الحوسبة الطرفية: الأهمية والأنواع والمكونات والمبادئ وطرق التطبيق

لحماية البيانات الحساسة وتقليل المخاطر المرتبطة بالاعتماد على الشبكة، يمكنك الاعتماد على الحوسبة الطرفية، وذلك لأنها تعمل على تخزين ومعالجة البيانات المحسوبة في الحواف المحلية بدلاً من نقلها عبر الشبكة. لذا قد تجد بعض تطبيقات الحوسبة الطرفية استخدامًا واسعًا في العديد من المجالات مثل الصناعة الذكية، والمدن الذكية، والرعاية الصحية، والسيارات المتصلة، والزراعة الذكية، والأجهزة المحمولة والمحمولة، وغيرها. 

ويساهم النمو المتسارع للأجهزة المتصلة والبيانات الضخمة في زيادة أهمية الحوسبة الطرفية كوسيلة لتحسين أداء التطبيقات وتوفير تجارب مستخدم محسنة وتحسين استدامة الشبكات. فما هو مفهوم الحوسبة الطرفية وأهم مكوناتها؟

مفهوم الحوسبة الطرفية

الحوسبة الطرفية (Edge Computing) هي نموذج للحوسبة يركز على تنفيذ العمليات المحسوبة وتخزين البيانات على الحواف (الأجهزة الموجودة عند مصدر البيانات) بدلًا من إرسالها إلى السحابة السحابية المركزية. ويتم تطبيق مفهوم الحوسبة الطرفية عندما يكون هناك حاجة لتشغيل تطبيقات أو تنفيذ عمليات محسوبة في الوقت الفعلي وبشكل مباشر على الأجهزة المحلية.

كما تُتيح الحوسبة الطرفية تحسين الأداء وتقليل التأخير في الاستجابة، حيث يتم معالجة البيانات وتنفيذ العمليات في الوقت الفعلي على الأجهزة المحلية بدلًا من إرسالها للمعالجة في السحابة السحابية البعيدة. ويُتيح ذلك استخدام تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة والواقع المعزز والأشياء المتصلة بشكل أكثر كفاءة وفعالية.

أهمية الحوسبة الطرفية

تتمتع الحوسبة الطرفية بأهمية كبيرة في العديد من المجالات والصناعات، ومن أبرز أهداف الحوسبة الطرفية ما يلي:

1. تحسين الأداء

تُتيح الحوسبة الطرفية تنفيذ العمليات المحسوبة وتخزين البيانات على الأجهزة المحلية بالقرب من مصدر البيانات. لتقليل التأخير في الاستجابة وتحسين أداء التطبيقات، خاصة تلك التي تتطلب استجابة فورية مثل التحكم في الأجهزة الذكية والسيارات المتصلة والأجهزة الطبية.

2. خفض الاعتماد على الشبكة

يتم تنفيذ العمليات وتخزين البيانات في الأجهزة المحلية، بدلاً من إرسال البيانات إلى السحابة السحابية المركزية للمعالجة، مما يقلل من حجم البيانات المرسلة عبر الشبكة ويقلل من الاعتماد على استقرار الاتصال بالشبكة ويحسن استجابة التطبيقات.

3. تعزيز الخصوصية والأمان

يُتيح الحفاظ على البيانات المحسوبة وتخزينها في الحواف المحلية حماية أفضل للبيانات الحساسة، حيث لا تحتاج البيانات إلى المرور عبر الشبكة، مما يقلل من مخاطر التعرض للاختراق ويزيد من سرية البيانات.

4. توفير تكلفة الشبكة والتخزين

بفضل الحوسبة الطرفية، يمكن تقليل الحاجة إلى نقل البيانات الكبيرة إلى السحابة السحابية المركزية، حيث توفر تكلفة الشبكة والتخزين وتساهم في تحسين كفاءة استخدام الموارد.

