適應(yīng)“云-邊-端”模式的5G邊緣數(shù)據(jù)中心建設(shè)探討

中國電信股份有限公司北京研究院|熊小明

運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)連接能力和邊緣計算資源疊加互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)領(lǐng)域各方服務(wù)提供商的產(chǎn)品服務(wù)能力，將有助于擴(kuò)大信息化服務(wù)范圍，推動“云-邊-端”模式的新型業(yè)務(wù)、客戶服務(wù)創(chuàng)新，推動垂直行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，構(gòu)筑更加健康的5G生態(tài)圈。

隨著云計算的深入應(yīng)用，5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，高帶寬、低時延、海量連接的新型應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的“云-端”業(yè)務(wù)服務(wù)、管理和部署模式，正逐步走向“云-邊-端”業(yè)務(wù)服務(wù)、管理和部署模式，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)邊緣的云和網(wǎng)的關(guān)聯(lián)性越來越緊密。

多接入邊緣計算（MEC）是5G時代融合業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。邊緣計算通過將云計算中心的計算、存儲等資源和能力平臺下沉延伸到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)側(cè)邊緣，在靠近移動用戶的位置上提供網(wǎng)絡(luò)能力開放以及IT服務(wù)、環(huán)境和云計算能力。邊緣計算的就近服務(wù)特點滿足了業(yè)務(wù)層面實時數(shù)據(jù)處理的需求以及客戶層面數(shù)據(jù)安全可靠的要求。

邊緣計算應(yīng)用場景和部署要求

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ETSI）定義了7類典型的邊緣計算應(yīng)用場景，涵蓋了當(dāng)前最主流的邊緣計算產(chǎn)品內(nèi)涵和垂直行業(yè)應(yīng)用場景：視頻優(yōu)化加速、監(jiān)控視頻流分析、增強(qiáng)現(xiàn)實AR、車聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)專網(wǎng)、IoT/工業(yè)互聯(lián)、輔助敏感計算。

邊緣計算網(wǎng)絡(luò)部署的特點和要求

邊緣計算是泛概念，“邊緣”也是相對位置。最終客戶、服務(wù)提供商、電信運(yùn)營商角度對邊緣計算特點和邊緣部署的理解并不完全相同，各有側(cè)重，如圖1所示。帶寬特性的業(yè)務(wù)，逐步下沉到邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但數(shù)據(jù)分析挖掘等業(yè)務(wù)仍在云端處理。

● 企業(yè)客戶角度

“邊緣”聚焦在企業(yè)分支和廣泛“物”的連接，如攝像頭、汽車、無人機(jī)等，關(guān)注現(xiàn)場級網(wǎng)關(guān)設(shè)備和解決方案。

● OTT服務(wù)商角度

從終端/數(shù)據(jù)源到云計算中心路徑之間的任意節(jié)點均可定義為“邊緣”，邊緣可以是純軟件形態(tài)，或是集成中間件的硬件網(wǎng)關(guān)。阿里云的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算LinkEdge、百度云的智能邊緣BIE、亞馬遜云的AWS Greengrass，都是利用自身的公有云服務(wù)優(yōu)勢，將具有低時延、大

● 電信運(yùn)營商角度

“邊緣”更多地體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)側(cè)邊緣的無線/有線網(wǎng)絡(luò)和信息基礎(chǔ)設(shè)施上，涵蓋“接入-匯聚-城域”等本地網(wǎng)范圍，重點解決高帶寬、低時延、本地化處理等邊緣計算訴求，并且在“終端-邊緣-云中心”等方面實現(xiàn)全面協(xié)同、開放和合作。

