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

王光鵬

（華信咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)通信發(fā)展到如今的第五代移動(dòng)通信。第四代移動(dòng)通信即4G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)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(mǎn)足需求。手機(jī)移動(dòng)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(dòng)通信技術(shù)即5G技術(shù)，將開(kāi)啟又一個(gè)流量時(shí)代。5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)速度的提升將會(huì)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(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，彼此間信息交流的速度將達(dá)到一個(gè)嶄新的高度。對(duì)比4G技術(shù)，5G技術(shù)具有高速、便捷、大容量、時(shí)延小以及更安全的特點(diǎn)，為通信互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。由于5G時(shí)代的到來(lái)將造成通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)量急劇增多，而傳統(tǒng)的計(jì)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(kāi)發(fā)一種能傳輸大量數(shù)據(jù)的技術(shù)來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題，這為邊緣數(shù)據(jù)中心的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)會(huì)。

1 邊緣數(shù)據(jù)中心

1.1 邊緣計(jì)算與核心網(wǎng)計(jì)算

最早的邊緣計(jì)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(jì)算技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)以及應(yīng)用核心能力的開(kāi)放式平臺(tái)，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?yàn)榫徒脑恚梢援a(chǎn)生響應(yīng)更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿(mǎn)足了不同行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能以及用戶(hù)隱私保護(hù)等方面的基本需要。邊緣計(jì)算對(duì)當(dāng)前5G技術(shù)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，因?yàn)檫吘売?jì)算就近服務(wù)的特點(diǎn)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(guò)核心網(wǎng)而是通過(guò)各用戶(hù)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(chǔ)。目前的邊緣計(jì)算部分處于工業(yè)連接和物理實(shí)體之間，部分處于物理實(shí)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(jì)算將會(huì)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(guò)數(shù)據(jù)中心方面的革新，才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣計(jì)算方式的應(yīng)用。邊緣計(jì)算模式下，為了更好地滿(mǎn)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(guò)在邊緣網(wǎng)絡(luò)搭建業(yè)務(wù)平臺(tái)，可滿(mǎn)足流量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)以及計(jì)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(shí)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(hù)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(hù)。因?yàn)檫吘墧?shù)據(jù)中心具有數(shù)量級(jí)多和可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以能為用戶(hù)提供更高效的服務(wù)。邊緣數(shù)據(jù)中心無(wú)論在帶寬還是信息吞吐量上都取得了較大突破，未來(lái)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(jià)值。

邊緣數(shù)據(jù)中心具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。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(guò)核心網(wǎng)，造成大量數(shù)據(jù)需傳送到核心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，不但對(duì)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(huì)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(duì)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(guò)程中，數(shù)據(jù)首先進(jìn)入邊緣數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，且不需要多次傳送，降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)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(duì)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植紡V泛。邊緣數(shù)據(jù)中心是將網(wǎng)絡(luò)邊緣部分劃分出來(lái)。邊緣數(shù)據(jù)中心位置與信息源非常接近，能及時(shí)滿(mǎn)足用戶(hù)需求，具有屬地用戶(hù)部署、分散部署以及分布廣泛的特點(diǎn)[2]。

2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 我國(guó)邊緣數(shù)據(jù)中心發(fā)展現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段來(lái)看，邊緣數(shù)據(jù)中心還處于發(fā)展的初始階段，并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。但是，它的發(fā)展應(yīng)用對(duì)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(dòng)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(lái)邊緣數(shù)據(jù)中心將得到迅猛發(fā)展，成為5G時(shí)代數(shù)據(jù)處理的主流。面對(duì)這個(gè)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(shū)——《面向5G的邊緣數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施白皮書(shū)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《5G數(shù)據(jù)中心白皮書(shū)》）。白皮書(shū)的問(wèn)世代表著以華為為首的通信企業(yè)將對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)思路達(dá)到一個(gè)新的發(fā)展階段，逐步走向制度化和規(guī)范化。因此，各個(gè)通信運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始對(duì)邊緣數(shù)據(jù)中心進(jìn)行探索和實(shí)驗(yàn)，正式拉開(kāi)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(shì)