5. تحسين استدامة الشبكات

يتم توزيع العمليات والمعالجة على الأجهزة المحلية بدلاً من الاعتماد على السحابة السحابية المركزية، مما يخفض الضغط على الشبكة ويحسن استدامتها، وتوفير طاقة وموارد بيئية.

أنواع الحوسبة الطرفية

هناك العديد من الطرق المستخدمة لتصنيف شبكات وتقنيات الحافة، ومنها ما يلي:

1. أنواع الحوسبة الطرفية حسب التكنولوجيا

هناك عدة أنواع من الحوسبة الطرفية (Edge Computing) وفقًا للتكنولوجيا المستخدمة. وتعتمد هذه الأنواع على مجموعة متنوعة من التقنيات لتحسين قدرة معالجة البيانات وتقديم خدمات فعّالة عند الحافة أو قرب المصادر. إليك بعض أنواع الحوسبة الطرفية حسب التكنولوجيا:

- الحوسبة الطرفية للجهاز (Device edge)

تشير الحوسبة الطرفية للجهاز إلى حافة الشبكة التي توجد بها الأجهزة، التي تولد البيانات أو تستهلكها، وتتضمن حوسبة الحافة معالجة البيانات بشكل أقرب إلى هذه الأجهزة بدلاً من الاعتماد على خوادم سحابية مركزية. وتتضمن أمثلة الأجهزة المتطورة أجهزة الاستشعار والمحركات والكاميرات والهواتف الذكية وأجهزة إنترنت الأشياء الأخرى. وتعد هذه الأجهزة جزءًا لا يتجزأ من عمل التطبيقات المختلفة، وتستفيد حوسبة الحافة من قدراتها الحسابية لتوفير معالجة أسرع وأكثر كفاءة، خاصة في السيناريوهات التي تتطلب استجابات في الوقت الفعلي.

- الحوسبة الطرفية السحابية (Cloud edge)

تشير السحابة إلى مركز بيانات صغير الحجم يقع على حافة الشبكة. وتوفر موارد الحوسبة والتخزين للأجهزة والمستخدمين القريبين. كما توفر حافة السحابة حلاً وسطًا بين المعالجة المحلية والمعالجة المستندة إلى السحابة من خلال توفير بنية تحتية خفيفة الوزن ومنخفضة الكمون للحوسبة الطرفية.

- الحوسبة الطرفية الحسابية (Compute edge)

هي نموذج حوسبة موزع يجعل الحساب وتخزين البيانات أقرب إلى الموقع حيث تكون هناك حاجة إليه، وغالبًا ما يكون بالقرب من حافة الشبكة أو بالقرب من مصدر البيانات. وهذا على النقيض من الحوسبة السحابية التقليدية حيث يتم إرسال البيانات إلى مركز بيانات مركزي للمعالجة. تم تصميم الحوسبة المتطورة لمعالجة قيود الحوسبة السحابية المركزية، خاصة في السيناريوهات التي يكون فيها زمن الوصول المنخفض والمعالجة في الوقت الفعلي والاستخدام الفعال للنطاق الترددي أمرًا بالغ الأهمية.

- الحوسبة الطرفية الاستشعارية (Sensor edge)

تشير الحوسبة الطرفية الاستشعارية إلى الحوسبة الطرفية لإنترنت الأشياء (IoT)، والتي تتضمن حوسبة حافة إنترنت الأشياء معالجة وتحليل البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة أجهزة إنترنت الأشياء على حافة الشبكة. وتهدف إلى تقليل كمية البيانات المرسلة إلى السحابة المعالجة، مما يتيح رؤى أسرع، واتخاذ القرارات في الوقت الحقيقي، وتقليل متطلبات النطاق الترددي.

