边缘数据中心基础设施风向哪吹？

    【CPS中安网 cps.com.cn】世界已经从4G进入5G时代。随着5G建设在全球如火如荼地铺展，5G在金融、医疗、交通、制造等领域的应用创新也层出不穷。这些应用场景不仅需要非常低的、确定的网络时延，而且需要海量、异构、多样性数据接入，传统的云计算处理模式面临瓶颈与挑战。

　　5G已至，边缘数据中心大行其道

　　如果把网络比喻成自来水网，数据是水流，传统的云数据中心则是自来水厂或者水库，它们组成的输水系统即可满足原有居民低水压、小流量的用水需求。5G时代的到来，如同新增大批超高层建筑用户，不仅用水量急剧增大，水压也需要增高，传统输水系统无法满足这些需求，云数据中心 “远水不解近渴”。

　　在5G时代，诸多产业应用将催生海量数据，5G的大带宽、低延时只能解决数据的传输问题，而这些数据的处理需求，会对现有云数据中心造成巨大挑战。有多大呢？2020年将有超过500亿的终端与设备联网，有超过一半的物联网网络将面临网络带宽的限制，有40%的数据需要在网络边缘分析、处理与储存。

　　除对大带宽的需求外，5G时代的不同产业应用场景亦提出了不同的需求侧重点：

　　低时延：5G在医疗的应用——5G远程手术需要极低时延保障医生的操作准确度，2019年6月北京积水潭医院的全球首例骨科手术机器人多中心5G远程手术中，端到端的时延为20毫秒。低时延在5G+自动驾驶中的重要性同样性命攸关，自动驾驶汽车的响应速度需要降低到毫秒级，方可及时处理路上突发情况。

　　高交互：传统安防的主要作用是视频监控和人工查阅，在5G时代智能安防将发展为全息感知和数据智能，在要事安保、城市综合治理、港口等场景，既要监控人群密度与数量，还要配合人脸识别追踪可疑人物的行为轨迹等，需要具备高交互性。

　　数据自治：有些企业、园区基于数据安全性和隐私性的考虑，会要求将数据存储和处理都放在本地。2019年9月在苏州昆山的某个5G智慧园区试点正是如此，园区方在 5G+智能化车间上的应用中要求“本地数据不出园区”以保证企业数据的安全。

　　这些需求下，在网络边缘部署服务器节点，就近提供高效、智能的计算、存储和网络资源，成为最有效的解决方案。据预测，边缘计算市场规模将超万亿，成为与云计算平分秋色的新兴市场。边缘计算数据中心同样区别于集中式的云数据中心，具备小型化、分布式、贴近用户的特点。

　　5G时代数据中心云-边-端架构（图源《面向5G的边缘数据中心基础设施白皮书》）

　　伴随5G的普及，边缘数据中心将大行其道，网络从全云化迈向全智能化，架构从集中式迈向分布式，算力和AI从中心下移到边缘。

　　利旧建新，边缘数据中心之路荆棘丛生？

　　5G时代多种场景的部署需求也意味着，边缘数据中心在形态和功能上都将有所改变，在各方面的需求也远比云数据中心更为复杂。

　　“未来边缘数据中心是数据的第一入口，负责实时性业务决策和大量个人隐私数据的短周期存储，可能部署在无线基站、楼顶、仓库或其他恶劣工作环境，其访问控制与威胁防护难度大大提升。”中国信通院云大数所高级业务主管朱晓云认为，边缘数据中心是一个更加复杂、精密、可靠的系统，需要比云数据中心具有更加严格的设计、建造、测试和管理流程。

　　据华为发布的《面向5G的边缘数据中心基础设施白皮书》显示，边缘数据中心的部署主要有利用现有通信机房改造与新建两种方式。无论采用哪种方式，从全生命周期维度来看，边缘数据中心的部署在以下四阶段均存在重重挑战。

　　一、规划阶段

　　众所周知，边缘数据中心要部署在距离用户足够近的位置，这就要求有庞大的数量才能覆盖全部区域。单一省份运营商的边缘数据中心站址规划往往少则数百，多则数千，相当数量的边缘数据中心可以通过对原有通信机房改造实现，此外还将产生大量新建需求。但并非所有站址都能有合适的资源以供使用，必须要考虑到网络、供电、制冷以及运维便利性等很多问题。

　　二、设计阶段

　　“麻雀虽小，五脏俱全”，边缘数据中心虽然规模小，但多专业设计协同难，现场施工变更多，设计专业性仍然很强。况且为了贴近用户端，大量边缘数据中心的位置与所处环境从马路边到楼顶“一切皆有可能”，需要改造的通信机房也千差万别，现场情况复杂，无法实现标准化设计，建设成本自然估算不准。

　　典型边缘数据中心应用：高速路边的ETC门架系统一体化柜

　　三、建设阶段

　　通信机房的初始功能与数据中心不同，建设规范与标准自然也不相同，这就造成对通信机房的改造中其布局、供配电、制冷等方面都很难适配融合。以数据中心的供电常规要求为例，大量通信机房只有一路市电接入，没有双路市电，更没有备用柴发。被改造的大量通信机房还担负通讯任务，改造过程不能影响通讯。新建边缘数据中心虽没有以上改造难题，但要从头开始，建设周期长，成本高。

