El material adecuado para Edge Computing en el espacio

AWS Bola de nieve + SpaceX Starlink + Couchbase Capella = Más tiempo de actividad, menor latencia y mejor uso del ancho de banda en el extremo.

Las aplicaciones deben ser siempre rápidas y estar siempre activas

Supongamos que gestionas clínicas emergentes en aldeas rurales y lugares remotos donde no hay Internet. Necesitas capturar y compartir datos en toda la clínica para proporcionar una atención sanitaria vital, pero si las aplicaciones que utilizas requieren una conexión a internet para funcionar, no pueden funcionar en estas zonas.

O quizá sea usted un operador de petróleo y gas que necesita analizar datos críticos de alerta procedentes de un sensor de presión en una plataforma del Mar del Norte. Si los datos deben procesarse en centros de datos en la nube, tienen que recorrer distancias increíbles -a un coste elevado- a través de redes poco fiables. Esto conlleva un alto grado de latencia, o lentitud de la red, por lo que para cuando se envía un resultado a la plataforma, podría ser demasiado tarde para tomar medidas.

Este tipo de casos de uso representan una clase cada vez mayor de aplicaciones que requieren un tiempo de actividad 100% y velocidad en tiempo real, garantizados, independientemente del lugar del mundo en el que operen.

Un reto fundamental para cumplir estos requisitos sigue siendo la red: todavía hay enormes franjas del planeta con poco o ningún acceso a Internet, lo que significa que las aplicaciones que dependen de la conectividad no pueden funcionar en esas zonas. Los nuevos avances en tecnología de redes están colmando esas lagunas, pero independientemente de la cobertura, fiabilidad o velocidad de una red, inevitablemente sufrirá lentitud y cortes que afectarán a las aplicaciones que dependen de ella, lo que se traducirá en una mala experiencia de usuario y en tiempos de inactividad de la empresa.

La opción del desarrollo responsable

¿Cómo se garantiza la disponibilidad y la latencia ultrabaja de las aplicaciones, especialmente cuando funcionan en zonas sin conexión a Internet? Esto es posible conociendo los retos de la conectividad de red y trabajando para superarlos. 

La opción de desarrollo responsable consiste en diseñar y crear aplicaciones que:

• • Puede seguir funcionando cuando la conectividad a la red se interrumpe o no está disponible.
  • Puede aprovechar al máximo la conectividad a la red cuando está disponible, porque puede ser efímera y no siempre rápida.

Para ello, hay que llevar el procesamiento de datos y la infraestructura informática al lado cercano de la red, es decir, al borde literal, como en la furgoneta clínica emergente o en la plataforma petrolífera, reduciendo las dependencias de los lejanos centros de datos en la nube.

Llegar al límite

Arquitectura en nube

Una arquitectura de computación en nube supone que el almacenamiento y el procesamiento de datos se alojan en la nube. En esta representación, los servicios de la aplicación y la base de datos se alojan y ejecutan en la nube, a la que se accede desde dispositivos periféricos mediante llamadas REST:

La arquitectura en nube depende de Internet para que las aplicaciones funcionen correctamente. Si hay lentitud o interrupciones en la red, las aplicaciones se ralentizarán o se detendrán. 

Arquitectura de bordes

Las arquitecturas de computación de borde llevan el procesamiento de datos al borde, cerca de las aplicaciones, lo que las hace más rápidas porque los datos no tienen que viajar hasta la nube y volver. Y las hace más fiables porque el procesamiento local de los datos significa que pueden funcionar incluso sin Internet. No se trata de deshacerse de la nube; sigue siendo necesario ese punto de agregación final. Se trata de extender la nube al lado cercano de la red. Las arquitecturas de borde utilizan la red para la sincronización, donde los datos se sincronizan en todo el ecosistema de aplicaciones cuando la conectividad está disponible.

Y es importante señalar que por "sincronizar" entendemos algo más que utilizar la red para replicar datos. También se trata de utilizar el preciado y efímero ancho de banda de la forma más eficiente posible cuando está disponible.

La tecnología Sync ofrece compresión de registros cruzados, compresión delta, agrupación por lotes, filtrado, posibilidad de reinicio y mucho más, y gracias a estas eficiencias envía menos datos por cable, lo que es fundamental en redes lentas, poco fiables o con ancho de banda compartido.

En pocas palabras, una arquitectura de borde le permite:

• • Capturar, almacenar y procesar datos allí donde se producen, proporcionando disponibilidad y rapidez.
  • Sincronizar los datos de forma segura y eficiente en todo el ecosistema de aplicaciones según lo permita la conectividad, proporcionando coherencia.

Ahora vamos a explorar cómo adoptar una arquitectura edge.

