La computación perimetral puede impulsar los servicios y aplicaciones al admitir la inteligencia artificial (IA) de forma nativa, en lugar de depender de la IA en la nube, pero al implementarlo en los dispositivos se requiere de sistemas que sean eficientes energéticamente y con la suficiente capacidad para procesar un gran volumen de datos. Con el objetivo de dar una solución eficaz, el proyecto europeo Braine han desarrollado un hardware eficiente energéticamente, así como sistemas de software potenciados por IA.
Entre las ventajas que ofrece la computación perimetral, destacan la latencia reducida, el procesamiento y almacenamiento descentralizado seguros, la escalabilidad a menor complejidad, la versatilidad para adaptar los nodos a la aplicación subyacente a la que se dará servicio y una mayor confiabilidad.
Braine proporciona una nueva visión para utilizar recursos de borde al ofrecer esquemas novedosos de distribución de cargas de trabajo en el borde de la red. La distribución de la carga de trabajo se caracteriza por predecir la disponibilidad de recursos y la demanda de carga de trabajo, identificar tendencias y tomar acciones proactivas.
Objetivos del proyecto Braine
El proyecto Braine ha estado durante tres años (mayo de 2020-noviembre de 2023) desarrollando nuevos sistemas que tuvieran la capacidad de procesar big data en el borde, garantizando la seguridad, la privacidad y la soberanía de los datos.
Para ello, se ha centrado en cinco objetivos específicos. El primero, desarrollar una infraestructura que ofreciera control, computación en la nube, aceleración, almacenamiento y redes 5G en el borde. Además, la solución debía destacar en escalabilidad, agilidad, seguridad, privacidad y soberanía de datos en big data e IA para aplicaciones de baja latencia y de misión crítica.
El segundo objetivo se centraba en el desarrollo de un marco de seguridad edge preparado para el futuro y una infraestructura asociada basada en las últimas tecnologías de seguridad de software y hardware. El tercer punto era desarrollar un Edge Micro Data Center heterogéneo y energéticamente eficiente, adecuado para aplicaciones autónomas estacionarias, móviles e integradas, que fuera más allá de las arquitecturas actuales de hardware y software, y ofreciera procesamiento de big data y capacidades de IA en el borde.
El último objetivo era probar y demostrar la efectividad y generalidad del enfoque Braine mediante la evaluación de múltiples casos y escenarios de uso del mundo real que exhiben las preocupaciones necesarias de escalabilidad, seguridad, eficiencia, agilidad y flexibilidad.
Edge Micro Data Center
Como resultado, el proyecto Braine ha desarrollado la solución Edge Micro Data Center (EMDC). Esta solución tiene un enfoque basado en la creación de un borde integrado mediante la construcción de grupos de nodos. Además, se han utilizado tarjetas de interfaz de red (NIC) inteligentes capaces de emparejarse con dispositivos en el borde para permitir una conectividad de alta velocidad y con una inteligencia artificial nativa.
El EMDC está basado en un nuevo tablero compacto y una plataforma de diseño modular que incluye un hardware heterogéneo. Entre los componentes incluidos en el hardware, destacan las soluciones 5G innovadoras, las redes programables, los aceleradores de inteligencia artificial y una criptografía cuántica segura.
Respecto a la arquitectura del software, los investigadores han desarrollado una solución integral, que incluye, entre otros, una interfaz, un gestor de servicios y recursos, un gestor de datos y políticas, sistemas de telemetría y monitorización; y un marco de colocación de carga de trabajo. Todas las soluciones Braine se integran tanto en los componentes del hardware como del software para soportar la inteligencia artificial en el borde.
Mejoras en el rendimiento y en la eficiencia energética
El impacto de Braine abarca avances en el ecosistema europeo de distribución de vídeo, mediante el desarrollo de nuevas arquitecturas y subsistemas de computación de borde, la mejora del procesamiento de datos en el borde de la red, el apoyo a enfoques de ampliación y escalamiento.
Esto conducirá a mejoras en el rendimiento y en la eficiencia energética, alcanzando el doble del rendimiento/vatio, un 50% de ahorro de energía en funciones de control e informática, una reducción de latencia del 71% para un EMDC centrado en la aceleración, así como una reducción del 80% de espacio y mantenimiento, incluida una tolerancia a fallos del 99,999% con autonomía de nivel 5 (conducción autónoma, robótica y sistema de misión crítica). También se dispondrá de una instalación e implementación de infraestructura significativamente más rápida.
Por otro lado, Braine garantizará tanto la seguridad del borde de la red como la privacidad de los datos, especialmente cuando se consideran datos de alto rendimiento, al combinar estándares/protocolos de comunicación de seguridad/privacidad con tecnologías de seguridad y privacidad actualmente utilizadas en las redes inteligentes, como Transport Layer Security (TLS).
Caso de uso de la vida asistida por atención médica
En base a esto y para comprobar la efectividad de las soluciones desarrolladas en el proyecto Braine, se han validado en cuatro casos de uso: vida asistida para atención médica, que se enfoca en el innovador concepto del gemelo digital del paciente; aplicaciones de IA para la hiperconectividad de las ciudades inteligentes; robótica y cadena de suministros de la Industria 4.0.
Un ejemplo de cómo se puede aplicar Braine es en el caso de uso de la vida asistida para atención médica. Braine proporciona una solución para nuevos ecosistemas digitales que ofrece una monitorización inteligente de los pacientes tanto en el hospital como en sus viviendas de manera remota.
Para este caso en concreto, se ha desarrollado un software digital integral e integrado diseñado específicamente para la vida asistida, además de un sistema de monitorización en remoto de atención médica que complementa y amplía la implementación práctica del hospital inteligente y del cuidado inteligente en el hogar.
La solución de Braine tienen la capacidad de procesar flujos de datos de diagnóstico médico, biomédicos y de medición ambiental en tiempo real para que los servicios médicos puedan monitorizar el estado de salud, los signos vitales y sus tendencias de cada paciente. Para conseguir esta cantidad de información, se proporciona un análisis de big data, que ayuda a mejorar la precisión de la evaluación automática del estado de salud, así como su predicción.
El proyecto europeo Brain está liderado por el Consorcio Nacional Interuniversitario De Telecomunicaciones (Italia) y cuenta con la colaboración de 27 socios procedentes de Polonia, Dinamarca, Países Bajos, Israel, Irlanda, Hungría, Alemania, Francia, Eslovaquia, Italia, Bulgaria, Suiza, Finlandia y República Checa. El presupuesto con el que ha contado el proyecto ha sido de 16.330.498 euros, de los cuales 4.752.312 euros son financiados por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Comisión Europea.