適應“云-邊-端”模式的5G邊緣數據中心建設探討

中國電信股份有限公司北京研究院|熊小明

運營商的5G網絡連接能力和邊緣計算資源疊加互聯網/工業領域各方服務提供商的產品服務能力，將有助于擴大信息化服務范圍，推動“云-邊-端”模式的新型業務、客戶服務創新，推動垂直行業的數字化轉型，構筑更加健康的5G生態圈。

隨著云計算的深入應用，5G、物聯網、人工智能技術的快速發展，高帶寬、低時延、海量連接的新型應用不斷涌現，傳統的“云-端”業務服務、管理和部署模式，正逐步走向“云-邊-端”業務服務、管理和部署模式，在網絡側邊緣的云和網的關聯性越來越緊密。

多接入邊緣計算（MEC）是5G時代融合業務和網絡的關鍵技術。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營商網絡側邊緣，在靠近移動用戶的位置上提供網絡能力開放以及IT服務、環境和云計算能力。邊緣計算的就近服務特點滿足了業務層面實時數據處理的需求以及客戶層面數據安全可靠的要求。

邊緣計算應用場景和部署要求

歐洲電信標準化協會（ETSI）定義了7類典型的邊緣計算應用場景，涵蓋了當前最主流的邊緣計算產品內涵和垂直行業應用場景：視頻優化加速、監控視頻流分析、增強現實AR、車聯網、企業專網、IoT/工業互聯、輔助敏感計算。

邊緣計算網絡部署的特點和要求

邊緣計算是泛概念，“邊緣”也是相對位置。最終客戶、服務提供商、電信運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，各有側重，如圖1所示。帶寬特性的業務，逐步下沉到邊緣網關設備上進行數據處理，但數據分析挖掘等業務仍在云端處理。

● 企業客戶角度

“邊緣”聚焦在企業分支和廣泛“物”的連接，如攝像頭、汽車、無人機等，關注現場級網關設備和解決方案。

● OTT服務商角度

從終端/數據源到云計算中心路徑之間的任意節點均可定義為“邊緣”，邊緣可以是純軟件形態，或是集成中間件的硬件網關。阿里云的物聯網邊緣計算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優勢，將具有低時延、大

● 電信運營商角度

“邊緣”更多地體現在網絡側邊緣的無線/有線網絡和信息基礎設施上，涵蓋“接入-匯聚-城域”等本地網范圍，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”等方面實現全面協同、開放和合作。

圖1 未來“邊緣”的網絡位置理解（資料來源：ONF）

NB-IoT終端、5G終端等符合3GPP標準的終端為運營商邊緣網絡開放提供了“終端”基礎；融合5G CU、UPF、MEC、邊緣云和邊緣數據中心等彈性網絡資源及寬帶固網資源，為運營商開展邊緣業務經營和平臺經營提供了“邊緣”保障；IDC/公有云等是運營商開展“中心云”服務和提供企業服務的優質資源。

“云-邊-端”模式下的5G網絡和邊緣計算，將推動運營商邊緣數據中心的建設布局，最終形成全網統一管理、靈活部署、高度自動化運維的全網性經營性資源。

適應“云-邊-端”模式的靈活部署

5G網絡以應用為本，強化固移融合、云網融合，因此5G是運營商推進網絡重構的最佳機會?！霸?邊-端”模式的邊緣計算網絡和能力開放，將加速以DC為中心的新一代分布式基礎設施構建?？傮w上，融合網絡架構以光纜/傳輸網絡、IP RAN和IP網絡等基礎網絡為傳送承載，以全國/省級DC、地市核心DC、地市邊緣DC，及互聯網數據中心IDC為布局依托，以接入光纜/接入機房為網絡接入延伸，實施5G業務、控制云、轉發云、接入云及第三方應用部署，如圖2所示。

圖2 以DC為中心的融合網絡架構模型

● 全國/省級DC

服務于全國/大區或全省范圍，提供5G業務（VoLTE/物聯網等）、控制面網元、資源編排和能力開放等。

● 地市核心DC

服務于本地網范圍，提供融合業務（CDN/VAS）、控制面網元、和部分用戶面網元（UPF/GW-U）等。

● 地市邊緣DC

面向城域邊緣的業務接入和本地數據處理，如UPF/MEC、vBRAS-U、vCPE、第三方應用等部署。

● 接入局所

按接入-匯聚邏輯可再劃分接入點機房、綜合業務局站，滿足基站、專線、家庭寬帶等各類業務接入需求及更靠近用戶側的業務布放。

以DC為中心的分層架構布局，可有效適應未來固移融合網絡架構的演進，如融合網絡的控制面統一集中、用戶面分布部署，并且固移用戶面（寬帶BRAS-U、移動UPF/GW-U）在網絡邊緣融合；同時也能適應業務云和網絡云的融合要求，如業務云側重于中心DC，網絡云側重于邊緣DC；業務云和網絡云在邊緣融合和統一部署，承接網絡能力下沉和邊緣計算業務要求。

