王光鵬

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

通信行業(yè)發(fā)展迅速，已從第一代移動通信發(fā)展到如今的第五代移動通信。第四代移動通信即4G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，推動了人們的數(shù)字化生活進(jìn)程。人們可以自由在互聯(lián)網(wǎng)上觀看視頻和下載信息，網(wǎng)絡(luò)速度基本可以滿足需求。手機(jī)移動支付方式快速普及，手機(jī)端的流量使用總量首次趕上電腦端。如今的第五代移動通信技術(shù)即5G技術(shù)，將開啟又一個流量時代。5G時代網(wǎng)絡(luò)速度的提升將會使數(shù)據(jù)下載幾乎在一瞬間完成。5G技術(shù)的應(yīng)用將真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)，彼此間信息交流的速度將達(dá)到一個嶄新的高度。對比4G技術(shù)，5G技術(shù)具有高速、便捷、大容量、時延小以及更安全的特點，為通信互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，同時帶來了新的挑戰(zhàn)。由于5G時代的到來將造成通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)量急劇增多，而傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)已不能負(fù)載巨大的數(shù)據(jù)流量，因此需要開發(fā)一種能傳輸大量數(shù)據(jù)的技術(shù)來解決網(wǎng)絡(luò)傳輸問題，這為邊緣數(shù)據(jù)中心的發(fā)展帶來了機(jī)會。

1 邊緣數(shù)據(jù)中心

1.1 邊緣計算與核心網(wǎng)計算

最早的邊緣計算出現(xiàn)在傳媒領(lǐng)域，指的是靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一方，采用兼具網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算技術(shù)、存儲技術(shù)以及應(yīng)用核心能力的開放式平臺，可以就近提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用該服務(wù)的程序在邊緣側(cè)發(fā)起，因為就近的原理，可以產(chǎn)生響應(yīng)更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足了不同行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能以及用戶隱私保護(hù)等方面的基本需要。邊緣計算對當(dāng)前5G技術(shù)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，因為邊緣計算就近服務(wù)的特點可以較快地分發(fā)5G巨大的數(shù)據(jù)傳輸，使數(shù)據(jù)不再通過核心網(wǎng)而是通過各用戶就近的網(wǎng)絡(luò)邊緣位置設(shè)置服務(wù)器進(jìn)行傳輸和存儲。目前的邊緣計算部分處于工業(yè)連接和物理實體之間，部分處于物理實體的頂端，主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。隨著當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模普及，邊緣計算將會得到更多的應(yīng)用。

1.2 新模式下的邊緣數(shù)據(jù)中心

5G技術(shù)的發(fā)展需要進(jìn)行地面的基礎(chǔ)建設(shè)，再通過數(shù)據(jù)中心方面的革新，才能真正實現(xiàn)對邊緣計算方式的應(yīng)用。邊緣計算模式下，為了更好地滿足現(xiàn)階段的業(yè)務(wù)需求，新模式下的邊緣數(shù)據(jù)中心通過在邊緣網(wǎng)絡(luò)搭建業(yè)務(wù)平臺，可滿足流量數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)以及計算等功能需求，將一部分業(yè)務(wù)從核心數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到邊緣數(shù)據(jù)中心，減少了核心網(wǎng)的壓力，同時降低了處理數(shù)據(jù)的延遲，減少了帶寬損耗[1]。

在通信領(lǐng)域，邊緣數(shù)據(jù)中心是在核心網(wǎng)絡(luò)邊緣建立基礎(chǔ)設(shè)施，以達(dá)到邊緣網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理交換的功能。邊緣數(shù)據(jù)中心是用戶信息源與中心網(wǎng)絡(luò)的溝通橋梁，與其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相比更加貼近用戶。因為邊緣數(shù)據(jù)中心具有數(shù)量級多和可靠性強(qiáng)的特點，所以能為用戶提供更高效的服務(wù)。邊緣數(shù)據(jù)中心無論在帶寬還是信息吞吐量上都取得了較大突破，未來隨著5G技術(shù)的大范圍普及將得到更廣泛的應(yīng)用，具有更高的商業(yè)價值。