圖1 未來“邊緣”的網(wǎng)絡(luò)位置理解（資料來源：ONF）

NB-IoT終端、5G終端等符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的終端為運(yùn)營商邊緣網(wǎng)絡(luò)開放提供了“終端”基礎(chǔ)；融合5G CU、UPF、MEC、邊緣云和邊緣數(shù)據(jù)中心等彈性網(wǎng)絡(luò)資源及寬帶固網(wǎng)資源，為運(yùn)營商開展邊緣業(yè)務(wù)經(jīng)營和平臺經(jīng)營提供了“邊緣”保障；IDC/公有云等是運(yùn)營商開展“中心云”服務(wù)和提供企業(yè)服務(wù)的優(yōu)質(zhì)資源。

“云-邊-端”模式下的5G網(wǎng)絡(luò)和邊緣計算，將推動運(yùn)營商邊緣數(shù)據(jù)中心的建設(shè)布局，最終形成全網(wǎng)統(tǒng)一管理、靈活部署、高度自動化運(yùn)維的全網(wǎng)性經(jīng)營性資源。

適應(yīng)“云-邊-端”模式的靈活部署

5G網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)用為本，強(qiáng)化固移融合、云網(wǎng)融合，因此5G是運(yùn)營商推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的最佳機(jī)會。“云-邊-端”模式的邊緣計算網(wǎng)絡(luò)和能力開放，將加速以DC為中心的新一代分布式基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建?？傮w上，融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以光纜/傳輸網(wǎng)絡(luò)、IP RAN和IP網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為傳送承載，以全國/省級DC、地市核心DC、地市邊緣DC，及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC為布局依托，以接入光纜/接入機(jī)房為網(wǎng)絡(luò)接入延伸，實施5G業(yè)務(wù)、控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云、接入云及第三方應(yīng)用部署，如圖2所示。

圖2 以DC為中心的融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型

● 全國/省級DC

服務(wù)于全國/大區(qū)或全省范圍，提供5G業(yè)務(wù)（VoLTE/物聯(lián)網(wǎng)等）、控制面網(wǎng)元、資源編排和能力開放等。

● 地市核心DC

服務(wù)于本地網(wǎng)范圍，提供融合業(yè)務(wù)（CDN/VAS）、控制面網(wǎng)元、和部分用戶面網(wǎng)元（UPF/GW-U）等。

● 地市邊緣DC

面向城域邊緣的業(yè)務(wù)接入和本地數(shù)據(jù)處理，如UPF/MEC、vBRAS-U、vCPE、第三方應(yīng)用等部署。

● 接入局所

按接入-匯聚邏輯可再劃分接入點機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)局站，滿足基站、專線、家庭寬帶等各類業(yè)務(wù)接入需求及更靠近用戶側(cè)的業(yè)務(wù)布放。

以DC為中心的分層架構(gòu)布局，可有效適應(yīng)未來固移融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)，如融合網(wǎng)絡(luò)的控制面統(tǒng)一集中、用戶面分布部署，并且固移用戶面（寬帶BRAS-U、移動UPF/GW-U）在網(wǎng)絡(luò)邊緣融合；同時也能適應(yīng)業(yè)務(wù)云和網(wǎng)絡(luò)云的融合要求，如業(yè)務(wù)云側(cè)重于中心DC，網(wǎng)絡(luò)云側(cè)重于邊緣DC；業(yè)務(wù)云和網(wǎng)絡(luò)云在邊緣融合和統(tǒng)一部署，承接網(wǎng)絡(luò)能力下沉和邊緣計算業(yè)務(wù)要求。

應(yīng)該說，地市核心DC、地市邊緣DC、接入局所等都屬于業(yè)界所提的廣義“邊緣數(shù)據(jù)中心”所指范圍。

邊緣業(yè)務(wù)、邊緣網(wǎng)絡(luò)、邊緣云和邊緣機(jī)房的建設(shè)探討

邊緣計算業(yè)務(wù)規(guī)劃優(yōu)先

業(yè)務(wù)應(yīng)用多樣化是5G時代的最大特點：既有話音、上網(wǎng)、專線等5G基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，也有視頻、游戲、無人機(jī)/車聯(lián)網(wǎng)等5G通用業(yè)務(wù)，還有包括面向電力、交通、醫(yī)療、工業(yè)制造等場景的5G垂直行業(yè)應(yīng)用。5G通用業(yè)務(wù)、5G垂直行業(yè)應(yīng)用的開展路徑和規(guī)模驅(qū)動是影響邊緣數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)度和規(guī)模的主要原因。

