01 Prólogo
Cuando todo el mundo habla de 5G y la informática de punta, significa que se avecinan nuevos cambios tecnológicos y que nuestras iteraciones de evolución tecnológica también sufrirán cambios importantes. simplemente pon:
- Nuestra demanda de retraso se está acercando a los límites físicos y pronto se verá limitada físicamente por la velocidad de la luz que se propaga a través de los cables de fibra óptica.
- Los "usuarios finales" solían ser una población exponencial de decenas de millones, pero en un futuro cercano, decenas de miles de millones de dispositivos IoT reemplazarán a los usuarios humanos. La conexión y el procesamiento de datos de estos dispositivos IoT es una realidad urgente.
- También es un problema muy real completar la implementación y actualización del sistema sin causar interrupciones.
Cuando la demanda de retardo alcance la velocidad de la luz o se acerque a la velocidad de la luz, fallarán los métodos de procesamiento simples antes factibles, lo que nos obligará a adoptar arquitecturas y soluciones más avanzadas.
El enorme crecimiento de la demanda de 5G y la informática de borde nos ha llevado a la línea divisoria del desarrollo tecnológico: por un lado, la pila de tecnología antigua que enfrenta la obsolescencia. Por otro lado, es un nuevo mundo seguro y expansivo.
Sin embargo, debe adoptar las soluciones técnicas adecuadas para lograr sus objetivos.
02 ¿Por qué está a punto de colapsar la vieja pila de tecnología?
Con el crecimiento explosivo de datos y dispositivos, la realidad también requiere la interacción entre estos dispositivos para proporcionar una latencia más baja y tomar decisiones en tiempo real para responder a varios datos. Cuando se trata de big data, baja latencia y requisitos de actualización de estado en tiempo real al mismo tiempo, los tres factores colapsarán rápidamente la pila de tecnología existente.
2.1 Límites físicos
Se espera que 5G y la informática de borde conecten decenas de miles de millones de dispositivos inteligentes en todo el mundo y realicen el control remoto y la orquestación inteligente. Las redes móviles 5G proporcionan 1-2 milisegundos de latencia, que es 23 milisegundos más rápido que las redes 4G normales, pero esto también plantea una pregunta muy difícil a la pila de tecnología existente: ¿puede romper el límite físico?
Con la ayuda de 5G y la computación perimetral, hemos llegado a un nuevo escenario, cuando agregar más dispositivos o más rápidos no resuelve el problema, y ya no es posible migrar a una "red más rápida". La siguiente figura ilustra este punto. La velocidad de propagación de la luz en una red WAN es de aproximadamente 120 millas (aproximadamente 200 kilómetros) por milisegundo. La distancia máxima requerida para el tiempo de retardo mínimo de 4G se compara con la distancia de tiempo libre de retardo máximo de 5G, que es mejor que el vacío La velocidad es un 30% más lenta.
Comparación teórica de la distancia de transmisión máxima: la tecnología de
red 5G versus 4G está limitada por la velocidad de la luz. La velocidad de la luz puede viajar 181 millas en un milisegundo en el vacío, mientras que solo puede viajar alrededor de 54 millas en un milisegundo en una fibra óptica . Esto significa que con un retraso de 1 milisegundo, las redes 5G, en teoría, solo pueden comunicarse entre dispositivos dentro de 54 millas.
La tecnología de red actual, la ubicación de la informática cliente-servidor y la distancia entre el cliente y el servidor han provocado el aumento de varios retrasos.
Light se movió 1.810 millas en 10 milisegundos, lo que significa que cualquier comunicación cliente-servidor que deba ocurrir en 10 milisegundos o menos no debe estar a más de 1.810 millas de distancia. El cable de fibra óptica real envía datos a una velocidad que es un 30% más lenta que la velocidad de la luz, es decir, en una WAN, la transmisión de datos tarda aproximadamente 500 millas en 10 milisegundos.
Por supuesto, las nuevas tecnologías, como la inversión adicional en cables de fibra óptica dedicados, pueden acelerar la velocidad de la red, pero es imposible superar las capacidades de los cables de fibra óptica, y mucho menos acercarse a la velocidad de la luz.
Se espera que 5G eventualmente produzca un retraso de ida y vuelta de 1 milisegundo. La única forma de cumplir con un retraso tan bajo es que las dos partes (remitente-receptor o cliente-servidor) estén a unas pocas millas de distancia e intercambien información brevemente.
Sin un gran avance en la física, no habría ningún avance en la tecnología.
2.2
La proliferación de gemelos digitales
Un gemelo digital es un mapeo digital virtual, generalmente compuesto por los siguientes elementos:
- Después de conectar varias señales en el equipo físico, se puede realizar el control remoto
- Relación de mapeo digital de varios sistemas de equipos en línea
- La transmisión de datos confiable entre dispositivos puede representar el estado actual del dispositivo
Una vez que estos tres elementos estén en su lugar, no solo las aplicaciones de computación en la nube serán factibles, sino que también se podrán controlar dispositivos baratos y simples. Al usar la nube, una gran cantidad de dispositivos gemelos digitales pueden trabajar juntos para lograr el mismo objetivo.
