¿Qué es Edge Mesh? El nuevo paradigma de la Inteligencia Distribuida

13 de julio de 2022, by Jaime Vélez

El Edge Mesh, como nuevo modelo propone que todas las tareas de computación y los datos se compartan utilizando una red mallada de dispositivos Edge y routers, ofreciendo muchas ventajas, como el procesamiento distribuido, la baja latencia, la tolerancia a los fallos, una mayor escalabilidad y una mayor seguridad y privacidad.

El Internet de las Cosas (IoT) está revolucionando la industria, al conectar todos sus activos con los sistemas operativos, a través de aplicaciones. La mayoría de aplicaciones IoT pueden agruparse alrededor de cuatro tipos de funciones: detección, comunicación, computación y actuación. Un solo dispositivo no suele soportar todas las capacidades, por eso hasta ahora la mayoría de los sistemas utilizaban dispositivos finales para detectar el entorno, mientras que la comunicación y las responsabilidades de la red eran asumidas por las pasarelas y la computación se solía realizar en un servidor centralizado tipo cloud, que enviaba la información generada durante el procesamiento a algunos dispositivos seleccionados que actuaban como ejecutores. Este modelo informático centralizado no sólo lleva el desperdicio de recursos, sino que además no es eficiente para aplicaciones de cálculo intensivo y de tiempo crítico.

A medida que el número de dispositivos aumenta, lo hace también el volumen de datos y la importancia de generar información útil a través de inteligencia artificial. La computación es una parte importante del IoT Industrial, ya que conduce a la generación de nuevo conocimiento, que puede ser utilizado para optimizar procesos de forma inteligente. Debido al rápido desarrollo de la tecnología, el alcance de la inteligencia se amplía. Un buen ejemplo de ello son los nuevos procesos industriales inteligentes que han evolucionado hasta el punto de poder entender el entorno y responder en consecuencia.


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Este nuevo escenario de objetos conectados, permite que surjan nuevos sistemas de gestión de los dispositivos nodos edge– , aplicaciones y datos, como la plataforma Edge de Barbara, que permite dar respuesta en tiempo real y gestionar activos de alta criticidad en entornos muy distribuidos. 

La toma de decisiones en estos escenarios se realiza dentro de la red compartiendo los datos y la computación entre los dispositivos en lugar de enviar todos los datos a un servidor. Este nuevo sistema distribuido revoluciona la forma de hacer computación centralizada, donde los dispositivos se utilizan únicamente para recoger y transmitir los datos a un servidor para su procesamiento.

Edge Mesh propone así, un nuevo modelo en el que utilizar dispositivos edge o nodos edge, para habilitar la inteligencia distribuida en el IoT. Esta es una de las ventajas más importantes de este modelo, además de su capacidad de «autocuración», de modo que si un nodo falla en la comunicación puede redirigirse alrededor, permitiendo que la red siga funcionando, lo que aumenta la fiabilidad.

«Consideramos por lo tanto que la inteligencia distribuida implica tanto a los elementos de procesamiento como a los de red, incluyendo desde el análisis de datos y la conexión en red, a otras funcionalidades como la gestión de dispositivos, la gestión de recursos o la orquestación de aplicaciones. »

De la Computación Cloud a la Computación Distribuida, Complementaria y Cooperativa. 

El modelo de computación en la nube padece de cuatro grandes males difíciles de solventar: 1) la latencia, 2) la seguridad, 3) la privacidad y 4) la movilidad. La computación distribuida y la computación edge nacen para hacer frente a los problemas de latencia, movilidad, seguridad y el cuello de botella del ancho de banda de la computación cloud tradicional.

Los modelos de computación en la nube y la computación Edge tienen cada uno sus beneficios e inconvenientes, pero pueden trabajar de forma complementaria entre sí para satisfacer los requisitos múltiples de las aplicaciones actuales. Se impone entonces un modelo que tiene como objetivo descomponer las aplicaciones en microservicios y utilizar recursos tanto en el borde como en la nube para satisfacer de forma alternativa los requisitos de las distintas aplicaciones.

