数据中心或许会成为未来5G最强大的技术支撑

2019-12-12 16:29

5G网络的规模建设已经拉开序幕，“云－网－边－端”四体协同将成为5G网络端到端的新技术架构。5G网络的主要特征为大带宽、海量连接和超低时延，这些新的网络特性将催生大量新兴应用，也将更加深刻地改变人们的生活方式，而这一切都离不开5G背后的数据中心网络。

5G数据中心

数据中心或成5G强大的技术底座

5G网络采用以数据中心为基础的云化架构，承载在数据中心内独立的电信云网络上，通过SDN／NFV技术部署核心网等虚拟化网元。同时，随着用户面网元（UPF）下沉，以及MEC（边缘计算）业务规模部署，5G网元将分布在各级数据中心，数据中心已成为5G网络的基石。

在移动互联网时代，随着头部互联网应用爆发，云计算应用向行业巨头集中，运营商、互联网、云服务提供商等行业中的大型公司纷纷建设了大型云数据中心，提供公有云、私有云等服务。究其原因，在于数据中心的规模效益非常明显，能够大幅降低业务部署成本和维护成本。

因此，规模发展是过去10年数据中心网络发展的最主要驱动力，流量爆发式增长导致数据中心组网规模不断扩张，进而引发组网架构、技术、运营等一系列的变化，需兼顾大容量、规模效应以及高可靠、可扩展需求。在5G时代，这一趋势将愈加明显，并加速向政府、医疗、工业制造等产业扩散。

5G时代的大型云数据中心将更具备竞争力，不仅体现在成本方面，还会在安全、灵活度和技术进化层面对传统数据中心建立碾压性的优势。“马太效应”将使得传统数据中心及应用逐步走向消亡，替代而来的是超大规模、快速演进的云数据中心。

与此同时，5G网络及其衍生的业务对可靠性、时延保障等提出了更为严苛的诉求。能否满足5G网络对云资源池的吞吐、并发等高性能需求，达到云数据中心整体性能与成本最优，成为衡量5G时代云数据中心竞争力的试金石。未来数据中心网络不再局限于传统的数据中心内交换机网络，而是拓展到主机内部、网卡以及芯片互联的一体化高性能网络中。

面对上述需求，基于x86架构的通用CPU已难以满足业务需求，引入更多的加速硬件，如智能网卡、GPU／FPGA乃至NPU神经网络处理芯片等异构计算架构，使业务运行在性价比与能效比最高的硬件形态上，成为数据中心承载多类型业务的必需技术。RDMA也是一种硬件协议方式，可以实现数据中心网络的低时延，是目前数据中心内高性能计算、分布式存储、人工智能等应用的标准部署方案。

边缘数据中心是5G时代的必要组件

边缘计算是5G技术最重要的组成部分之一，低时延特性为车联网、工业自动化、沉浸式VR、人工智能等新兴应用的发展提供技术基础。在边缘计算场景下，客户通常需要低延迟、高计算能力以及高效网络路由能力，需要在网络边缘部署计算节点，边缘数据中心将成为5G时代数据中心的新形态。

边缘计算提供了网络中泛在的算力资源，可存在于云数据中心、边缘数据中心及终端，且分布在网络的不同层级，归属于不同运营方。业界已经开始考虑如何充分利用这些算力资源为客户提供最佳解决方案。算力网络采用类似网络路由机制，通过网络的集中控制面或分布路由协议分发各类计算节点的算力信息，并结合网络信息（如路径、时延等），可为客户提供最佳的算力分配及网络连接方案。

目前大型互联网公司已经在公有云市场上占据先机，随着SD－WAN等技术的商用部署，运营商已经能够明显感觉到来自互联网的挤压。但在边缘计算开始大规模建设后，运营商在局址资源方面的优势将改变运营商与互联网公司的竞争及合作态势，运营商的IDC租赁业务和公有云业务都将得到快速发展，如果能在这个技术变革的时间窗口中把握住机会，甚至有可能会推动运营商成功完成自身的业务转型。边缘计算及边缘数据中心是5G时代的必要组件，将深刻地影响5G时代的市场格局。

智能运维、开放架构将催生产业新生态

随着云计算、SDN、NFV等技术在网络重构中加速落地，转控分离、三层解耦以及统一编排等技术为数据中心网络实现自动化、资源灵活调度、智能运维奠定了基础，但同时也使得业务逻辑愈加复杂，故障排除难度大幅提升。由于缺乏统一的平台和框架，缺乏自动化、智能化运维手段，传统运维模式难以适应并满足5G时代下数据中心网络的运维需求。

基于AI和Telemetry的智能运维是利用数据智能替换人工经验，期望在自动化的基础上实现遥测、大数据分析、机器学习和网络引导等功能，通过对数据中心网络的自主分析、自主发现实现自主配置和自主修正。当前产业界重点集中在网络开局部署、网络变更校验、故障智能定界／定位、故障预测、业务分析以及预测等方面，寻求在数据采集、大数据分析、AI、决策闭环等环节实现精细化检测和可视化管理，变被动运维为主动运维。

虽然目前还受AI学习模型不够精确、网络设备特性不足等因素制约，但人工智能的发展必将引发再一次网络运维的变革。与此同时，开放架构设备也将进一步催生数据中心新的产业生态。

一方面，白盒交换机已经在大型互联网公司云数据中心开始规模部署。白盒交换机需部署集中的网络操作系统，基于白盒设备的网络架构，可实现硬件与软件的解耦，并大幅降低组网成本。目前，SONIC操作系统逐渐成为白盒交换机的事实标准，SONIC通过SAI层将交换机进行接口抽象设计，向上提供统一的API接口，向下对接不同ASIC芯片，使得上层软件不需要一一适配不同的ASIC芯片，促进了白盒交换机生态链的发展。此外，芯片层面也不断开放，通过可编程接口自定义芯片对数据包的处理逻辑，实现按需添加新功能、新协议或者对原有协议进行优化等，极大提升了灵活性。

另一方面，大量AI、实时性高带宽的边缘计算业务需要边缘节点提供计算及网络加速能力，边缘计算业务的多样性需要边缘数据中心提供的计算设备多种多样，但是受限于边缘机房的空间、风火水电等条件，通常计算设备无法大量放置，因此边缘数据中心开始引入开放可定制化的交换机以及服务器等融合型设备形态。

标准化的开放式架构不仅能够缩短设备新功能实现周期，通过解除供应商绑定的方式有效降低采购成本，还绕开了异构兼容问题，使得数据中心网络更容易向智能化、自动化方向演进。

随着5G、AI时代的到来，数据中心将成为未来网络的核心控制节点与内容载体，是电信运营商转型的基础和战略制高点。目前数据中心正在经历云化和ICT融合所带来的变革，而网络作为数据中心的三大基础资源之一，也在这场革命中不断演进。全智能、自动化、分布式、算力下沉和AI等技术将为5G业务开展提供有力支撑。可以预见，未来随着5G／6G、全息通信、数字孪生等新兴业务和技术的到来，数据中心网络又将朝着更新一代继续演进。