邊緣數(shù)據(jù)中心具有以下幾個特點。第一，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快。在傳統(tǒng)的信息網(wǎng)中，由于數(shù)據(jù)都要經(jīng)過核心網(wǎng)，造成大量數(shù)據(jù)需傳送到核心網(wǎng)絡(luò)平臺，不但對中心網(wǎng)絡(luò)造成了巨大壓力，而且由于數(shù)據(jù)量的激增將會大幅增加網(wǎng)絡(luò)延遲。而邊緣數(shù)據(jù)中心與信息源靠近，可以直接在本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不需要將數(shù)據(jù)傳送至云端，將大幅提升上網(wǎng)速度，降低對中心網(wǎng)絡(luò)造成的數(shù)據(jù)傳輸壓力，改善延遲現(xiàn)象。第二，可靠性強(qiáng)。在數(shù)據(jù)處理過程中，數(shù)據(jù)首先進(jìn)入邊緣數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實時處理，且不需要多次傳送，降低了數(shù)據(jù)出錯的可能性，具有安全性和可靠性。另外，邊緣數(shù)據(jù)中心接收數(shù)據(jù)后可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴５谌?，分布廣泛。邊緣數(shù)據(jù)中心是將網(wǎng)絡(luò)邊緣部分劃分出來。邊緣數(shù)據(jù)中心位置與信息源非常接近，能及時滿足用戶需求，具有屬地用戶部署、分散部署以及分布廣泛的特點[2]。

2 技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 我國邊緣數(shù)據(jù)中心發(fā)展現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段來看，邊緣數(shù)據(jù)中心還處于發(fā)展的初始階段，并沒有得到廣泛應(yīng)用。但是，它的發(fā)展應(yīng)用對通信行業(yè)大有裨益，具有廣泛的應(yīng)用前景。邊緣數(shù)據(jù)中心是伴隨著5G技術(shù)的推廣使用產(chǎn)生的，而邊緣數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展也推動了5G通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)以及CDN技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。這意味著將來邊緣數(shù)據(jù)中心將得到迅猛發(fā)展，成為5G時代數(shù)據(jù)處理的主流。面對這個發(fā)展潮流，華為作為通信行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，發(fā)布了“智領(lǐng)DC”主題下的第一篇白皮書——《面向5G的邊緣數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施白皮書》（以下簡稱《5G數(shù)據(jù)中心白皮書》）。白皮書的問世代表著以華為為首的通信企業(yè)將對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思路達(dá)到一個新的發(fā)展階段，逐步走向制度化和規(guī)范化。因此，各個通信運(yùn)營商開始對邊緣數(shù)據(jù)中心進(jìn)行探索和實驗，正式拉開了邊緣數(shù)據(jù)中心發(fā)展的序幕[1]。

2.2 邊緣數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢

目前，邊緣數(shù)據(jù)中心技術(shù)雖然并未成熟，但是也初見端倪。從未來發(fā)展趨勢的角度進(jìn)行分析，中心網(wǎng)數(shù)據(jù)中心不會消失，而是會與邊緣數(shù)據(jù)中心融合。因此，未來的數(shù)據(jù)中心將形成邊緣數(shù)據(jù)中心與云數(shù)據(jù)中心兩種形式并存的局面。一方面，云計算等技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣會使云數(shù)據(jù)資源更加成熟，形成一定的規(guī)模；另一方面，以許多微型的基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成的邊緣數(shù)據(jù)中心將彌補(bǔ)云平臺的不足，保障整個通信網(wǎng)絡(luò)的高速運(yùn)行。由于數(shù)據(jù)中心的方式轉(zhuǎn)換并不是一蹴而就的，若將所有的計算都交付到邊緣數(shù)據(jù)中心必將導(dǎo)致信息網(wǎng)的混亂，因此云平臺不會消失，并且在未來幾年內(nèi)還會以云平臺為主。

未來的邊緣數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)置環(huán)境都是開放且復(fù)雜的。作為與用戶的連接點，用戶數(shù)據(jù)首先進(jìn)入邊緣數(shù)據(jù)中心。它的部署環(huán)境通常惡劣且復(fù)雜，所以構(gòu)建邊緣數(shù)據(jù)中心需要自動、智能以及安全可靠的計算機(jī)技術(shù)保駕護(hù)航。邊緣數(shù)據(jù)中心的分布結(jié)構(gòu)應(yīng)是分布式的。分散和微小的邊緣數(shù)據(jù)平臺將通過更大的網(wǎng)路實現(xiàn)互聯(lián)互通，而這個系統(tǒng)需要一個平臺進(jìn)行管理和調(diào)度，以實現(xiàn)局部之間的互通有無。

