文 |朱晓云
一、引言
（1）5G时代边缘计算取代“核心计算”
近年来，我国移动网络通信技术发展迅猛，尤其是物联网（IoT）的发展对网络通信技术提出新的需求，我国从4G时代进入5G时代。5G的传输速率大大提升，网络时延大大降低。未来5G将广泛应用于生活的各个方面，如自动驾驶汽车、无人机飞行、VR/AR、移动医疗等。这些业务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。在此背景下，集中式的计算处理模式将面临难解的瓶颈和压力，边缘计算模式成为有效解决方案。边缘计算模式是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，构建分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷链接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。
（2）边缘计算模式下基础设施层面需要新的技术支撑——边缘数据中心
在各种新兴信息技术发展历程中，其最终落地都需要基础设施层面的支撑，通过数据中心领域的变革真正实现推广应用。随着云计算技术的推广，数据中心云化，实现了计算、存储、网络虚拟化，促使数据中心集约化、高密度发展，资源利用率大大提高。随着大数据技术的推广，数据中心指数级提高计算能力，进一步集约化、高密度发展对大数据业务实现基础设施支撑。随着边缘计算模式的推广，又将对数据中心提出怎样的技术需求呢？
在边缘计算模式下，为更好地支撑高密度、大带宽和低时延业务场景，唯一有效的方式为在靠近用户的网络边缘侧构建业务平台，提供存储、计算、网络等资源，将部分关键业务应用下沉到接入网络边缘，以减少网络传输和多级转发带来的带宽与时延损耗。
这种在网络边缘侧构建的新型基础设施区别于集中化的云数据中心，具有以下技术特点：
●在网络传输方面：海量的数据不再需要上传至云端进行处理，大大降低了网络延时；同时，核心网传输压力下降，避免了网络堵塞，网络传输速率大大增加。
●在可靠性方面：边缘数据中心成为数据的第一入口，应具备对海量业务数据的实时分析处理能力，以及高性能的数据处理及传输可靠性。
●在部署特点方面：边缘数据中心部署非常靠近信息源，具有属地化（地级市及以下）部署特点，分布极为广泛，只满足属地用户需求，具有规模小、数量多、分散部署等特点。
业界将这种在网络边缘侧部署的新型基础设施称为边缘数据中心，即边缘数据中心位于用户端和集中化的云数据中心之间，提供小型化、分布式、贴近用户的数据中心环境。因此，网络支撑层次由原来的两层（集中式云数据中心：用户端）转变为3层（集中式云数据中心：边缘数据中心：用户端），具体参见图1。
图1 集中式云数据中心架构与边缘数据中心架构对比图
二、主要技术应用场景
边缘数据中心是为支撑更低延迟的5G新业务开展而生。由于5G所支持的终端密度非常大，其带来的数据量也会非常惊人。通过边缘数据中心，把云数据中心的IT资源迁移到靠近用户侧，将更加靠近此类数据，方便数据的处理。同时，边缘数据中心可有效促进5G、人工智能、物联网等新兴技术的落地，加速新兴技术在各传统领域中的推广应用，促使新业务形态产生。例如，在交通领域中与5G、物联网技术融合发展，促进智能驾驶汽车业务规模化发展；在医疗领域中与5G、AR/VR技术融合发展，促使远程医疗（包括远程手术、远程监护等）业务规模化发展。
（1）5G移动通信技术
边缘数据中心的建设有助于支持更低延迟的5G新业务开展。通过把中心局的IT资源迁移到基站侧，将更加靠近用户，可以有效减少延迟。边缘数据中心与5G通信、物联网、人工智能等新兴技术融合发展，加速走向规模化，将促使新的业务形态产生，如智慧交通（如无人驾驶汽车）、智能金融（如无人值守金融网点）、智慧教育（如未来教室）、智能安防（如平安城市）等。
基础运营商将借助NFV及MEC技术，将CDN网元云化并下沉到靠近终端用户侧的边缘节点，部署到下一代端局中的边缘数据中心里，可以确保资源的弹性和最大化利用，一定程度上将有效缓解网络压力，为用户提供更优良的体验感。
（2）车联网