　　四、营维阶段

　　通信机房改造为边缘数据中心后，设备增加带来用电量和电费的攀升。无论边缘数据中心部署在怎样的环境，都需要交纳相关费用，乘以边缘数据中心的庞大数量，这一成本支出也相当可观。边缘数据中心的基础设施构成复杂，造成安全性低，其散落各处并且数量巨大，也使得维护难度大、效率低、人工成本高。

　　显而易见，以现有数据中心基础设施进行边缘数据中心部署可谓是困难重重。

　　本部分所引用的《面向5G的边缘数据中心基础设施白皮书》收录于华为的“智领DC”计划，据悉该计划由华为联合用户、行业协会、设计院、上下游合作伙伴、高校、科研机构联合发起，是业界首个面向数据中心能源创新内容研究的计划，旨在通过知识分享、行业使能、生态合作，推动产业持续健康发展。

　　爆发前夜，边缘数据中心基础设施如何演进？

　　为满足5G时代的应用场景需求，应对边缘数据中心在规划、设计、建设以及营维阶段的种种挑战，边缘数据中心基础设施亟待变革与演进，模块化、智能化以及全栈化等特性不可或缺。

　　《面向5G的边缘数据中心基础设施白皮书》中提出，“全栈极简”与“全栈高效”是边缘数据中心基础设施解决方案发展的演进方向及技术趋势。

　　全栈极简：“全栈融合”+“全栈模块化”将带给最终用户极简的基础设施。

　　全栈融合

　　利旧现有通信机房部署边缘数据中心的方式，将促使通信机房与边缘数据中心的功能融合，既承担通讯任务又承担边缘计算任务。为了实现其设备布局、供配电、制冷等全面适配融合，机房或机柜内的接入设备、传输交换设备、核心网设备、边缘计算设备等基础设备产品将向ICT硬件设备融合和机电设备融合方向发展。

　　全栈模块化

　　去工勘、去设计、去工程化的是未来基础设施的发展趋势。因此，模块化是减少边缘数据中心规划设计和建设阶段工作量和工作难度的发展方向。因部署场景的复杂，边缘数据中心的全栈模块化可分为四个层次：边缘数据中心节点模块化、单个边缘数据中心节点系统模块化、配电制冷等架构模块化、各部件模块化。从全局到部件的模块化，可帮助边缘数据中心实现快速上线、海量布局和柔性扩容。

　　全栈高效：边缘数据中心在设计与营维等阶段面临工勘作业量大、运维管理困难、安全性低、等问题，需要在未来发展中借助智能化、AI、大数据等技术，构筑面向 5G 的边缘数据中心基础设施。

　　1、 全生命周期高效

　　3D建模、AI等智能化手段的引入将大大降低全生命周期的工作量和工作难度，提高效率。海量边缘数据中心使用人工运维的难度与成本不可想象，无人巡检、智能管理、部件协同、故障预警等智能化营维是必然趋势。这需要依托物联网、AI、大数据技术实现部件数字化、部件智能化和系统智能化。

　　智能化营维模型（图源《面向5G的边缘数据中心基础设施白皮书》）

　　2、 全栈协同

　　边缘数据中心基础设施需要全栈协同，所有基础设施和设备转变为到可以精确感知和精准控制，使基础设施和设备硬件联通、基础设施和业务联动。全栈协同的颗粒度由大到小可实现从“按IT功率阶梯变化调节空调数量和加载率”到“按IT器件工况匹配空调末端精确制冷”。

　　最后，回归到边缘数据中心建设场景讨论。由于边缘数据中心突出的“小”与“多”的特性，注定其从选址开始即完全不同于传统的云数据中心，利旧与新建将是边缘数据中心的主要部署方式。

　　除非是必需的核心节点，否则更多地利用现有通信机房改建为边缘数据中心是最快捷、最稳健的方式。“DC 化”是改造和扩建现有通信机房以及新建 ICT 融合机房的趋势。改建过程中，数据中心的建设标准与规范不能生硬套用到边缘数据中心上。边缘数据中心虽然规模小，但新建的话，海量的站址获取、光纤传输、市电接入等方面的难度和复杂性并不弱于一座云数据中心的新建。为了尽量减少以上困扰，“去城市化”和选址“去中心化”将是新建边缘数据中心的趋势。前述的标准化、模块化和预制化可以减少新建边缘数据中心的难度，实现快速交付。

　　结语：5G将催生海量的边缘数据中心需求，5G时代的用户端将与云数据中心、边缘数据中心形成无比紧密的云-边-端架构。而基于边缘数据中心部署中面临的种种挑战，未来边缘数据中心基础设施将向全栈极简与全栈高效的方向发展。

　　总之，虽然在5G时代边缘数据中心的发展还存在很多挑战，但大势浩荡，不可阻挡。

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