¿Cómo resuelve los problemas del cloud el modelo Edge Mesh de computación distribuida y cooperativa?

Edge Mesh, tiene dos grandes objetivos: 

  • Integrar y permitir la cooperación entre diferentes tipos de dispositivos en la red, incluidos los dispositivos finales, las pasarelas, los routers, la nube, etc.
  • Habilitar la inteligencia distribuida en el IoT. 

Los dispositivos edge aumentan día a día sus capacidades de cálculo, almacenamiento y comunicación, lo que ha llevado a un nuevo modelo de cooperación oportunista, en el que los servidores edge pueden hacer uso de dispositivos circundantes para el procesamiento de tareas. Esto resuelve uno de los grandes problemas del cloud: la sobrecarga. 

Muchas veces, los dispositivos se sobrecargan con varias tareas mientras que otros están infrautilizados, lo que no sólo conduce a una distribución desigual de las tareas, sino también a un aumento del consumo de energía y latencia. 

El reto: La difícil gestión de los sistemas de computación distribuidos

Un modelo totalmente distribuido implica un enorme esfuerzo de gestión. La diversidad de dispositivos y aplicaciones del IoT hace casi imposible que un único modelo satisfaga todos los requisitos de las aplicaciones. Esto queda resuelto gracias al modelo Edge Mesh que implica la integración de distintos sistemas, pero la forma de hacerlo supone un gran reto. 

Aunque la computación y la comunicación son fundamentales para hacer posible la inteligencia distribuida, también deberíamos centrarnos en aspectos como la detección, la actuación, la calidad del servicio y otros aspectos de la toma de decisiones.

Debido a los problemas asociados a los sistemas distribuidos como la sincronización, el consenso, la cooperación, la heterogeneidad de los dispositivos y aplicaciones, la interoperabilidad de los datos, se convierte en un reto mayúsculo el habilitar la inteligencia distribuida. 

La mayoría de soluciones habilitadoras de inteligencia existentes se basan en la nube y, por lo tanto, no son adecuadas para proporcionar soporte para la inteligencia distribuida en el IoT.  Los algoritmos de análisis tradicional desarrollados para sistemas centralizados no pueden utilizarse directamente para Edge Mesh ya que el canal de comunicación es dinámico y los dispositivos utilizados en Edge Mesh son muy diferentes de los sistemas tradicionales. Los dispositivos Edge utilizados para las tareas de cálculo son heterogéneos y con recursos limitados. Además, Edge Mesh también requiere de la interacción y el intercambio de datos entre diferentes tipos de dispositivos, como dispositivos finales, routers, dispositivos de borde y la nube, lo que supone un gran desafío. 

Barbara, la Plataforma aceleradora de despliegue Edge Mesh industrial 

El Edge Mesh y Barbara, abren las puertas a la inteligencia distribuida en el IoT, dividiendo las aplicaciones en subtareas y distribuyendolas entre los dispositivos Edge, que junto con los routers forman una red mallada responsable de ejecutarlas. 

Trabajar con contenedores de aplicaciones en entornos distribuidos y muchas veces remotos como propone el modelo Edge Mesh, requiere tener una herramienta que permita el control de todo el ciclo de vida de los nodos Edge y de la inteligencia que corre en ellos.

La plataforma edge industrial cibersegura Barbara, permite gestionar miles de nodos Edge y aplicaciones inteligentes/autónomas en tiempo real sobre ellos de forma sencilla. Barbara proporciona el control sobre las redes Edge que utilizan sistemas mallados de dispositivos y routers para permitir la toma de decisiones distribuidas. 

Sectores críticos como el de la Distribución Eléctrica o la Industria del Agua se encuentran inmersos en procesos de transformación digital de gran parte de su negocio y el Edge Mesh es un habilitador para que estos procesos puedan llevarse a cabo. Es en estos entornos donde, para el desarrollo y despliegue de los algoritmos de explotación de datos, el uso de la plataforma Edge, Barbara se ha ido extendiendo cada vez más. 