目前，邊緣數(shù)據(jù)中心技術(shù)雖然并未成熟，但是也初見(jiàn)端倪。從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的角度進(jìn)行分析，中心網(wǎng)數(shù)據(jù)中心不會(huì)消失，而是會(huì)與邊緣數(shù)據(jù)中心融合。因此，未來(lái)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(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣會(huì)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(tái)的不足，保障整個(gè)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(jì)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(tái)不會(huì)消失，并且在未來(lái)幾年內(nèi)還會(huì)以云平臺(tái)為主。

未來(lái)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(kāi)放且復(fù)雜的。作為與用戶(hù)的連接點(diǎn)，用戶(hù)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(dòng)、智能以及安全可靠的計(jì)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(tái)將通過(guò)更大的網(wǎng)路實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，而這個(gè)系統(tǒng)需要一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行管理和調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)局部之間的互通有無(wú)。

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(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，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(duì)位置，并不是物理的絕對(duì)位置。在邊緣節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，通過(guò)5G和云環(huán)境技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)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(shí)，一般以音頻、視頻以及數(shù)據(jù)文本信息為主。隨著越來(lái)越多的智慧城市的建設(shè)和發(fā)展，城市內(nèi)多個(gè)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(duì)智慧城市的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合不同城市的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)成本，建立多個(gè)邊緣數(shù)據(jù)的應(yīng)用試點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用形式在可以滿(mǎn)足當(dāng)前城市的發(fā)展需求后，可以開(kāi)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(hù)的信息流量，對(duì)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(píng)估，并且提供有一定參考價(jià)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(huì)環(huán)境因素

大數(shù)據(jù)中心構(gòu)成了一個(gè)微小的信息系統(tǒng)，對(duì)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(dòng)力源自電能，因此對(duì)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(kāi)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(guò)于遙遠(yuǎn)。此外，大數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)對(duì)整個(gè)信息系統(tǒng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)力資源庫(kù)。為了保障信息傳遞過(guò)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(diǎn)，考慮是否處于地震和臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害頻發(fā)的地方，且要盡量避開(kāi)偏遠(yuǎn)山區(qū)。對(duì)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挠绊懀M量不要選擇雨季頻繁的地區(qū)。還要考慮周?chē)h(huán)境因素，避免數(shù)據(jù)中心建成后對(duì)周?chē)h(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(duì)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郑环矫嬲梢酝扑]較好的位置，減少選址成本；另一方面，政府會(huì)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(huì)環(huán)境和自然環(huán)境對(duì)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(guò)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(shí)際選址的注意事項(xiàng)

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?yàn)椴煌貐^(qū)的基礎(chǔ)環(huán)境、地形地貌以及天氣環(huán)境會(huì)有所不同，所以無(wú)法保障選取的地址特點(diǎn)相同。在實(shí)際選址過(guò)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(diǎn)，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(guò)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(shí)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(gòu)地建造時(shí)，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(zhǎng)期的使用權(quán)，保證數(shù)據(jù)中心建立后不會(huì)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(xiàng)目運(yùn)作過(guò)程中要遵循國(guó)家和地方的法律法規(guī)。

（2）地址位置合理。在規(guī)劃位置時(shí)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(kāi)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(guò)程中的能源消耗問(wèn)題。大數(shù)據(jù)中心選址時(shí)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(duì)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?wèn)題，避免遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中速度較慢、用戶(hù)訪問(wèn)滯后等問(wèn)題。

4 結(jié) 論

5G為人們的生活帶來(lái)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(huì)帶來(lái)巨大的數(shù)據(jù)流量，給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)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(jiǎn)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(shí)延小。此外，通過(guò)分析邊緣數(shù)據(jù)中心技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，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(xiàng)給予了一定的說(shuō)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。