边缘数据中心可以很好地助力车联网，通过把车联网云“下沉”至边缘数据中心，如通信基站、小基站、汇聚站点的边缘计算节点，为车联网平台提供网络、计算、存储、应用的核心能力，解决延时、带宽和计算性能的问题。通过运行移动边缘计算应用，可以就近提供各种车联网功能，实现安全避让、速度引导、路径优化、区域交通流量分析等，为最终实现自动驾驶提供服务。
（3）CDN
CDN与生俱来的边缘节点属性令其在边缘计算市场具备先发优势，CDN本身就是边缘计算的雏形。未来的CDN需要大量的边缘设备，无论是从CDN转向边缘计算，还是在原有的CDN体系中加入边缘计算的概念，利用边缘计算来提升CDN自身竞争力都是不错的选择，边缘计算模式能够助力CDN更智能、高效和稳定。构建边缘数据中心，借助NFV及MEC技术，将CDN网元云化并下沉到靠近终端用户侧的边缘节点，可以确保资源的弹性和最大化利用，一定程度上将有效缓解网络压力，为用户提供更优良的体验感。
（4）AR/VR
增强现实（Augmented Reality，AR）技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）也是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术、广角（宽视野）立体显示技术、对观察者头眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入/输出技术等。AR/VR体验是资源密集型的，需要快速的响应时间。现有的网络基础架构限制了AR/VR的发展，未来边缘数据中心技术架构增强了AR/VR的运算能力，大大降低了网络时延，对用户体验有很大的提升。
三、技术发展趋势
（1）我国边缘数据中心发展现状
目前，边缘数据中心处于发展初期，但其应用前景广阔，我国通信、互联网企业纷纷开始布局。从ODCC 2018年度峰会上看，业内各科研机构、运营商及设备厂商等均在关注边缘计算、边缘数据中心。在峰会上，ODCC发布的研究成果《边缘数据中心应用场景白皮书》受到行业极大关注。基础运营商分别开始在全国范围内大规模启动边缘数据中心规划建设工作；华为搭建边缘计算开发测试平台，并在工业无线、数据集成、SDN、安全等关键领域展开技术研究；阿里等互联网巨头开始推广针对不同的计算场景的边缘计算产品；部分有实力的IDC服务商也开始与基础运营商合建边缘数据中心。
（2）边缘数据中心技术发展趋势
未来数据中心产业将呈现“边缘数据中心+云数据中心”两极化发展模式。一方面，受云计算、新型运维等技术推动及市场竞争影响，云数据中心资源逐步整合，呈现规模化、高密度发展趋势；另一方面，将涌现大量小型、微型边缘数据中心，以保障边缘侧的时延敏感型业务。
边缘数据中心将采用分布式架构。物理分散的边缘数据中心在逻辑上形成一个整体，它们之间将会通过更大带宽的网络实现互联，需要有综合调度平台将不同地理位置的边缘数据中心进行统一管理、动态调度。
未来几年甚至更长时间内，集中化的云数据中心不会消失。集中存储、数据挖掘分析等业务数据量和计算量巨大，仍然需要强大的云平台对相关业务进行集中高效处理，将所有计算转移到边缘处理会引发分布的、无担保的混乱情况出现。
用户端的能力有限，为更好地支撑业务推广，边缘数据中心更胜一筹。以自动驾驶汽车为例，如果不引入边缘数据中心，而是给单一汽车配置足够的传感设备、大计算力及大容量的车载计算单元使其具备足够的处理各种环境数据、及时与其他车辆通信的能力，将面临大量的车辆软硬改造及安规监测费用，耗费更多的电力，大大增加机器故障概率，不适合产业化推广。
边缘数据中心不仅仅是小型数据中心。未来，边缘数据中心是数据的第一入口，且部署环境往往开放、复杂、恶劣，需要先进制冷、高安全可靠性解决方案、无人值守、自动化运维、分布式架构、指数级提高的计算能力等技术支撑。
四、我国存在问题分析
边缘数据中心规模虽小，但数量多，总量巨大，物理分散，将对我国数据中心行业造成巨大影响。我国基础运营商、IDC服务商、设备厂商等纷纷开始布局，但在其技术研究及推广应用过程中面临诸多问题。
（1）难以适应现行数据中心布局政策及市政管理办法