Todo lo que tiene que hacer es ASC

En los últimos dos años hemos asistido a un crecimiento de las tecnologías de nueva generación diseñadas para que las aplicaciones estén disponibles en más lugares y para más usuarios que nunca. Estos avances están bajando el listón y facilitando a las organizaciones la adopción de arquitecturas de borde para garantizar la velocidad, el tiempo de actividad y el uso eficiente del ancho de banda de las aplicaciones, especialmente las que operan en ubicaciones remotas y zonas muertas de Internet.

Para construir una arquitectura edge, se necesitan cuatro componentes fundamentales del sistema:

1. 1. Un entorno de computación en nube.
   2. Un entorno informático de vanguardia.
   3. Una red que conecta la nube y el borde.
   4. Una base de datos que se sincroniza desde la nube hasta el borde.

Aquí combinamos tres tecnologías de vanguardia para crear una arquitectura de vanguardia que pueda funcionar a alta velocidad, todo el tiempo y en cualquier lugar del planeta.

Lo llamamos ASC pila:

• • ABola de nieve WS
  • SpaceX Starlink
  • Couchbase Capella

¿Qué es AWS Snowball?

Bola de nieve de AWS es un servicio que proporciona dispositivos seguros, portátiles y resistentes (denominados dispositivos AWS Snowball Edge) que ejecutan la infraestructura de AWS para alimentar aplicaciones en el borde. 

Dispositivo AWS Snowball Edge (Fuente: Amazon)

Los dispositivos tienen el tamaño aproximado de una maleta y ofrecen computación local, procesamiento de datos y almacenamiento de datos para entornos desconectados como barcos, minas, plataformas petrolíferas, clínicas de campo e instalaciones de fabricación remotas. Snowball ofrece una solución portátil allí donde se necesita una infraestructura AWS pero no es viable por falta de una conexión fiable a Internet.

Descrito en términos más sencillos, Snowball es un "AWS-data-center-in-a-box" que llega a su puerta preconfigurado con los servicios de AWS y listo para funcionar. Es compatible con AWS S3, EC2, Lambda, EBS y más. Conéctelo y acceda y administre el entorno a través del plano de control de AWS en redes locales.

Al proporcionar una infraestructura portátil, familiar y basada en estándares, AWS Snowball facilita a cualquiera la creación y ejecución de centros de datos periféricos sin preocuparse de la conectividad a Internet.

¿Qué es SpaceX Starlink?

Starlink es un servicio de Internet por satélite de última generación de SpaceX. Se compone de "constelaciones" de miles de pequeños satélites en órbita terrestre baja, a unas 340 millas en el espacio. Esto se opone a los satélites geoestacionarios tradicionales a gran escala que orbitan en una ubicación fija a unas 22.000 millas de altura.

Gracias a la menor distancia física entre la antena parabólica del cliente y el satélite, Starlink puede ofrecer una latencia media de 20 a 50 milisegundos, mucho más rápida que la Internet por satélite tradicional (que, debido a la mayor distancia, puede sufrir latencias de hasta 600 milisegundos o más).

La órbita más baja y la tecnología de red inteligente permiten a Starlink ofrecer un rendimiento comparable al de las redes terrestres. Su servicio "Business" ofrece velocidades de descarga de hasta 350 Mbps y una latencia de 20-40 ms.

Aunque Starlink proporciona una conectividad vital a Internet en zonas con pocas o ninguna otra opción, no es infalible. Las conexiones pueden sufrir ralentizaciones durante horas punta cuando es probable que la mayoría de los usuarios de una célula determinada compartan ancho de banda, o si la antena experimenta interferencias de electrodomésticos cercanos, luces fluorescentes u otras redes Wi-Fi. Y los obstáculos como la nubosidad, las ramas de los árboles o los muros gruesos pueden interrumpir la conexión.

Por ello, es importante desarrollar aplicaciones que puedan soportar la lentitud y las interrupciones intermitentes y seguir estando plenamente disponibles. Para ello, debes maximizar el uso eficiente de este valioso recurso de red compartido moviendo la menor cantidad de datos posible, en su forma más compacta.

¿Qué es Couchbase?

Couchbase es una plataforma de base de datos NoSQL en la nube con velocidad en memoria, familiaridad SQL y flexibilidad JSON. Soporta de forma nativa la arquitectura edge proporcionando:

• • Couchbase Capella: Una base de datos como servicio (DBaaS) en la nube totalmente gestionada.
  • Capella App Services: Servicios totalmente gestionados de almacenamiento de archivos, sincronización bidireccional, autenticación y control de acceso para aplicaciones móviles y de borde.
  • Couchbase Lite: Una versión ligera e integrable de la base de datos Couchbase.