3 基于5G網(wǎng)絡(luò)的邊緣數(shù)據(jù)中心架構(gòu)與大數(shù)據(jù)中心的選址

5G網(wǎng)絡(luò)下，對于用戶來說，邊緣數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)和數(shù)據(jù)中心的位置非常關(guān)鍵。數(shù)據(jù)中心的選址需要考慮各種因素的影響[3-4]。邊緣數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主體是大量的傳輸數(shù)據(jù)、配套設(shè)施以及運(yùn)算形式。在邊緣數(shù)據(jù)中心中，“邊緣”代表的是空間的相對位置，并不是物理的絕對位置。在邊緣節(jié)點的建立下，大量的數(shù)據(jù)信息可利用軟硬件作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點，通過5G和云環(huán)境技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的對接服務(wù)，提高數(shù)據(jù)信息的傳輸服務(wù)效率。5G網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)據(jù)中心選址除了考慮本身的選址外，還要考慮很多其他因素，在空間布局上保障信息互通的效率與安全。

3.1 邊緣數(shù)據(jù)中心架構(gòu)體系

邊緣數(shù)據(jù)中心在處理網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)時，一般以音頻、視頻以及數(shù)據(jù)文本信息為主。隨著越來越多的智慧城市的建設(shè)和發(fā)展，城市內(nèi)多個行業(yè)與5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有了深度融合，如智慧交通、智能電力網(wǎng)絡(luò)等。這些業(yè)務(wù)需要大量的數(shù)據(jù)傳輸，因此邊緣數(shù)據(jù)中心應(yīng)依托城市的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)置。此外，邊緣數(shù)據(jù)中心應(yīng)對智慧城市的各項數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合不同城市的市場需求和經(jīng)濟(jì)成本，建立多個邊緣數(shù)據(jù)的應(yīng)用試點。當(dāng)應(yīng)用形式在可以滿足當(dāng)前城市的發(fā)展需求后，可以開展邊緣數(shù)據(jù)中心的區(qū)域型建設(shè)。此外，需充分考慮用戶的信息流量，對邊緣數(shù)據(jù)中心進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，為后續(xù)的邊緣數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)建提供決策評估，并且提供有一定參考價值的數(shù)據(jù)基準(zhǔn)。

3.2 大數(shù)據(jù)中心的選址原則

3.2.1 社會環(huán)境因素

大數(shù)據(jù)中心構(gòu)成了一個微小的信息系統(tǒng)，對通信系統(tǒng)信息的傳遞起著重要作用。一方面，要保障大數(shù)據(jù)中心的周邊設(shè)置完善且適合構(gòu)建數(shù)據(jù)中心。大數(shù)據(jù)中心隸屬于高耗能系統(tǒng)，傳送數(shù)據(jù)的動力源自電能，因此對于大數(shù)據(jù)中心選取的位置必須保證有充足的電力資源。另一方面，要保障有發(fā)達(dá)的通信網(wǎng)絡(luò)，大數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行離不開通信網(wǎng)絡(luò)的支持。數(shù)據(jù)中心需要通信網(wǎng)絡(luò)為其傳送信息數(shù)據(jù)，若缺少通信網(wǎng)，大數(shù)據(jù)中心就像是一座孤島，因此大數(shù)據(jù)中心的選址一定要考慮通信網(wǎng)是否發(fā)達(dá)。除了以上兩方面，還應(yīng)該考慮水資源、交通以及安全性等的影響。為了保障信息的傳遞速度，數(shù)據(jù)中心的選址不應(yīng)該距離核心網(wǎng)絡(luò)過于遙遠(yuǎn)。此外，大數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)對整個信息系統(tǒng)來說相當(dāng)于一個動力資源庫。為了保障信息傳遞過程中的安全性，減少外界因素影響，數(shù)據(jù)中心的選址應(yīng)與磁干擾地區(qū)和化工地區(qū)保持一定的安全距離。