應該說，地市核心DC、地市邊緣DC、接入局所等都屬于業界所提的廣義“邊緣數據中心”所指范圍。

邊緣業務、邊緣網絡、邊緣云和邊緣機房的建設探討

邊緣計算業務規劃優先

業務應用多樣化是5G時代的最大特點：既有話音、上網、專線等5G基礎業務，也有視頻、游戲、無人機/車聯網等5G通用業務，還有包括面向電力、交通、醫療、工業制造等場景的5G垂直行業應用。5G通用業務、5G垂直行業應用的開展路徑和規模驅動是影響邊緣數據中心建設進度和規模的主要原因。

● 業務路徑規劃

業務優先，應明確5G業務規劃，特別是省級/本地范圍的5G業務路徑和實施計劃。典型的邊緣計算類業務，應從時延、帶寬、可靠性等指標要求、客戶需求和行業市場成熟度、建設部署成本和最終收益等，綜合評估確定實施路徑。結合實際需求和技術實現來看，視頻/游戲CDN、視頻監控、企業專網、IoT/工業互聯網等應用在近階段試點商用和小范圍推廣的可行性更大些。新型業務的邊緣化部署分析如圖3所示。

● 業務規模評估

通用類業務和垂直行業應用決定著5G網絡能力下沉范圍及邊緣計算平臺部署的量化要求，決定著邊緣數據中心的布局規模。在業務路徑規劃基礎上，應綜合考量最終用戶和企業客戶規模、OTT合作伙伴訴求等，為后續網絡資源量化建設提供決策評估依據。

產業合作方面，特別是OTT服務提供商在視頻/游戲的CDN下沉、IoT/工業互聯網關設備的布放，對運營商網絡側邊緣Iass/Pass資源甚至DC機房/IDC機架資源租用需求潛力更大，運營商應對各類開放合作方式提前做好策略和計劃。

圖3 新型業務的邊緣化部署分析（資料來源：ZTE）

MEC應按需靈活部署在不同層邊緣數據中心

邊緣計算解決方案涉及到邊緣網絡、MEC管理平臺及MEC應用等組成部分。隨著U面的下沉，應結合業務本地化部署、緩存加速、網絡能力開放等能力，實現云網融合。

● 多接入邊緣計算MEC平臺

完整的MEC解決方案包括邊緣網絡、MEC管理平臺和MEC APP應用三大部分。

邊緣網絡中MEC應支持移動、固網、WLAN等多種接入，靈活路由是部署MEC的前提。其中5G核心網絡實現用戶面UPF下沉，主要解決分流、計費、QoS、移動性管理等問題，5G接入網絡實現CU集中，實現靈活的擴展能力；固網重點是與寬帶接入BRAS/vBRAS設備對接分流固網接入流量。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、用戶及流程等運維管理，以及網絡能力開放，如終端認證、位置能力等。

MEC APP應用提供具體業務服務，如mCDN、AR/VR、車聯網服務等，初期以MEC集成類業務及CDN/視頻類為主，后續將逐步納入第三方應用。

● 適應業務場景，MEC按需靈活部署

與運營商傳送網絡和機房設施架構對應，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、綜合業務局站，甚至客戶機房（現場級解決方案）都可以部署，這取決于具體邊緣業務和體驗要求、部署成本和機房條件。

5G建設初期，MEC部署可先集中在部分地市核心DC，或少量業務需求集中地市邊緣DC，重點滿足該區域范圍的5G業務開展覆蓋要求，以小規模邊緣云部署為主。對于面向企業集中的開發區/科技園區等，可在綜合業務局所部署小型化的UPF/MEC設備，甚至可以采用專用定制化設備為企業客戶單獨部署。