2. أنواع الحوسبة الطرفية حسب الموقع

يعد الموقع الفعلي للنشر الخاص بك طريقة شائعة أخرى لتنظيم أنواع الحوسبة الطرفية. في حين أن هذه يمكن أن تكون جزءًا من أي من الفئات القائمة على التكنولوجيا أو حتى مزيجًا منها، ومنها:

- الحوسبة الطرفية المؤسسية (Enterprise edge)

تشير الحوسبة الطرفية المؤسسية إلى البنية التحتية للشبكة وموارد الحوسبة الموجودة على الحوسبة الطرفية لشبكة المؤسسة، حيث تلعب دورًا حاسمًا في ضمان أمان شبكة المؤسسة وأدائها وموثوقيتها. فهي توفر بوابة محكمة وآمنة للاتصال بالشبكات الخارجية مع حماية الموارد والبيانات الداخلية. وقد تختلف المكونات والتكوينات المحددة للحوسبة الطرفية للمؤسسة وفقًا لاحتياجات المؤسسة وحجمها ومتطلبات الصناعة.

- الحوسبة الطرفية الفرعية (Branch edge)

يشير مصطلح الحوسبة الطرفية الفرعية إلى البنية التحتية للشبكة وموارد الحوسبة الموجودة على حافة مكتب فرعي داخل شبكة المؤسسة. وهي تمثل الحدود بين الشبكة الداخلية للمكتب الفرعي وشبكة المؤسسة الأوسع. وتشتمل على مكونات ووظائف متنوعة تُتيح الاتصال والأمان والمعالجة المحلية على مستوى الفرع. فهي تُتيح الوصول المحلي إلى موارد الشبكة، وتُحسن من أداء الشبكة، وتضمن سياسات وضوابط أمان متسقة على مستوى الفرع. وقد تختلف المكونات والتكوينات المحددة للحافة الفرعية اعتمادًا على الحجم والمتطلبات والبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات الخاصة بالمكتب الفرعي وشبكة المؤسسة الشاملة.

- الحوسبة الطرفية المتنقلة (Mobile edge)

تجعل الحوسبة الطرفية المتنقلة القدرات والخدمات الحسابية أقرب إلى حافة شبكة الهاتف المحمول. مما يُتيح تنفيذ مهام مثل معالجة البيانات والتخزين والتخزين المؤقت للمحتوى على حافة الشبكة الخلوية، وكذلك تقليل زمن الوصول وتحسين تجربة المستخدم لتطبيقات الهاتف المحمول.

مكونات الحوسبة الطرفية

تتضمن مكونات الحوسبة الطرفية عدة عناصر وتقنيات مختلفة، منها:

1. أجهزة الحوسبة المحلية

تشمل الأجهزة المحلية مثل الخوادم الصغيرة (servers)، وأجهزة الشبكة (network devices) مثل الموجهات (routers) والمفاتيح (switches)، والأجهزة الذكية (smart devices) مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة المحمولة الأخرى. تعمل هذه الأجهزة على تنفيذ العمليات وتخزين البيانات بالقرب من مصدر البيانات ومستخدمي التطبيقات.

2. برمجيات الحوسبة المحلية

تشمل برمجيات الحوسبة المحلية أنظمة التشغيل الخاصة بالأجهزة المحلية، والبرامج والمكتبات المسؤولة عن تنفيذ العمليات وإدارة التخزين، والبرمجيات المسؤولة عن تواصل وتنسيق البيانات بين الأجهزة المحلية والسحابة السحابية الرئيسية (central cloud).

3. الاتصالات اللاسلكية والشبكات

تعتمد الحوسبة الطرفية على الاتصالات اللاسلكية مثل شبكات الجيل الخامس (5G) وإنترنت الأشياء (IoT)، والشبكات المحلية والشبكات اللاسلكية الأخرى لتمكين اتصال ونقل البيانات بين الأجهزة المحلية والسحابة السحابية الرئيسية.

4. تقنيات الحاويات والأتمتة

تستخدم تقنيات الحاويات (containers) في الحوسبة الطرفية لتوفير بيئة معزولة وقابلة للتحميل لتشغيل التطبيقات والخدمات على الأجهزة المحلية. كما تستخدم تقنيات الأتمتة (automation) لإدارة وتكوين الأجهزة المحلية وتنفيذ العمليات بشكل آلي وفعال.