目前，国家及各地政府相关数据中心布局政策均针对集中式云数据中心制定，提倡数据中心合理布局、绿色发展，而边缘数据中心具有规模小、数量多等特点难以适应相关政策。以北京地区为例，在北京市政府公布的《北京市新增产业的禁止和限制目录（2015）版》中规定禁止新建和扩建数据中心（PUE值在1.5以下的云计算数据中心除外）；在其2018版中将此项更改为禁止新建和扩建数据中心。
边缘数据中心根据业务需求将有多样化的部署模式。可依赖传统机房环境、5G基站、生产车间、楼顶、公园、仓库等多种空间环境，在这些空间环境中大量部署边缘数据中心将带来市政与环境、供电、供网、供水等一系列问题。
（2）研究资源难以同向发力，形成合力
基础运营商、数据中心服务商、通信及大型互联网企业等各角色企业在边缘数据中心技术研究及推行方面都有各自优势及资源。但目前基于各自业务特点，这些企业对边缘数据中心理解层面各不相同，研究方向各有不同，无法实现资源共享和优势互补。
5G、边缘数据中心、物联网、人工智能、车联网等新型信息化技术只有实现融合发展，才能展示其真正的魅力。但从事这些技术的研究单位、团体，所属领域各不相同，对边缘数据中心理解层面各不相同，缺乏统一的沟通交流平台。最重要的是，边缘云与边缘数据中心概念混淆，部分厂商忽略对基础设施的研究，盲目追求新概念，造成数据中心技术无法实现同步发展，无法真正实现技术落地。
（3）增量建设、存量改造均面临两难境地
在增量建设方面，业务需求难以预估，短期大规模建设恐造成资源浪费。一是未来业务发展很难准确估算，大部分业务需求，如物联网对IT设备的需求还处于理论计算或验证中，加之IT设备、数据中心性能在不断提高，需求难以准确量化；二是部分业务会逐步下沉，业务需求将随着技术不断发展逐步呈现。在某一时期内业务需求难以准确估算。
在存量改造方面，部分机房建设级别低，改造困难。基础运营商有大量的电信机房，但不同层级数据中心机房条件差异较大，对于地市级、区县级数据中心，机房条件相对较好。但对于汇聚级和接入级数据中心，需求量大但机房面积普遍较小，机房条件相对较差，改造难度较高。
五、未来产业发展建议
（1）建议政府制定切实可行的边缘数据中心发展政策
未来几年，是构建新一代信息基础设施的关键时期，迫切需要结合我国数据中心产业整体绿色发展目标，在保证现有云数据中心相关政策持续贯彻落实的条件下，制定切实可行的边缘数据中心发展政策。首先，应基于整体发展规划，鼓励、支持边缘数据中心技术推广应用，从政策层面给与相应的扶持，支撑5G网络基础设施建设，推动物联网、人工智能等新产业发展。其次，应结合现有数据产业发展现状，促进相关关键技术的课题研究，从基础技术层面推动边缘数据中心的发展。
（2）建议行业制定推广边缘数据中心相关标准
在边缘数据中心方面尚缺乏统一的标准。一是行业对边缘数据中心缺乏统一的定义，对云数据中心与边缘数据中心界限认识不清楚；二是未来边缘数据中心有不同的部署方式，如现有的边缘数据中心类型有电信运营商改造的端局机房数据中心，正在大批量建设的小区物业数据中心，5G基站外置机柜。亟需对不同部署方式的边缘数据中心进行归类；三是部分边缘数据中心用户认为边缘数据中心级别不需要很高，如CDN业务用户；部分用户认为边缘数据中心需要较高的级别，如车联网业务用户。因此，对边缘数据中心建设、运维和分级标准的编制是目前比较急迫的问题。
（3）建议产业界进行深入研究与产业合作
由于边缘数据中心与云数据中心技术架构差异较大，需要高安全可靠性解决方案、更严格的远程运维及访问控制技术、分布式架构实现等，不适用原有云数据中心相关的技术路线。因此，一方面建议产业界开展边缘数据中心相关的技术攻关，内容应包括但不局限于边缘数据中心的能效指标、网络架构、运维及访问控制、安全可靠等方面；另一方面建议数据中心上下游产业链的各路厂商，包括基础电信运营商、第三方IDC服务商及IT设备等产业界厂商进行深入合作，实现资源共享和优势互补，产学研用共同推进我国边缘数据中心产业发展。
□朱晓云（中国信息通信研究院云计算与大数据研究所数据中心部资深业务主管）
来源： 中国信息通信研究院CAICT
原标题：边缘数据中心：边缘计算风口下数据中心的未来
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