5G基础设施如何支持网络边缘的小型数据中心

5G技术用于支持创新应用，在速度、容量、延迟、可靠性等方面具有苛刻的性能要求。而连接5G网络的设备数量之多，将会产生巨大的数据流量。根据调研机构IDC公司的预测，到2025年，全球物联网(IoT)设备的数据流量将达到90ZB。但并非所有数据都需要在超大规模数据中心进行存储和处理。

事实上，大部分信息最终将在网络边缘处理。因此，在用户设备和托管/处理基础设施之间的网络上传输数据必须实现距离最小化。这有助于将平均延迟降低到10毫秒左右，甚至低于GSM联盟在5G实施标准中规定的1毫秒。

组织具有本地化的存储和处理资源意味着可以更快地过滤、分析和反馈信息，而不必通过一系列的交换机、路由器、基站、存在点以及电信骨干网在距离遥远的数据中心设施中往返，但这可能会对网络性能产生不利影响。

因此，5G的广泛应用预示着更多的小型数据中心的到来，这些数据中心更接近实际创建数据的地方，例如微型数据中心或Pod数据中心，以及嵌入在电信传输设备(其中基站、天线塔台、微型站点、接入集线器等)的托管设施，甚至端点本身(其中包括电脑、智能手机和物联网设备)。

拓扑取决于应用程序

战略和方法的根本转变以及预期出现的大量数据，不可避免地推动了电信公司和跨国公司提供网络连接方式的变化。5G被设计成一种服务驱动的架构，因此在大多数情况下，将通信设备连接到数据中心的确切拓扑结构可能取决于应用程序本身。

对于增强的移动宽带网络(即用户智能手机的高速移动互联网连接)，这将意味着5G、4G和WiFi基站将混合构建成一个无线接入网络(RAN)，在将用户设备的信息发送到本地数据中心之前，将其聚合在一起，其中大部分信息被缓存(例如视频内容)。基站通过有线广域网(WAN)交换机(或某些情况下的无线网状结构)将数据传输到这些本地(或边缘)设施，本地数据中心随后通过边缘、接入点和核心电信主干网连接到集中集线器。

类似的拓扑结构可以应用于大规模机器类型通信(mMTC)工作负载，但也适用于以物联网(IoT)连接为中心的超可靠低延迟通信(URLLC)用例，例如智能电网、自主车辆、远程手术、智能交通系统等行业领域的应用。在这里可能不需要本地数据中心，这是因为在数据子集传输到区域托管设施之前，可以在基站本身进行初始过滤、处理和分析。

RAN依靠密集的天线传输数据

5G RAN由各种组件组成，其中包括Small Cells、传输杆、发射塔、基站，甚至是家庭集线器，它们会在将住宅流量传输到最近的基站之前对其进行汇总。其范围在十米到几百米左右的Small Cells对于提供eMBB连接所需的高带宽毫米波网络至关重要。由于毫米波在28GHz～40GHz波段中使用的频率范围非常短，因此需要更多天线来提供连续连接，这意味着密集包装的群集将可随时用于为大量用户提供服务。而在其他地方，5G宏基站将使用多输入多输出(MIMO)天线来同时发送和接收大量数据，而在城市和交通枢纽等严重信息拥挤的地区需要更高密度的大规模多输入多输出(MIMO)天线。

在大多数情况下，5G RAN会将数据传输到本地服务器，这些服务器通过某种形式的有线光纤WAN连接将用户流量聚合到核心电信网络中，但在某些情况下，提供高达10Gbps无线带宽的超高容量5G中继将用于回程RAN流量。如果需要或实施与4G基础设施的网络共享，本地服务器还将聚合来自4G宏基站以及提供覆盖的WiFi接入点(例如在城市中心)的数据。

核心网络的变化

RAN并不是唯一一个对网络配置进行根本更改以更好地支持面向边缘的5G架构的地方。将设备连接到数据中心的非无线电5G网段也在进行改造，其中包括聚合流量的前程和回程节点、核心网络、移动边缘和接入网络。

电信公司和跨国公司在过去几年中逐渐将软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)技术引入其架构，主要目的是降低成本，加快资源调配和简化网络管理，同时支持不同电信平台之间更高的可计算性和协作。

核心网络的关键变化包括重新设计的信令机制和分布式服务器，这再次有助于缩短设备和数据中心之间的传输路径，以降低延迟并提高应用程序性能。专门为支持在超大规模数据中心托管的公共云、私有云和混合云工作负载而设计的所谓“云原生”网络也正在实施，其主要目的是提高软件分发和升级的速度，并加快自动工作负载调配。通信标准机构3GPP还标准化了5G核心网络功能，这些功能将基于云原生和容器，由新的安全框架和服务质量(QoS)模型支撑，用于基础设施(IaaS)、平台(PaaS)、软件(SaaS)和服务提供商数据中心托管的其他“即服务”应用程序。

该架构旨在快速按需扩展带宽以支持那些云计算服务，同时又具有足够的灵活性以支持新的用例，并通过动态配置和配置功能推向市场策略。它旨在支持网络切片，而网络切片可以将单个网络连接划分为多个不同的虚拟连接，并将其分配给不同类别的5G设备、应用程序和数据集，例如，每个设备、应用程序和数据集的性能指标(速度、容量和可靠性)由特定的服务等级协议(SLA)管理。

并没有万能的解决方案

调研机构Gartner公司预测，到2025年，边缘计算设施将处理企业生成的75%的数据。然而，企业工作负载仍将只占数据总量的一小部分，到2025年全球数据量将超过175ZB，而2019年的数据总量为33ZB。不仅如此，几乎一半(49%)的数据仍将存储在公共云环境中，通常是超大规模数据中心设施，尽管具有大量本地闪存存储功能的智能手机(例如，某些智能手机存储容量达到256GB)，但存储在核心数据中心的数据量将是存储在端点的数据量的两倍以上。

总之，5G网络将为数据中心的运营和连接方式带来重大变化，但是连接的5G设备数量以及它们创建的大量信息意味着多种数据和应用程序托管方法将会长期并存。

（来源：51CTO）