邊緣電信云部署

邊緣電信云既要滿足新型邊緣計算業務的高計算、高轉發要求，又要滿足不同MEC APP（特別是合作第三方的產品解決方案）部署的硬件/軟件環境要求，同時還要有效適應本地網不同層級機房物理條件（建筑/配電/制冷）的差異。相比于傳統IT云和核心電信云，邊緣電信云應兼容業務和技術雙驅動原則，動態迭代演進，并在物理硬件、資源異構、遠程運維管理上做好特別考慮。

● 物理和虛擬資源異構

服務器應優先采用適用于NFV的服務器，以主機集群為建設單位，邊緣存儲設備優選采用FC/IP-SAN。服務器還需要從硬件和軟件層面提供加速能力，如高速網卡配置、轉發性能調優，滿足電信云和IT云融合承載及OTT廠商邊緣網關設備部署。邊緣電信云還需要支持虛機、容器和裸金屬等資源部署。

圖5 分層邊緣云的統一云管思路

● 邊緣電信云統一管理

邊緣云/邊緣數據中心部署采用層級方式，機房分散且位置偏遠，綜合業務局站/接入點機房的現場運維條件有限，需盡可能實現遠程運營運維和無人值守。在區域DC集中部署云管平臺VIM、編排器、NFVM，統一管理全網資源，提供分權分域管理門戶，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/網絡虛擬化產品。同時，配合NFVO和VNFM，可實現上層業務和NFVI資源間的映射和關聯，實現自動部署和運維業務流程。分層邊緣云的統一云管思路如圖5所示。

圖6 機房基礎設施DC化改造的系統思維

● 邊緣電信云組網方案

DC內部組網，在服務器規模較大時可采用Spine-leaf交換架構，并按照業務類型劃分多個POD區域，不同區域間通過防火墻安全隔離。DC之間互聯應采用SDN架構，DC外部互聯、地市核心DC和城市邊緣DC主要通過城域網承載互聯，結合流量流向特征采用Hub或環型組網。

邊緣數據中心的機房設施

邊緣數據中心與機房的地理位置是相對的，國內運營商傳統通信機房的位置并非一一對應關系。各類機房基礎設施的布局選址、資源規模及基礎設施DC化改造要求將隨著5G業務開展和網絡建設的階段變化而不斷提高。

● 機房選址及目標布局

5G建設初期，機房需求主要來自地市核心機樓，滿足部分UPF/MEC部署，以及5G無線接入機房和綜合業務局站，承接5G DU/CU和相應接入傳輸設備的需求。從中長期演進看，應做好現有通信機房的優質退網資源儲備計劃。

基于核心機樓的DC機房設置以本地網為單位進行規劃，按用戶規?？蛇x擇2～4個所在機樓作為目標DC，實現負載均衡和部分業務備份，該類型的機房預計2020-2022年逐步大范圍啟用。

基于一般機樓的DC機房設置需綜合考慮本地網的區縣行政劃分、城區和農村的用戶/基站密集分布、現有機房位置和物理條件、光纜匯接資源（2個以上中繼路由），優選現BRAS/MSE所在機樓作為目標DC機房。預計該類型的機房將在2021年后初期按需小范圍啟用，2022-2025年大規模啟用。

● 機房基礎設施DC化改造

新建的數據中心可直接采用新標準建造，而現有通信機房演進則要兼顧現實條件。機房基礎設施DC化重構是一個系統性工程，應通過合理分析、統籌，適當改造、優化，實現整體效益最大化。

實際改造中宜統籌平衡機房現有限制條件（承重、凈高、面積、電力、空調等），綜合考慮改造需求承接（機柜數量和單機功耗）和性價比等因素，選擇最適合的機架規格、供電和制冷技術實施方案，如圖6所示。

小結

5G、物聯網、人工智能等新技術新應用的興起，將帶動傳統“云-端”網絡向“云-邊-端”網絡的部署模式轉變。在5G網絡時代，逐步推進邊緣網絡下沉和邊緣計算部署，構建UPF/MEC網絡功能、邊緣電信云資源、邊緣數據中心等邊緣網絡基礎類能力，形成全網統一管理、按需靈活部署、高度自動化運維的邊緣網絡經營性資源，是5G網絡規劃建設的關鍵目標訴求。

同時，運營商的5G網絡連接能力和邊緣計算資源疊加互聯網/工業領域各方服務提供商的產品服務能力，將有助于共同拓展信息化服務范圍，推動“云-邊-端”模式的新型業務、客戶服務創新，推動垂直行業的數字化轉型，構筑更加健康的5G生態圈。