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數據中心或許會成為未來5G最強大的技術支撐

2019-12-10返回列表

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5G網絡的規模建設已經拉開序幕,“雲-網-邊-端”四體協同将成為5G網絡端到端的新技術架構。5G網絡的主要特征為大帶寬、海量連接和超低時延,這些新的網絡特性将催生大量新興應用,也将更加深刻地改變人們的生活方式,而這一切都離不開5G背後的數據中心網絡。

數據中心或成5G強大的技術底座

5G網絡采用以數據中心為基礎的雲化架構,承載在數據中心内獨立的電信雲網絡上,通過SDN/NFV技術部署核心網等虛拟化網元。同時,随着用戶面網元(UPF)下沉,以及MEC(邊緣計算)業務規模部署,5G網元将分布在各級數據中心,數據中心已成為5G網絡的基石。

在移動互聯網時代,随着頭部互聯網應用爆發,雲計算應用向行業巨頭集中,運營商、互聯網、雲服務提供商等行業中的大型公司紛紛建設了大型雲數據中心,提供公有雲、私有雲等服務。究其原因,在于數據中心的規模效益非常明顯,能夠大幅降低業務部署成本和維護成本。

因此,規模發展是過去10年數據中心網絡發展的最主要驅動力,流量爆發式增長導緻數據中心組網規模不斷擴張,進而引發組網架構、技術、運營等一系列的變化,需兼顧大容量、規模效應以及高可靠、可擴展需求。在5G時代,這一趨勢将愈加明顯,并加速向政府、醫療、工業制造等産業擴散。

5G時代的大型雲數據中心将更具備競争力,不僅體現在成本方面,還會在安全、靈活度和技術進化層面對傳統數據中心建立碾壓性的優勢。“馬太效應”将使得傳統數據中心及應用逐步走向消亡,替代而來的是超大規模、快速演進的雲數據中心。

與此同時,5G網絡及其衍生的業務對可靠性、時延保障等提出了更為嚴苛的訴求。能否滿足5G網絡對雲資源池的吞吐、并發等高性能需求,達到雲數據中心整體性能與成本最優,成為衡量5G時代雲數據中心競争力的試金石。未來數據中心網絡不再局限于傳統的數據中心内交換機網絡,而是拓展到主機内部、網卡以及芯片互聯的一體化高性能網絡中。

面對上述需求,基于x86架構的通用CPU已難以滿足業務需求,引入更多的加速硬件,如智能網卡、GPU/FPGA乃至NPU神經網絡處理芯片等異構計算架構,使業務運行在性價比與能效比最高的硬件形态上,成為數據中心承載多類型業務的必需技術。RDMA也是一種硬件協議方式,可以實現數據中心網絡的低時延,是目前數據中心内高性能計算、分布式存儲、人工智能等應用的标準部署方案。

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邊緣數據中心是5G時代的必要組件     

邊緣計算是5G技術最重要的組成部分之一,低時延特性為車聯網、工業自動化、沉浸式VR、人工智能等新興應用的發展提供技術基礎。在邊緣計算場景下,客戶通常需要低延遲、高計算能力以及高效網絡路由能力,需要在網絡邊緣部署計算節點,邊緣數據中心将成為5G時代數據中心的新形态。

邊緣計算提供了網絡中泛在的算力資源,可存在于雲數據中心、邊緣數據中心及終端,且分布在網絡的不同層級,歸屬于不同運營方。業界已經開始考慮如何充分利用這些算力資源為客戶提供最佳解決方案。算力網絡采用類似網絡路由機制,通過網絡的集中控制面或分布路由協議分發各類計算節點的算力信息,并結合網絡信息(如路徑、時延等),可為客戶提供最佳的算力分配及網絡連接方案。

目前大型互聯網公司已經在公有雲市場上占據先機,随着SD-WAN等技術的商用部署,運營商已經能夠明顯感覺到來自互聯網的擠壓。但在邊緣計算開始大規模建設後,運營商在局址資源方面的優勢将改變運營商與互聯網公司的競争及合作态勢,運營商的IDC租賃業務和公有雲業務都将得到快速發展,如果能在這個技術變革的時間窗口中把握住機會,甚至有可能會推動運營商成功完成自身的業務轉型。邊緣計算及邊緣數據中心是5G時代的必要組件,将深刻地影響5G時代的市場格局。

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智能運維、開放架構将催生産業新動态

随着雲計算、SDN、NFV等技術在網絡重構中加速落地,轉控分離、三層解耦以及統一編排等技術為數據中心網絡實現自動化、資源靈活調度、智能運維奠定了基礎,但同時也使得業務邏輯愈加複雜,故障排除難度大幅提升。由于缺乏統一的平台和框架,缺乏自動化、智能化運維手段,傳統運維模式難以适應并滿足5G時代下數據中心網絡的運維需求。

基于AI和Telemetry的智能運維是利用數據智能替換人工經驗,期望在自動化的基礎上實現遙測、大數據分析、機器學習和網絡引導等功能,通過對數據中心網絡的自主分析、自主發現實現自主配置和自主修正。當前産業界重點集中在網絡開局部署、網絡變更校驗、故障智能定界/定位、故障預測、業務分析以及預測等方面,尋求在數據采集、大數據分析、AI、決策閉環等環節實現精細化檢測和可視化管理,變被動運維為主動運維。

雖然目前還受AI學習模型不夠精确、網絡設備特性不足等因素制約,但人工智能的發展必将引發再一次網絡運維的變革。與此同時,開放架構設備也将進一步催生數據中心新的産業生态。

一方面,白盒交換機已經在大型互聯網公司雲數據中心開始規模部署。白盒交換機需部署集中的網絡操作系統,基于白盒設備的網絡架構,可實現硬件與軟件的解耦,并大幅降低組網成本。目前,SONIC操作系統逐漸成為白盒交換機的事實标準,SONIC通過SAI層将交換機進行接口抽象設計,向上提供統一的API接口,向下對接不同ASIC芯片,使得上層軟件不需要一一适配不同的ASIC芯片,促進了白盒交換機生态鍊的發展。此外,芯片層面也不斷開放,通過可編程接口自定義芯片對數據包的處理邏輯,實現按需添加新功能、新協議或者對原有協議進行優化等,極大提升了靈活性。

另一方面,大量AI、實時性高帶寬的邊緣計算業務需要邊緣節點提供計算及網絡加速能力,邊緣計算業務的多樣性需要邊緣數據中心提供的計算設備多種多樣,但是受限于邊緣機房的空間、風火水電等條件,通常計算設備無法大量放置,因此邊緣數據中心開始引入開放可定制化的交換機以及服務器等融合型設備形态。

标準化的開放式架構不僅能夠縮短設備新功能實現周期,通過解除供應商綁定的方式有效降低采購成本,還繞開了異構兼容問題,使得數據中心網絡更容易向智能化、自動化方向演進。

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随着5G、AI時代的到來,數據中心将成為未來網絡的核心控制節點與内容載體,是電信運營商轉型的基礎和戰略制高點。目前數據中心正在經曆雲化和ICT融合所帶來的變革,而網絡作為數據中心的三大基礎資源之一,也在這場革命中不斷演進。全智能、自動化、分布式、算力下沉和AI等技術将為5G業務開展提供有力支撐。可以預見,未來随着5G/6G、全息通信、數字孿生等新興業務和技術的到來,數據中心網絡又将朝着更新一代繼續演進。


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