● 業(yè)務(wù)路徑規(guī)劃

業(yè)務(wù)優(yōu)先，應(yīng)明確5G業(yè)務(wù)規(guī)劃，特別是省級/本地范圍的5G業(yè)務(wù)路徑和實施計劃。典型的邊緣計算類業(yè)務(wù)，應(yīng)從時延、帶寬、可靠性等指標(biāo)要求、客戶需求和行業(yè)市場成熟度、建設(shè)部署成本和最終收益等，綜合評估確定實施路徑。結(jié)合實際需求和技術(shù)實現(xiàn)來看，視頻/游戲CDN、視頻監(jiān)控、企業(yè)專網(wǎng)、IoT/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用在近階段試點商用和小范圍推廣的可行性更大些。新型業(yè)務(wù)的邊緣化部署分析如圖3所示。

● 業(yè)務(wù)規(guī)模評估

通用類業(yè)務(wù)和垂直行業(yè)應(yīng)用決定著5G網(wǎng)絡(luò)能力下沉范圍及邊緣計算平臺部署的量化要求，決定著邊緣數(shù)據(jù)中心的布局規(guī)模。在業(yè)務(wù)路徑規(guī)劃基礎(chǔ)上，應(yīng)綜合考量最終用戶和企業(yè)客戶規(guī)模、OTT合作伙伴訴求等，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)資源量化建設(shè)提供決策評估依據(jù)。

產(chǎn)業(yè)合作方面，特別是OTT服務(wù)提供商在視頻/游戲的CDN下沉、IoT/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的布放，對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)側(cè)邊緣Iass/Pass資源甚至DC機(jī)房/IDC機(jī)架資源租用需求潛力更大，運(yùn)營商應(yīng)對各類開放合作方式提前做好策略和計劃。

圖3 新型業(yè)務(wù)的邊緣化部署分析（資料來源：ZTE）

MEC應(yīng)按需靈活部署在不同層邊緣數(shù)據(jù)中心

邊緣計算解決方案涉及到邊緣網(wǎng)絡(luò)、MEC管理平臺及MEC應(yīng)用等組成部分。隨著U面的下沉，應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)本地化部署、緩存加速、網(wǎng)絡(luò)能力開放等能力，實現(xiàn)云網(wǎng)融合。

● 多接入邊緣計算MEC平臺

完整的MEC解決方案包括邊緣網(wǎng)絡(luò)、MEC管理平臺和MEC APP應(yīng)用三大部分。

邊緣網(wǎng)絡(luò)中MEC應(yīng)支持移動、固網(wǎng)、WLAN等多種接入，靈活路由是部署MEC的前提。其中5G核心網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)用戶面UPF下沉，主要解決分流、計費、QoS、移動性管理等問題，5G接入網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)CU集中，實現(xiàn)靈活的擴(kuò)展能力；固網(wǎng)重點是與寬帶接入BRAS/vBRAS設(shè)備對接分流固網(wǎng)接入流量。面向固移融合的多接入邊緣計算MEC如圖4所示。

圖4 面向固移融合的多接入邊緣計算MEC

MEC管理平臺提供APP生命周期管理、用戶及流程等運(yùn)維管理，以及網(wǎng)絡(luò)能力開放，如終端認(rèn)證、位置能力等。

MEC APP應(yīng)用提供具體業(yè)務(wù)服務(wù)，如mCDN、AR/VR、車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等，初期以MEC集成類業(yè)務(wù)及CDN/視頻類為主，后續(xù)將逐步納入第三方應(yīng)用。