5. تقنيات تحليل البيانات والذكاء الاصطناعي

يلعب التحليل الحيوي للبيانات وتقنيات الذكاء الاصطناعي (AI) دورًا مهمًا في الحوسبة الطرفية. وتستخدم هذه التقنيات لاستخلاص المعلومات والاستدلال من البيانات المحسوبة في الوقت الفعلي، مما يمكن من تحقيق تحليلات متقدمة واتخاذ قرارات سريعة على الأجهزة المحلية.

مبادئ الحوسبة الطرفية

ترتكز مبادئ الحوسبة الطرفية على تحقيق مجموعة من الأهداف وتطبيق مبادئ محددة، ومن أهم مبادئ الحوسبة الطرفية ما يلي:

1. اللامركزية (Decentralization)

تهدف الحوسبة الطرفية إلى نقل القدرة الحسابية والمعالجة والتخزين إلى الحواف أو الأجهزة المحلية بدلاً من الاعتماد بشكل حصري على السحابة السحابية المركزية. ويُتيح ذلك توزيع العمل بين الأجهزة المحلية وتحسين استجابة التطبيقات وتقليل التباين.

2. القرب من المصدر (Proximity to Source)

تتم معالجة وتحليل البيانات وتنفيذ التطبيقات بالقرب من مصدر البيانات والمستخدمين، مما يقلل من الوقت المستغرق في نقل البيانات عبر الشبكة ويقلل من التأخير ويحسن استجابة التطبيقات في الوقت الفعلي.

3. توزيع العمل (Work Distribution)

يتم توزيع العمل والمعالجة بين الأجهزة المحلية والسحابة السحابية الرئيسية. وتقوم الأجهزة المحلية بتنفيذ المهام والمعالجة المحلية للبيانات، بينما يتم استخدام السحابة السحابية الرئيسية للمهام الأكثر تعقيدًا والتخزين بشكلل طويل الأمد.

4. الأمان والخصوصية (Security and Privacy)

تعتبر الأمان والخصوصية عاملين مهمين في الحوسبة الطرفية. من خلال تخزين البيانات ومعالجتها على الأجهزة المحلية، يمكن تحقيق مستويات أعلى من الأمان والحفاظ على خصوصية البيانات، حيث يتم تقليل انتقال البيانات عبر الشبكة.

5. التواصل الفعال (Effective Communication)

يعتبر التواصل الفعال بين الأجهزة المحلية والسحابة السحابية الرئيسية أمرًا أساسيًا. وتستخدم تقنيات الشبكات والاتصالات اللاسلكية المتقدمة مثل 5G وIoT لتمكين اتصال سريع وموثوق بين الأجهزة والسحابة السحابية.

6. المرونة والتطوير المستدام (Flexibility and Scalability)

تهدف الحوسبة الطرفية إلى توفير مرونة وقابلية للتطوير للبيئات المحلية. ويجب أن تكون الحوسبة الطرفية قادرة على التكيف مع تغيرات الطلب واستيعاب عدد أكبر من الأجهزة والتطبيقات دون التأثير على أداء النظام بشكل سلبي.

طرق تطبيق الحوسبة الطرفية

هناك عدة طرق يمكن استخدامها لتطبيق الحوسبة الطرفية. ومن أهم الطرق الشائعة لتحقيق الحوسبة الطرفية ما يلي:

1. أجهزة الحواف المحلية (Edge Devices)

يمكن استخدام أجهزة الحواف المحلية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الذكية والأجهزة القابلة للارتداء والأجهزة المتصلة بالإنترنت لتنفيذ المعالجة وتخزين البيانات بشكل محلي. يتم توزيع العمل بين هذه الأجهزة والسحابة السحابية الرئيسية وفقًا لمتطلبات التطبيق.