En el Edge Mesh, los dispositivos edge cooperan entre sí para compartir datos y tareas de cálculo. Los dispositivos finales se conectan directamente a los dispositivos Edge en lugar de formar una red de malla entre ellos. La razón de esta arquitectura es que los dispositivos finales existentes utilizan diferentes protocolos de comunicación y no pueden comunicarse entre sí. Sin embargo, podemos hacer uso de dispositivos Edge que admiten la conversión de datos al formato requerido para permitir la interacción entre diferentes dispositivos finales.

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Red Mesh Centro de Transformacion Barbara Edge

La plataforma Barbara permite gestionar de forma sencilla todos los dispositivos que conforman la red virtual mallada. Los dispositivos de borde realizan las tareas de cálculo y comparten los datos transmitiendo los necesarios entre sí a través de la red. Hay que tener en cuenta que a diferencia de los modelos tradicionales, en los que el procesamiento se realizaba en los servidores, en la arquitectura Edge Mesh, los dispositivos de borde, como las puertas de enlace en la red pueden realizar la computación.

En este sentido, el cálculo puede realizarse localmente y distribuirse dentro de la red entre los dispositivos Edge. Ahora que ya es posible ejecutar varias tareas en paralelo en la red, podemos atribuir varias tareas de cómputo a cada dispositivo Edge y compartir diferentes partes de los datos entre los dispositivos. 

La plataforma edge industrial Barbara permite gestionar de manera sencilla y escalable este sistema que a diferencia de los modelos tradicionales en los que los dispositivos sólo recogen y transmiten datos, ahora también son capaces de participar en las tareas de toma de decisiones.

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Beneficios de integrar Barbara

La plataforma edge mesh industrial Barbara se centra en trasladar procesamiento de datos más cerca de las fuentes de datos y en la cooperación entre dispositivos Edge. 

El objetivo principal de Barbara es facilitar la inteligencia distribuida que ayuda a las compañías a obtener todos los beneficios asociados al Edge Mesh y la computación distribuida. Estos beneficios incluyen la tolerancia a los fallos, una mejor escalabilidad, un rendimiento eficiente gracias a la distribución de la carga, una baja latencia, mejores servicios y mayor seguridad y privacidad.

1) Tolerancia a los fallos: Barbara facilita la implementación del modelo Edge Mesh, proporcionando tolerancia a los fallos en términos de comunicación y computación. Desde una red mallada  que se utiliza para distribuir datos entre diferentes dispositivos, se proporcionan muchas conexiones redundantes. En caso de fallo de un dispositivo en la ruta de comunicación, se pueden utilizar otras rutas para distribuir datos. Lo mismo sucede con las tareas de cálculo, donde la responsabilidad de cualquier tarea de computación recae en varios dispositivos de borde que cooperan entre sí, por lo que el fallo de un solo dispositivo no pone en peligro todo el sistema. Esto es especialmente útil para aplicaciones críticas de sectores como las redes eléctricas, la gestión de aguas, los sistemas de emergencia, etc. que requieran de alta fiabilidad.

2) Escalabilidad: La escalabilidad es un requisito importante para los sistemas IoT, ya que el número de dispositivos seguirá aumentando en el futuro. Los sistemas dependientes de un servidor centralizado para tareas de cómputo no pueden ser escalados. Un reto importante para la escalabilidad es el cuello de botella de la comunicación debido al limitado ancho de banda de los sistemas IoT. Sin embargo, Barbara apuesta por el modelo Edge Mesh distribuido, por lo que todos los datos no se envían a un único dispositivo, sino que se envían a múltiples dispositivos Edge capaces de compartir los datos, por lo que la comunicación se resuelve debido a la naturaleza distribuida del sistema.