● 適應(yīng)業(yè)務(wù)場景，MEC按需靈活部署

與運(yùn)營商傳送網(wǎng)絡(luò)和機(jī)房設(shè)施架構(gòu)對應(yīng)，5G CU、UPF/MEC的部署位置本身是靈活的，無論是地市核心DC、地市邊緣DC、綜合業(yè)務(wù)局站，甚至客戶機(jī)房（現(xiàn)場級解決方案）都可以部署，這取決于具體邊緣業(yè)務(wù)和體驗要求、部署成本和機(jī)房條件。

5G建設(shè)初期，MEC部署可先集中在部分地市核心DC，或少量業(yè)務(wù)需求集中地市邊緣DC，重點滿足該區(qū)域范圍的5G業(yè)務(wù)開展覆蓋要求，以小規(guī)模邊緣云部署為主。對于面向企業(yè)集中的開發(fā)區(qū)/科技園區(qū)等，可在綜合業(yè)務(wù)局所部署小型化的UPF/MEC設(shè)備，甚至可以采用專用定制化設(shè)備為企業(yè)客戶單獨部署。

邊緣電信云部署

邊緣電信云既要滿足新型邊緣計算業(yè)務(wù)的高計算、高轉(zhuǎn)發(fā)要求，又要滿足不同MEC APP（特別是合作第三方的產(chǎn)品解決方案）部署的硬件/軟件環(huán)境要求，同時還要有效適應(yīng)本地網(wǎng)不同層級機(jī)房物理條件（建筑/配電/制冷）的差異。相比于傳統(tǒng)IT云和核心電信云，邊緣電信云應(yīng)兼容業(yè)務(wù)和技術(shù)雙驅(qū)動原則，動態(tài)迭代演進(jìn)，并在物理硬件、資源異構(gòu)、遠(yuǎn)程運(yùn)維管理上做好特別考慮。

● 物理和虛擬資源異構(gòu)

服務(wù)器應(yīng)優(yōu)先采用適用于NFV的服務(wù)器，以主機(jī)集群為建設(shè)單位，邊緣存儲設(shè)備優(yōu)選采用FC/IP-SAN。服務(wù)器還需要從硬件和軟件層面提供加速能力，如高速網(wǎng)卡配置、轉(zhuǎn)發(fā)性能調(diào)優(yōu)，滿足電信云和IT云融合承載及OTT廠商邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備部署。邊緣電信云還需要支持虛機(jī)、容器和裸金屬等資源部署。

圖5 分層邊緣云的統(tǒng)一云管思路

● 邊緣電信云統(tǒng)一管理

邊緣云/邊緣數(shù)據(jù)中心部署采用層級方式，機(jī)房分散且位置偏遠(yuǎn)，綜合業(yè)務(wù)局站/接入點機(jī)房的現(xiàn)場運(yùn)維條件有限，需盡可能實現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)營運(yùn)維和無人值守。在區(qū)域DC集中部署云管平臺VIM、編排器、NFVM，統(tǒng)一管理全網(wǎng)資源，提供分權(quán)分域管理門戶，并通過分別部署在地市核心、地市邊緣云資源池的OpenStack適配層，接入多廠家計算/存儲/網(wǎng)絡(luò)虛擬化產(chǎn)品。同時，配合NFVO和VNFM，可實現(xiàn)上層業(yè)務(wù)和NFVI資源間的映射和關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)自動部署和運(yùn)維業(yè)務(wù)流程。分層邊緣云的統(tǒng)一云管思路如圖5所示。

圖6 機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施DC化改造的系統(tǒng)思維

● 邊緣電信云組網(wǎng)方案

DC內(nèi)部組網(wǎng)，在服務(wù)器規(guī)模較大時可采用Spine-leaf交換架構(gòu)，并按照業(yè)務(wù)類型劃分多個POD區(qū)域，不同區(qū)域間通過防火墻安全隔離。DC之間互聯(lián)應(yīng)采用SDN架構(gòu)，DC外部互聯(lián)、地市核心DC和城市邊緣DC主要通過城域網(wǎng)承載互聯(lián)，結(jié)合流量流向特征采用Hub或環(huán)型組網(wǎng)。