3.2.2 自然環(huán)境因素

在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心選址前，一定要充分了解所選取地區(qū)的自然條件，考慮所選位置的地形和地基特點，考慮是否處于地震和臺風(fēng)等自然災(zāi)害頻發(fā)的地方，且要盡量避開偏遠(yuǎn)山區(qū)。對于大數(shù)據(jù)中心的位置，需盡量選取自然環(huán)境穩(wěn)定的地方。此外，要考慮當(dāng)?shù)貧夂蜃兓挠绊?，盡量不要選擇雨季頻繁的地區(qū)。還要考慮周圍環(huán)境因素，避免數(shù)據(jù)中心建成后對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，如盡量不要選擇大型居民區(qū)域。

3.2.3 當(dāng)?shù)卣咭蛩?/p>

地方政策支持對選址十分重要。如果數(shù)據(jù)中心的建設(shè)符合當(dāng)?shù)卣咧С?，一方面政府可以推薦較好的位置，減少選址成本；另一方面，政府會給予配套設(shè)施支持、降低稅收以及人才扶持政策等。

3.2.4 其他因素影響

除了考慮社會環(huán)境和自然環(huán)境對數(shù)據(jù)中心選址的影響，還要考慮數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)作過程中的成本，包括建設(shè)投入成本、數(shù)據(jù)運(yùn)輸成本以及配套設(shè)施成本等。因此，要多考慮選擇交通與通信便利的地方進(jìn)行選址。

3.3 實際選址的注意事項

大數(shù)據(jù)中心的選址除了應(yīng)當(dāng)遵循的原則外，應(yīng)該注意要因地制宜。因為不同地區(qū)的基礎(chǔ)環(huán)境、地形地貌以及天氣環(huán)境會有所不同，所以無法保障選取的地址特點相同。在實際選址過程中，應(yīng)該充分與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特性結(jié)合，根據(jù)地區(qū)特點，盡可能保證大數(shù)據(jù)中心的選址與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、基礎(chǔ)環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)需求想契合。

在選址的過程中，還應(yīng)當(dāng)注意以下因素。

（1）地址可行性原則。在選址時應(yīng)充分考慮到經(jīng)濟(jì)因素，保證投入與產(chǎn)出的比值控制在合理范圍。在購地建造時，要從當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)角度考慮其可行性，并且保證土地的合法使用。土地應(yīng)具有長期的使用權(quán)，保證數(shù)據(jù)中心建立后不會因土地因素妨礙數(shù)據(jù)中心的正常使用。另外，要完全符合當(dāng)?shù)卣撸@得地方政策的支持和保護(hù)，選址要求和后期項目運(yùn)作過程中要遵循國家和地方的法律法規(guī)。

（2）地址位置合理。在規(guī)劃位置時要充分考慮土地面積，合理進(jìn)行布局，包括辦公區(qū)域和設(shè)備區(qū)域等分布位置。要盡量減少占地面積，合理運(yùn)用有限的土地資源。此外，占地形狀因素也應(yīng)當(dāng)列入考慮范圍。避開偏遠(yuǎn)的山區(qū)和高原地區(qū)，盡量選擇電力資源豐富的平原地區(qū)，以解決后期數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)作過程中的能源消耗問題。大數(shù)據(jù)中心選址時應(yīng)嚴(yán)格把控附近噪聲的影響，盡量遠(yuǎn)離高密度居住區(qū)，避免噪音對居民產(chǎn)生影響。還要兼顧數(shù)據(jù)中心運(yùn)作正常后數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，避免遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸過程中速度較慢、用戶訪問滯后等問題。

4 結(jié) 論

5G為人們的生活帶來了極大便捷。高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸使信息交互變得更加高效。但是，5G必然會帶來巨大的數(shù)據(jù)流量，給整個網(wǎng)絡(luò)帶來了極大負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸模式不適宜具有大量數(shù)據(jù)的5G通信系統(tǒng)，因此簡要概述與分析邊緣數(shù)據(jù)中心。邊緣數(shù)據(jù)中心的使用可以保證在數(shù)據(jù)量激增的情況下，仍然能保持?jǐn)?shù)據(jù)交流的高速和時延小。此外，通過分析邊緣數(shù)據(jù)中心技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，就大數(shù)據(jù)中心的選址應(yīng)該遵循的基本原則和注意事項給予了一定的說明。選擇合適的邊緣數(shù)據(jù)中心的建設(shè)位置，有助于邊緣數(shù)據(jù)中心建成后的正常運(yùn)作，保障在空間布局上信息互通的效率和安全。