3) Distribución de la carga: Las tareas de cálculo pueden descargarse en varios dispositivos Edge para acelerar el tiempo de procesamiento, reducir el tiempo de espera y maximizar el rendimiento. La distribución de la carga también hace que los sistemas sean más flexibles, es decir, en caso de fallo del dispositivo, otros dispositivos pueden compartir la carga del dispositivo que ha fallado. Se convierten así en dispositivos dinámicos, ya que pueden ser móviles, añadirse, eliminarse o cambiar de configuración. Edge Mesh puede ajustarse a estos cambios, ya que los dispositivos Edge pueden cooperar entre sí. Por ejemplo: si una tarea compleja no puede ser manejada por el dispositivo actual, puede descargar algunos de los componentes de la tarea a otros dispositivos o incluso descargar completamente la tarea a otro dispositivo mejor que pueda realizar la tarea.

4) Baja latencia: Muchas aplicaciones industriales tienen requisitos de baja latencia. Los sistemas de la computación en nube no son lo suficientemente eficientes para estas aplicaciones de tiempo crítico al consumir una gran parte de tiempo en transferir los datos hacia un servidor remoto que realiza todas las tareas de procesamiento. Con la ayuda de Barbara es posible utilizar dispositivos Edge locales que pueden realizar tareas de cálculo y compartir datos dentro del plazo requerido. 

5) Mejores servicios: Los dispositivos finales contienen sensores que generan datos que luego se procesan para crear información útil y proporcionar diferentes servicios. El tipo de conocimiento generado y el servicio prestado dependen directamente del tipo de datos que se utilicen. En el caso de la computación en nube, los datos brutos completos no se envían al servidor centralizado debido a la limitación del ancho de banda, por lo tanto, sólo se pueden proporcionar servicios limitados basados en los datos abstractos que se envían. Barbara utiliza dispositivos locales Edge que pueden hacer uso de la información completa y tener conocimiento del contexto que puede ayudar a generar mejor información útil y, por tanto, proporcionar mejores servicios. Por ejemplo, industrias fabricantes que son capaces ahora de ofrecer servicios basados en el modelado de algoritmos a partir de la recolección masiva de datos. 

6) Procesamiento local: En Edge Mesh, el procesamiento de datos se realiza por los dispositivos Edge que se encuentran localmente. Los datos no se envían cada vez a un servidor remoto para su análisis, sólo se comparten entre los dispositivos que necesitan los datos para su procesamiento. La comunicación con entidades externas desconocidas se minimiza. La plataforma Barbara también permite la prestación de servicios incluso en caso de fallo de Internet ya que el análisis de los datos se realiza localmente. Esto es realmente útil en caso de operaciones en entornos en los que los servicios de Internet no suelen funcionar y es importante hacer el procesamiento localmente y en un tiempo más corto de duración.

7) Mejor seguridad y privacidad: La seguridad y la privacidad son una preocupación importante, ya que en un mundo conectado como el actual, se recoge una gran cantidad de datos que pueden utilizarse para identificar información sensible. Estos datos pueden caer en manos de las personas equivocadas, suponiendo graves perjuicios al negocio. Barbara, la plataforma edge industrial cibersegura permite mejorar la seguridad y la privacidad, ya que está basada en la tecnología del Edge computing, donde el procesamiento local y los datos no se comparten con entidades externas ni se requiere la comunicación con nodos intermediarios, que suelen ser propensos a ataques de seguridad. Dado que los datos no se comparten vía Internet, no son fácilmente accesibles para cualquier persona. 

¿Por qué usar Barbara?

Mantener en funcionamiento miles de aplicaciones y nodos en entornos distribuidos puede ser complejo, porque suelen incluir muchos contenedores implementados en diferentes máquinas. Barbara permite impulsar esos contenedores al estado deseado y administrar sus ciclos de vida de forma portátil, escalable y extensible.

Además Barbara permite agregar el control total del desarrollo, las operaciones y la seguridad lo que permite implementar las actualizaciones con más rapidez, sin comprometer la seguridad ni la confiabilidad, y ahorrar tiempo en la administración de la infraestructura, lo que es igual a ahorro de costes.

La plataforma Barbara está concebida para facilitar la gestión de grandes parques de nodos Edge distribuidos. 

Si estás trabajando en el despliegue de aplicaciones en el Edge en entornos industriales y quieres que te enseñemos cómo nuestra plataforma puede ayudarte en el proceso, no dudes en solicitarnos una demo.

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