edge computing peut ainsi offrir une option que le Cloud n’est pas capable de proposer, à savoir des serveurs capables d’interpréter sans délai les données de masse générées par des usines, des réseaux de distributions ou des systèmes de circulation « intelligents », et de prendre immédiatement les mesures nécessaires en cas d’incidents.

L’edge computing est une nouvelle forme d’architecture pour les environnements IoT bien qu’elle n’ait pas directement recours à de nouveaux composants de réseau. Au contraire, elle s’appuie sur d’anciennes technologies dans un format compact, mais employées sous une nouvelle dénomination. Voici un aperçu des éléments de base de l’edge computing.

• Edge : dans le jargon informatique, le mot « edge » désigne la périphérie du réseau. Quant à savoir quels seront les éléments implantés en périphérie du réseau, cela dépendra de la configuration mise en place. Dans des réseaux de télécommunication, ce sera par exemple un téléphone portable qui représentera la périphérie du réseau ; et dans un système de voitures autonomes interconnectées, chaque véhicule. On parle dans ce cas d’un edge device.
• Edge device : on entend par edge device tout appareil situé en périphérie de réseau, et qui génère des données. Les sources de données possibles sont par exemple des capteurs, des machines, des véhicules ou tous les autres appareils intelligents dans un environnement IoT, comme des lave-linge, des détecteurs d’incendie, des ampoules ou des thermostats pour radiateur.
• La passerelle Edge : la passerelle Edge est une instance de calcul implantée à la transition entre deux réseaux. Dans des environnements IoT, les passerelles Edge sont utilisées comme nœuds entre l’Internet des objets et le réseau central. On a aussi de puissants routeurs, capables de supporter de fortes puissances de calcul pour assurer le traitement des données de l’IoT. Pour ce faire, les passerelles Edge disposent de diverses interfaces permettant de transférer les données soit par câble, soit par radio, et de standards de communication, comme l’Ethernet, le Wifi, le Bluetooth, la téléphonie 3G, LTE, Zigbee, Z-Wave, CAN-Bus, Modbus, BACnet ou SCADA.

Une tour de forage génère 500 gigaoctets de données par semaine. La turbine d’un avion de ligne en fournit 10 téraoctets en 30 minutes. Les réseaux mobiles ne permettent pas de télécharger ni de traiter des données d’un tel volume, ni dans le Cloud, ni en temps réel. Vient s’ajouter le fait que le recours à des réseaux tiers est un élément très coûteux. Il faut donc décider sur place quelles informations générées doivent être transférées vers des systèmes centralisés pour y être enregistrées, et quelles données peuvent être interprétées sur place. C’est là que l’edge computing entre en jeu.

Aujourd’hui, ce sont les grands centres de données qui supportent l’essentiel du volume des données générées par Internet. Les sources de données sont pourtant très souvent mobiles de nos jours, et trop éloignées des gros ordinateurs centraux pour pouvoir garantir un délai de latence satisfaisant. Ce facteur pose problème, en particulier pour les applications critiques comme l’apprentissage automatique et la maintenance prévisionnelle, deux concepts de base du projet allemand Industrie 4.0 par exemple avec des sites de production intelligents et des réseaux de distribution auto-régulés.

Les domaines d’application pour l’edge computing viennent généralement de l’environnement IoT, et représentent des projets d’avenir au même titre que le concept d’une architecture Cloud décentralisée. Un facteur de croissance important de la technologie de l’edge computing est le besoin croissant de systèmes de communication fonctionnant en temps réel. Le traitement décentralisé des données est une technologie clé pour les projets suivants :

• La communication de véhicule à véhicule
• Le réseau électrique intelligent
• Le Smart Factory

Un véhicule connecté sera, à l’avenir, bien plus qu’un véhicule équipé d’une connexion Internet. L’avenir de la mobilité permettra la mise en place de systèmes d’avertissement gérés par le Cloud, permettant une communication de véhicule à véhicule, voire des moyens de transport complètement autonomes dans leurs déplacements. La condition est cependant que l’on puisse disposer d’une infrastructure permettant d’échanger en temps réel des données entre les véhicules et les différents points de communication tout au long de l’itinéraire.

Le réseau électrique de l’avenir sera lui aussi adaptatif, capable de s’auto-réguler automatiquement en fonction des besoins grâce à des systèmes de gestion d’énergie décentralisés. Dans le cadre de la transition énergétique, le réseau électrique intelligent représentera une technologie clé. En effet, la conversion vers des énergies renouvelables impose de nouveaux défis aux réseaux d’électricité. Au lieu d’avoir quelques gros producteurs centralisés, on aura de nombreux petits producteurs d’énergie décentralisés, avec des dispositifs de stockage qui devront être connectés avec les consommateurs. Certains d’entre eux seront eux-mêmes producteurs d’énergie, notamment grâce aux panneaux solaires. Les réseaux intelligents ne se contentent plus de transporter le courant électrique : ils délivrent également des données applicables à sa production, son stockage et sa consommation. Ceci permet à chacun de réagir en temps réel à la moindre modification. L’objectif est de maintenir la stabilité des réseaux électriques malgré leur complexité croissante, et d’assurer une meilleure efficacité grâce à une compensation intelligente des charges. Pour pouvoir saisir, sauvegarder et traiter dans les meilleurs délais toutes ces données générées, nous avons besoin de nouveaux concepts de Cloud, comme l’edge computing et le fog computing.

On entend par Smart Factory (usine du futur) des sites de production et des systèmes de logistique qui s'organisent eux-mêmes. Dans l’idéal, on n’a aucune intervention humaine dans de tels concepts. Une usine intelligente est un système interconnecté d’appareils, de machines et de capteurs qui communiquent entre eux par Internet pour mener à terme des processus de fabrication. Le système de communication Smart Factory inclut le produit fini dans son système et peut donc réagir automatiquement face à des demandes de devis. Grâce à des systèmes d’intelligence artificielle et à un apprentissage autonome, on a des processus de maintenance qui optimisent la production. Ceci demande une infrastructure informatique capable de traiter sans délai de gros volumes de données, et de réagir rapidement à des imprévus. Les systèmes de Cloud traditionnels échouent pour des raisons de latence. Les architectures d’edge computing et de fog computing peuvent résoudre ce problème grâce à un traitement des données partagé.

Le tableau ci-dessous vous présente les avantages et les inconvénients d’une architecture d’edge computing, comparée à un environnement Cloud traditionnel.