邊緣數(shù)據(jù)中心的機(jī)房設(shè)施

邊緣數(shù)據(jù)中心與機(jī)房的地理位置是相對的，國內(nèi)運(yùn)營商傳統(tǒng)通信機(jī)房的位置并非一一對應(yīng)關(guān)系。各類機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的布局選址、資源規(guī)模及基礎(chǔ)設(shè)施DC化改造要求將隨著5G業(yè)務(wù)開展和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的階段變化而不斷提高。

● 機(jī)房選址及目標(biāo)布局

5G建設(shè)初期，機(jī)房需求主要來自地市核心機(jī)樓，滿足部分UPF/MEC部署，以及5G無線接入機(jī)房和綜合業(yè)務(wù)局站，承接5G DU/CU和相應(yīng)接入傳輸設(shè)備的需求。從中長期演進(jìn)看，應(yīng)做好現(xiàn)有通信機(jī)房的優(yōu)質(zhì)退網(wǎng)資源儲備計劃。

基于核心機(jī)樓的DC機(jī)房設(shè)置以本地網(wǎng)為單位進(jìn)行規(guī)劃，按用戶規(guī)?？蛇x擇2～4個所在機(jī)樓作為目標(biāo)DC，實現(xiàn)負(fù)載均衡和部分業(yè)務(wù)備份，該類型的機(jī)房預(yù)計2020-2022年逐步大范圍啟用。

基于一般機(jī)樓的DC機(jī)房設(shè)置需綜合考慮本地網(wǎng)的區(qū)縣行政劃分、城區(qū)和農(nóng)村的用戶/基站密集分布、現(xiàn)有機(jī)房位置和物理條件、光纜匯接資源（2個以上中繼路由），優(yōu)選現(xiàn)BRAS/MSE所在機(jī)樓作為目標(biāo)DC機(jī)房。預(yù)計該類型的機(jī)房將在2021年后初期按需小范圍啟用，2022-2025年大規(guī)模啟用。

● 機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施DC化改造

新建的數(shù)據(jù)中心可直接采用新標(biāo)準(zhǔn)建造，而現(xiàn)有通信機(jī)房演進(jìn)則要兼顧現(xiàn)實條件。機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施DC化重構(gòu)是一個系統(tǒng)性工程，應(yīng)通過合理分析、統(tǒng)籌，適當(dāng)改造、優(yōu)化，實現(xiàn)整體效益最大化。

實際改造中宜統(tǒng)籌平衡機(jī)房現(xiàn)有限制條件（承重、凈高、面積、電力、空調(diào)等），綜合考慮改造需求承接（機(jī)柜數(shù)量和單機(jī)功耗）和性價比等因素，選擇最適合的機(jī)架規(guī)格、供電和制冷技術(shù)實施方案，如圖6所示。

小結(jié)

5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)新應(yīng)用的興起，將帶動傳統(tǒng)“云-端”網(wǎng)絡(luò)向“云-邊-端”網(wǎng)絡(luò)的部署模式轉(zhuǎn)變。在5G網(wǎng)絡(luò)時代，逐步推進(jìn)邊緣網(wǎng)絡(luò)下沉和邊緣計算部署，構(gòu)建UPF/MEC網(wǎng)絡(luò)功能、邊緣電信云資源、邊緣數(shù)據(jù)中心等邊緣網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)類能力，形成全網(wǎng)統(tǒng)一管理、按需靈活部署、高度自動化運(yùn)維的邊緣網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營性資源，是5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的關(guān)鍵目標(biāo)訴求。

同時，運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)連接能力和邊緣計算資源疊加互聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)領(lǐng)域各方服務(wù)提供商的產(chǎn)品服務(wù)能力，將有助于共同拓展信息化服務(wù)范圍，推動“云-邊-端”模式的新型業(yè)務(wù)、客戶服務(wù)創(chuàng)新，推動垂直行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，構(gòu)筑更加健康的5G生態(tài)圈。