Geleceğin Akıllı Uygulamalarının Yapı Taşı – Uçta Hesaplama (Edge Computing)
Bilişim teknolojileri her geçen gün insan hayatının her yönünü değiştiriyor. Bu bağlamda Uçta Hesaplama’nın (Edge Computing) Nesnelerin İnterneti (Internet of Things – IoT), Makine Öğrenmesi ve Büyük Veri Analitiği teknolojileriyle birlikte bu değişimin bir parçası olacağı düşünülüyor.
Uçta Hesaplama uzak bulut (Cloud) ortamlarındaki hesaplama gücünü ağların uç noktalarına, kıyılarına taşımayı amaçlar. Böylelikle “akıllı” uygulamalar tüm verilerini çok uzakta yer alan buluta göndermek ve cevapların da aynı uzun yol üzerinden geri gelmesini beklemek zorunda kalmazlar.
“Uçta Hesaplama’nın babası“olarak nitelendirilen Mahadev Satyanarayanan Uçta Hesaplama’nın nasıl doğduğunu makalesinde [1] açıklamıştır. Satyanarayanan’a göre mobil cihazların kaynaklarının kısıtlı olması, hesaplama işlemini bu cihazların yerine yapacak ve kaynakları daha güçlü bir platforma yönelik bir ihtiyaç doğurdu. Bu problemin çözümü için mobil cihazlara oranla çok daha güçlü kaynaklar (hesaplama, bellek ve depolama kaynakları) vaat eden Bulutta Hesaplama (Cloud Computing) ortaya çıktı. Ancak gecikmeye duyarlı ve bantgenişliğine aç olan uygulamalar geliştikçe tüm hesaplama gücünün uzaktaki bulut ortamında bir araya toplanması sorun yaşatmaya başladı. Bu sorunun arkasında yatan asıl neden ise uygulama paketlerinin bulut ortamına ulaşıncaya kadar farklı katmanlardaki birçok İnternet Servis Sağlayıcı (Internet Service Provider – ISP) tarafından kontrol edilen çok sayıda yönlendirici üzerinden geçmek zorunda kalmasıdır. Paketlerin geçtiği her yönlendirici gecikmeye duyarlı uygulamaların paketlerinin Gidiş – Dönüş Sürelerinde (Round Trip Time – RTT) artış olarak kendini göstermektedir. Buna ek olarak, yönlendirme protollerinin paketler için sağladığı yollara ait uçtan uca gecikme değerleri ISP’ler ve ağda meydana gelen sorunlar/durumlar nedeniyle dinamik olarak değişebilmektedir (Medianova Ar-Ge Merkezi olarak bu problemi çözmeye odaklanan bir araştırmamızı IEEE ISNCC 2019 Konferansı’na yollamış bulunmaktayız.). Tüm bunların yanında, önümüzdeki yıllarda milyarlarca IoT cihazının internete bağlanarak veri transferi yapacakları öngörülmektedir. Milyarlarca cihazın uzakta ve tek bir noktada yer alan bulut ortamına veri yollaması ister istemez bantgenişliği darboğazlarının yaşanmasına yol açacaktır. Bütün bu nedenlerle uzaktaki bulut ortamlarının gecikmeye duyarlı ve bantgenişliğine aç uygulamalar için bir çözüm olamayacağı açıktır. Uçta Hesaplama bu sorunu çözebilmek için doğmuştur. Uçta Hesaplama, bulut kaynaklarını ağların uç noktalarına taşıyarak uygulamaların uzun RTT sürelerinden ve bantgenişliği darboğazlarından etkilenlenmelerini önlemeyi amaçlamaktadır. Uçta Hesaplama’da veri hesaplama gücüne değil, tam tersine hesaplama gücü veriye taşınmaktadır [15]. Alttaki resimler Bulutta Hesaplama’dan Uçta Hesaplama’ya geçişi ve gecikmeye duyarlı uygulamalar için elde edilebilecek gecikme kazançlarını göstermektedir.
Bulutta Hesaplama’dan Uçta Hesaplama’ya Geçiş
Hesaplama kaynaklarını buluttan ağın uç noktalarına taşıma için Cloudlet, siste (fog) hesaplama ve mobil uçta hesaplama (mobile edge computing) teknolojileri ortaya çıktı [2,3]. Bu bağlamda, Mobil Uçta Hesaplama, hesaplama kaynaklarını hücresel ağların baz istasyonlarına getirmeyi vaat etmektedir. Böylece Telsiz Erişim Ağı’ndaki (Radio Access Network – RAN) mobil cihazlar hesaplama işlerini Mobil Uçta Hesaplama düğümlerine paslayabilirler. Siste Hesaplama, yönlendirici, switch, access point, IoT ağ geçidi, set-top box gibi sis düğümleriyle hesaplama kaynaklarını coğrafi bölgelere taşımayı amaçlamaktadır. Cloudlet Hesaplama ise gecikmeye duyarlı ve hesaplama yükü çok olan uygulamaları yerel ağlardaki sunucular üzerinde çalıştırmayı hedeflemektedir. Bu tür sunucular buluttaki datacenter kaynaklarını daha küçük ölçekte uçta sundukları için “kutu içindeki datacenter” olarak isimlendirilmektedirler [3].
Birçok uygulama Uçta Hesaplama’nın getirdiği avantajlardan faydalanabilir. Bu uygulamalara yapay zeka modelleri [15], sanal gerçeklik uygulamaları, video analitiği, IoT, lokasyon temelli hizmetler ve veriyi uçta önbelleğe alma örnekleri verilebilir. Literatürde Uçta Hesaplama kullanım senaryolarını içeren birçok çalışma yer almaktadır. Bu kapsamda akıllı trafik ışıkları ve akıllı rüzgar türbini çiftlikleri [4], acil durum uyarı hizmetleri [5], düşme tespiti [6], akıllı park etme [7] ve araçlar arası ağda şerit değiştirme [8] çalışmaları Siste Hesaplama uygulamaları örnekleridir. Mobil Uçta Hesaplama içinse web sitelerinin içeriklerinin önceden önbelleğe alınması [9] ve konteynır yapılarıyla kaynakların sanallaştırılması [10] çalışmaları vardır. Cloudlet Hesaplama içinse araç içinde video oyun, yol ve trafik koşullarının izlenmesi [11], kitle kaynaklarından (crowdsourcing) elde edilen verinin ön işleme tabi tutulması [12] ve uçta video analitiği yapılması [13] çalışmaları önerilmiştir. Genel olarak Uçta Hesaplama örnekleri olarak da gerçek zamanlı analitik hizmetini Uçta Hesaplama kaynaklarıyla yapmayı amaçlayan bir çalışma [14] bulunmaktadır.
Uçta Hesaplama uygulamaları için bir ekosistem oluşturmak, standartlaşmış ve açık metodolojiler geliştirebilmek için birçok organizasyon, topluluk ve girişim güçlerini birleştirmeye başlamış durumdadır. IETF, ETSI, Açık Uçta Hesaplama Girişimi, Endüstriyel İnternet Topluluğu ve Açık Sis Toplulukları böyle işbirliklerine ait örneklerdir.