2. البوابات الطرفية (Edge Gateways)

تعمل البوابات الطرفية كوسيط بين الأجهزة المحلية والسحابة السحابية الرئيسية. وتقوم بتجميع البيانات من الأجهزة المحلية وتنقلها إلى السحابة السحابية للمعالجة والتحليل. وكذلك توزيع الأوامر والتحديثات من السحابة السحابية إلى الأجهزة المحلية.

3. الشبكات اللاسلكية المتقدمة (Advanced Wireless Networks)

تستخدم تقنيات الشبكات اللاسلكية المتقدمة مثل 5G وشبكات IoT لتمكين اتصال سريع وموثوق بين الأجهزة المحلية والسحابة السحابية الرئيسية. كما توفر هذه الشبكات سعات عالية وتأخير منخفض وتدعم استخدامات الوقت الفعلي والتحكم في الأجهزة عن بُعد.

4. تقنيات التحليل والذكاء الاصطناعي المحلي (Local Analytics and AI)

يمكن استخدام تقنيات التحليل والذكاء الاصطناعي المحلي لتنفيذ المعالجة والتحليل على الأجهزة المحلية. يتم تطبيق تقنيات التعلم العميق والشبكات العصبية الاصطناعية على الأجهزة المحلية لاتخاذ قرارات في الوقت الفعلي وتحقيق تجربة مستخدم محسنة.

5. الحوسبة الحدودية (Fog Computing)

تعتبر الحوسبة الحدودية نموذجًا يجمع بين الحوسبة الطرفية والحوسبة السحابية. وتستخدم الحوسبة الحدودية البنية التحتية السحابية الموجودة على الحواف لتنفيذ المعالجة والتخزين المحلي، مع الاحتفاظ ببعض الخدمات السحابية المركزية للمعالجة الأكثر تعقيدًا.

اقرأ أيضًا: سلبيات وإيجابيات الحوسبة السحابية.

الفرق بين الحوسبة الطرفية وبين الحوسبة السحابية

يمكن أن تتكامل الحوسبة الطرفية والحوسبة السحابية معًا في بعض الحالات، حيث يمكن استخدام الحوسبة الطرفية لتنفيذ المعالجة المحلية والتحليل الأولي، ثم يتم نقل البيانات المهمة إلى السحابة السحابية للمعالجة الأكثر تعقيدًا أو لتحقيق التخزين الطويل الأمد. ويعتمد استخدام الحوسبة الطرفية أو نظرية الحوسبة السحابية أو تكاملهما على احتياجات التطبيق والمتطلبات الفردية للمنظمة أو النظام. ومن أهم الاختلاف بينهما ما يلي:

وأخيرًا، يمكننا القول أن الحوسبة الطرفية توفر تحسينًا في الأداء والخصوصية والأمان، وتقليل تكلفة الشبكة وتعزيز استدامتها. وتعتبر هذه العوامل مهمة في مجالات مثل الصناعة الذكية والمدن الذكية والرعاية الصحية والسيارات المتصلة والزراعة الذكية والأجهزة المحمولة والمحمولة.

تعلم الأمن السيبراني والحوسبة السحابية:

تتعرض جميع المنظمات لتهديدات سواء كانت داخلية أو خارجية، ولذلك من الضروري إبقاء موظفيها في حالة تأهب مستمرة، من خلال الالتحاق بالدورات التدريبية المُعتمدة التي تقدمها منصة بكه في شهادة تحليل الأمن السيبراني المعتمدة.

وتقدم بكه أيضًا العديد من دورات حوكمة نظم المعلومات ومنها التالي:

• دورة أساسيات ITIL
• شهادة معتمدة COBIT5
• شهادة ودورة DevOps

وما يزيد من فرص الحصول على وظائف في تكنولوجيا المعلومات والحوكمة التقنية، صقل المهارات في تصميم الويب من خلال الالتحاق بالدورات التدريبية المُعتمدة المُقدمة من منصة بكه في قيادة الاستراتيجية الرقمية وتكنولوجيا المعلومات، متخصص تكنولوجيا المعلومات.