Hasta ahora, la interacción de muchos dispositivos con Internet es opcional o innecesaria y, a menudo, es imposible controlar sus funciones principales. Pero 5G y la tecnología de punta ya pueden promover decenas de miles de millones de gemelos digitales, que satisfacen las necesidades de nuestras vidas todos los días, y todo depende de su propia toma de decisiones confiable de latencia ultrabaja en algún lugar de la red. Se utiliza una gran cantidad de dispositivos de forma continua, pero el proceso anterior de operación del dispositivo era "apagar y luego encender". Este método ya no puede cumplir con nuestras expectativas de administrar innumerables dispositivos.
El retraso también significa que el dispositivo depende de conexiones rápidas para completar el trabajo esperado, por lo que el incumplimiento del SLA no es muy diferente de la interrupción del dispositivo. Si el dispositivo toma decisiones o ejecuta operaciones basándose en información desactualizada, puede traer peores consecuencias. .
2.3 Tiempo de inactividad
planificado El tiempo de inactividad planificado tendrá graves consecuencias para las aplicaciones 5G y de borde. En términos generales, los dispositivos 5G necesitan redes en tiempo real para funcionar, y el tiempo de inactividad significa un accidente importante.
Esto tiene varias implicaciones:
1. Una pila de tecnología compleja que utiliza componentes de código abierto puede no estar a la altura del trabajo . Si cada capa de la pila tiene su propio parche independiente, cuando el parche alcanza un cierto nivel de complejidad o número, las actualizaciones del tiempo de inactividad pueden ser inevitables. Pero si no se aplica el parche, también puede traer problemas legales o de seguridad potenciales. Cuando el tiempo de inactividad para actualizar cuesta miles de dólares por minuto, puede ser necesario reducir la cantidad de componentes de la pila de tecnología.
2. Es relativamente fácil parchear y mantener el software, pero es muy problemático parchear el firmware , por lo que, en la medida de lo posible, no use firmware o código de hardware para completar la función de la pila de software, sino complete la actualización del firmware. y mantenimiento desde el dispositivo terminal.
3. El desarrollo ágil puede no ser adecuado para trabajar con miles de millones de dispositivos gemelos digitales . Con cada actualización menor de la versión, pueden producirse varios errores que provoquen la interrupción del equipo y consecuencias aún más graves.
03 El inconveniente de la nueva normalidad
El problema fundamental al que nos enfrentamos es que debido a los requisitos de latencia del escenario 5G, en gran medida la pila de componentes tecnológicos es demasiado profunda, lo que provoca retrasos adicionales, lo que desperdicia tiempo de procesamiento de datos real y efectivo.
Recuerde: 5G y la computación de borde no sucederán en el vacío, ni sucederán lentamente. La implementación de 5G y la informática de borde significa que la cantidad de dispositivos y sesiones de usuario se disparará. Según la especificación actual de 5G, la densidad de dispositivos en red es de aproximadamente 1 millón de unidades por kilómetro cuadrado.
Muchos de estos dispositivos se ejecutarán en escenarios de gemelos digitales con altas garantías de SLA, y deberán mantener continuamente la comunicación en línea con capacidades informáticas remotas y tomar decisiones en tiempo real.
El crecimiento explosivo de los dispositivos en red coincidirá con las expectativas de latencia y conectividad.
Expectativas de retraso VS. La cantidad
de dispositivos conectados Con el tiempo, la cantidad de dispositivos que usamos se ha disparado y ahora supera la cantidad total de humanos. Pero el dispositivo no es como un ser humano, espera una respuesta de decisión en tiempo real en milisegundos.
En el pasado, "queremos ser más rápidos" era suficiente. Y ahora, "obtenemos una respuesta en 4 milisegundos" es probable que sea un requisito del SLA.
Si reconocemos el valor de 5G y la computación de borde para los requisitos de baja latencia, también debemos aceptar los desafíos de la tecnología y la arquitectura actuales.
04 Cómo evitar la responsabilidad del apilamiento de tecnología
Cuando nos acercamos al punto de inflexión de los requisitos de latencia y alcanzamos el límite físico, necesitamos innovar la forma en que administramos los datos y ejecutamos la pila de tecnología.Cada innovación trae diferentes desafíos y soluciones abiertas.
Estos son:
1. Procesamiento de borde
Aunque todavía realizaremos una gran inversión en la computación del centro de datos, debido a que las nuevas aplicaciones tienen altos requisitos de baja latencia, es necesario realizar una gran cantidad de funciones sensibles al retardo en el borde. Desde una perspectiva técnica y comercial, el procesamiento perimetral significa una arquitectura de implementación más compleja.
2. Una pila de componentes de tecnología más simple
Antes de 5G y la informática de borde, los problemas comerciales generalmente resuelven el problema del desacoplamiento entre arquitecturas mediante la creación de una arquitectura en capas que contiene múltiples componentes. Sin embargo, cada capa aumentará el retraso.En el mundo 5G, es necesario ahorrar el retraso de la comunicación con el dispositivo de borde, en lugar de perder tiempo en la comunicación adicional entre las capas lógicas de los componentes de software. La realidad es que solo impulsando la arquitectura, utilizando menos pilas de componentes tecnológicos y fusionando el flujo de datos, el procesamiento de flujos y la gestión del estado de las transacciones, este problema se puede resolver fundamentalmente.