Capella App Services sincroniza los datos entre la base de datos backend en la nube y las bases de datos periféricas cuando la conectividad lo permite, mientras que durante las interrupciones de la red las aplicaciones siguen funcionando gracias al procesamiento local de los datos.

Con Couchbase, puedes crear arquitecturas de borde multinivel para soportar cualquier requisito de velocidad, disponibilidad o bajo ancho de banda.

Couchbase ofrece sincronización integrada para soportar arquitecturas complejas de varios niveles.

Probar la pila

El departamento de ingeniería de Couchbase quería determinar un punto de partida para que la pila ASC funcionara mejor en conjunto, con cada tecnología trabajando para mejorar y aumentar la funcionalidad de las demás.

Para ello, instalamos la pila en una ubicación remota en una arquitectura de borde clásica:

• • AWS Snowball Edge proporciona infraestructura informática en el borde.
  • Couchbase se despliega en el dispositivo Snowball Edge para el almacenamiento y procesamiento local de datos.
  • Couchbase Capella sirve como backend DBaaS alojado en la nube.
  • Starlink proporciona la red desde el dispositivo Snowball Edge hasta Couchbase Capella.
  • Couchbase Capella App Services proporciona una sincronización segura entre la base de datos periférica y la base de datos en la nube.

Couchbase ejecutándose en AWS Snowball utilizando Starlink para sincronizar con Capella

Con esta arquitectura básica, nos propusimos medir su eficacia para reducir la latencia y el consumo de ancho de banda en comparación con una arquitectura en la nube en la que la aplicación lee y escribe en Starlink a través de REST.

Hemos realizado cuatro pruebas:

Prueba 1 era escribir 1.000 nuevos documentos en el Snowball Edge a través de una red de área local (LAN) cableada y medir la cantidad de datos transferidos y la latencia por operación.

Prueba 2 era sincronizar los 1.000 nuevos documentos de Snowball a Capella a través de Starlink y medir la cantidad de datos transferidos y el tiempo completo de transferencia.

Prueba 3 era escribir 1.000 nuevos documentos en Capella a través de Starlink y medir la cantidad de datos transferidos y la latencia por operación.

Prueba 4 era sincronizar los 1.000 nuevos documentos de Capella a Snowball a través de Starlink y medir la cantidad de datos transferidos y el tiempo completo de transferencia.

En las pruebas se utilizó un conjunto de datos de catálogos de productos del mundo real (1.000 productos), con una media de 650 bytes por registro. 

Resultados

Comparación de latencias

Las aplicaciones que acceden a la base de datos Couchbase ejecutándose en el dispositivo Snowball local mostraron una latencia significativamente reducida en comparación con el acceso a la base de datos en la nube.

En cuanto a las lecturas y escrituras, los resultados mostraron que la arquitectura de borde redujo la latencia en un 98% en comparación con la arquitectura en nube:

Comparación del ancho de banda

Al comparar la arquitectura de borde y la arquitectura en nube en cuanto a uso de ancho de banda, los resultados mostraron que el volumen total de datos enviados a través de Starlink disminuyó sustancialmente en la arquitectura de borde. 

Gracias a las eficiencias que permite la sincronización, como la compresión de registros cruzados, la compresión delta, el procesamiento por lotes, el filtrado, la capacidad de reinicio y otras, la arquitectura de borde aprovecha al máximo el ancho de banda compartido, algo fundamental en periodos punta, cuando se conecta bajo una densa capa de nubes o en zonas remotas como bosques o selvas, donde los obstáculos pueden impedir la velocidad y el rendimiento.

La sincronización de las actualizaciones a través de la arquitectura de borde reduce la cantidad de datos transferidos a través de Starlink de la siguiente manera 42% en lugar de utilizar llamadas REST a una arquitectura en la nube.

Los resultados de estas pruebas establecen una línea de base conservadora para las mejoras de latencia y ancho de banda que pueden observarse al utilizar la pila ASC para una arquitectura de borde básica. En un entorno de producción de gran tamaño, es probable que las mejoras sean más sustanciales.

El límite está más cerca de lo que crees

Couchbase tiene una larga historia de ayudar a los clientes a cumplir los requisitos críticos de velocidad en tiempo real y tiempo de actividad 100% para sus aplicaciones. Y con la pila ASC, Couchbase une fuerzas con AWS Snowball y SpaceX Starlink para ayudar a las organizaciones a adoptar edge computing de forma más rápida, sencilla y en más lugares que nunca.

Y lo mejor es que la pila es tan portátil que puedes llevártela a todas partes.

Dispositivo AWS Snowball Edge y plato Starlink reales utilizados en las pruebas de Couchbase.

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