3. Los
primeros proyectos de IoT para dispositivos "tontos" implicaban agregar sensores a los dispositivos para que pudieran enviar datos al servidor y completar el análisis de datos en el extremo remoto. En estas primeras arquitecturas, los dispositivos utilizaban una potencia informática local limitada para realizar algunas funciones básicas.
La conexión entre 5G y las aplicaciones de borde es omnipresente, y no hay razón para retener potentes capacidades de procesamiento en cada dispositivo terminal. Si lo hace, aumentará el costo del equipo y también causará una pesadilla interminable de actualizaciones de parches en el lado del dispositivo.
En la informática de borde, es lógicamente posible eliminar tantas unidades de procesamiento inteligente como sea posible del dispositivo.
05 Siguiente paso: cinco preguntas de necesidades que debe evaluar
5G no es solo un término de marketing, sino una excusa para reemplazar el hardware general con un mejor hardware. Pero lo que realmente necesita cambiar es la forma en que hacemos las cosas.
Evalúe si su escenario de aplicación es adecuado para 5G a partir de las siguientes cinco preguntas:
- ¿Se aplica a OLTP? Si es así, ¿puede tomar decisiones precisas a partir de datos a gran escala dentro de un tiempo de demora unitario?
- ¿Puede minimizar arquitectónicamente la cantidad de veces que se transmiten datos a través de la red?
- ¿Es lo suficientemente simple e integrado verticalmente para procesar datos de una manera altamente disponible en el menor tiempo posible?
- ¿Se usa para IoT o mensajería en tiempo real? Si es así, ¿tiene conexiones entrantes y salientes con Kafka, Kinesis y otro middleware de mensajería para facilitar la integración de múltiples flujos de datos?
- Si sus aplicaciones 5G de próxima generación se basan en la tecnología de código abierto, ¿realmente ha considerado las consecuencias del tiempo de inactividad y las fallas?
Si su respuesta a cualquiera de las preguntas anteriores es "No", es probable que se enfrente a una situación en la que la acumulación de tecnología provoque fallas en las aplicaciones, y debe buscar soluciones integradas con soporte profesional para evitar este desastre de manera proactiva.
06 ¿Cómo satisface VOLTDB las necesidades de 5G?
A medida que ingresamos a los escenarios 5G y de computación perimetral, debe aceptar el hecho de que la pila de software existente o la tecnología de desarrollo pronto pueden volverse obsoletas. En el campo de la tecnología, este siempre ha sido el caso: el software de plataforma que podría funcionar de manera estable ayer fallará hoy, y mañana será más probable que enfrente un bloqueo del sistema.
Los requisitos de baja latencia amplían las capacidades de la mayoría de las pilas de tecnología hasta sus límites, y muchas empresas intentarán encontrar el método de desarrollo más barato o más rápido. Pero no pensarán en la estructura como un todo o fundamentalmente, sino que trabajarán desde la perspectiva de acertijos y curitas, lo que conlleva mayores consecuencias.
Así es: 5G y la informática de borde están aquí y están reemplazando la forma en que funciona el mundo de los datos.
Si está buscando una plataforma que pueda lograr alta disponibilidad, escalabilidad y toma de decisiones en tiempo real con un retraso de milisegundos, contáctenos de inmediato en https://www.voltdb-china.cn/contact para hablar sobre cómo podemos ayudar. .
* 参考 ：
1. https://www.quora.com/What-is-precisely-the-speed-of-light-in-fiber-optics
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
Si desea integrar VoltDB en su pila de tecnología o desea comunicarse con más socios,
contáctenos por mensaje privado.
Acerca de VoltDB
VoltDB admite aplicaciones ACID sólidas y de toma de decisiones inteligentes en tiempo real para lograr un mundo interconectado. No existe otro producto de base de datos como VoltDB, que pueda recargar aplicaciones que requieren una combinación de baja latencia, gran escala, alta concurrencia y precisión al mismo tiempo.
VoltDB fue fundado por el Dr. Mike Stonebraker, ganador del Premio Turing en 2014, quien rediseñó la base de datos relacional para cumplir con los crecientes desafíos actuales de aprendizaje automático y operaciones en tiempo real. El Dr. Stonebraker ha estado investigando la tecnología de bases de datos durante más de 40 años y ha aportado muchas ideas innovadoras en datos rápidos, transmisión de datos y bases de datos en memoria.
Durante el desarrollo de VoltDB, se dio cuenta de todo el potencial del uso de la tecnología de bases de datos de transacciones en memoria para extraer datos de transmisión, que no solo pueden cumplir con los requisitos de demora y concurrencia del procesamiento de datos, sino que también brindan análisis y toma de decisiones en tiempo real. VoltDB es un nombre confiable en la industria Hay escenarios reales en cooperación con organizaciones líderes como Nokia, Financial Times, Mitsubishi Electric, HPE, Barclays y Huawei.