1 引言
　　
　　伴随我国5G,AI、云计算、边缘计算、大数据、物联网、工业互联网等新一代信息技术加速发展,推动了边缘计算产业规模化发展。据Gartner预测企业在边缘创造和处理数据比例将由2018年的10%提升至2022年的75%。据麦肯锡公司预测,边缘计算将在未来5-7年创造超过1万亿元的市场价值,市场前景广阔。
　　
　　2 什么是边缘计算和边缘数据中心
　　
　　首先,针对边缘计算不同的机构给出的定义有所差异。欧洲电信标准化协会(ETSI)认为边缘计算是在移动网络边缘提供IT服务环境和计算能力,强调靠近移动用户,以减少网络操作和服务的时延。Gartner认为边缘计算是一种计算拓扑,在这种拓扑结构中,信息处理、内容采集和分发均被置于距离信息更近的源头处完成。维基百科认为边缘计算是一种优化云计算系统的方法,在网络边缘执行数据处理,靠近数据的来源。边缘计算产业联盟认为边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧,融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台,就近提供边缘智能服务。上述边缘计算的各种定义虽然表述上各有差异,但基本都在表达一个共识,即在更靠近终端的网络边缘上提供计算与服务,因此称之为边缘计算。
　　
　　边缘计算的运行离不开各类基础设施的支撑,而基础设施所投入运行的最终目标也是给主设备提供其安全、稳定运行的环境。因此在云计算的普及应用中诞生了边缘数据中心或边缘机房,以下统称为边缘数据中心。作者认为边缘数据中心是指为边缘计算的信息通信设备提供运行环境的支撑的机房的硬件场所或者机柜等物理设施。体现形式上,可以是传统的数据中心和机房、数据中心微模块和集装箱式微模块、封闭式机柜和室外一体化能源柜等形式,可依据不同应用场景灵活选择相应的基础设施部署方案。
　　
　　3 边缘数据中心基础设施“十问”
　　
　　结合邬贺铨院士提出的边缘计算“新十问”,具体包括“一问”边缘在哪里、“二问”何谓多接入、“三问”边缘计算是否边缘云、“四问”边缘计算与CDN和DC的异同、“五问”边缘计算计算什么、“六问”边缘计算如何发现服务与配置、“七问”边缘计算的业务规划从哪里来、“八问”计算能力如何在云端配置、“九问”云边端计算能力如何协同和“十问”边缘计算有否定式等,作者深入思考如何支撑边缘计算需求,提出相对应边缘计算基础设施层面十个关键问题,具体如下。
　　
　　(1)边缘数据中心在哪里
　　
　　“一问”《边缘在哪里》中阐述边缘计算实际部署位置比较灵活,除了考虑接近数据源以降低时延外,还需考虑业务应用服务的覆盖范围(例如园区),以及业务应用数据本地化的需求(考虑数据安全性)。在移动通信网中,如5G中边缘计算可以在DU,也可以在CU,也可放在CN边缘;在工业企业,边缘计算可与基站一起设置在企业内部。在企业自身机房内部或者专门开辟出指定的空间完成边缘数据中心基础设施的部署。
　　
　　(2)边缘数据中心怎样部署
　　
　　在具备实体机房物理环境下,可采用传统机房部署方案或者数据中心微模块方案,在无实体建筑场景下可采用室外集装箱微模块方案。例如为高速公路上ETC(Electronic Toll Collection)系统的数据计算、存储和传输等功能,可采用室外集装箱型集装箱微模块数据中心或户外柜型方案。再例如在5G基站等边缘计算场景可采室内微模块数据中心或BBU池化的机柜方案。而在不具备房屋设施的条件下，可采用室外一体化能源柜或集装箱等形式实现灵活部署。总而言之边缘数据中心应紧贴业务诉求，就近部署，从而实现降低时延等要求。
　　
　　(3)边缘数据中心容量有多大
　　
　　“二问”《何为多接入》中描述边缘计算的多接入可能指边缘计算可工作在移动通信网也可工作在WLAN,即适应接入的异构性;还可以将多接入理解为边缘计算可与接入网/城域网中多类网元集成在一起。这个意义上,边缘计算的功率可大可小。功率小到可以集成到设备内部。在邬院士提到的“四问”《边缘计算和CDN与数据中心的差异》时解释到边缘计算具有laaS功能特别是虚拟化的网络、存储、计算资源,可见边缘计算具有一定的数据中心的功能,但边缘计算主要能力不是做微型数据中心。因此边缘数据中心容量与传统数据中心相比相对较小。“七问”《边缘计算的业务从那里来》中提到边缘计算为了快速响应不仅位置要靠近数据源,而且应该简单,为此边缘计算只具有小数据处理能力。数学模型与Al算法需要全局性、长周期、大数据训练,这不是边缘计算的长项,同时,边缘计算要求模型瘦身,并将模型能力限定在特定子域。
　　
　　因此,虽然边缘数据中心容量大小由后端负荷所决定,但由以上三问可以清晰判断出边缘数据中心容量相对较小。目前业界还未对边缘数据中心与普通数据中心给出明确的边界,尤其是容量的分界线,其容量段小到几十kW,达到上MW的级别。
　　
　　(4)边缘数据中心的供电保障等级
　　
　　谈到供电保障等级首先认清边缘计算所应用领域的供电保障要求。目前边缘计算已应用于车联网、医疗、工业、教育和游戏等众多领域,而上述领域对保障等级的要求不同。在车联网和医疗等领域,由于涉及到人身安全和生命安全,供电安全保障等级要求极高。在此场景下,基础设施层面应采用硬件和软件层面的各类冗余备份，例如业务备份、独立双路供电和不间断供电方案及储能系统等多种形式保障边缘计算以及整个网络的不间断。
　　
　　(5)边缘数据中心的供电方式
　　
　　“三问”《边缘计算是否边缘云》文中答:边缘计算是边缘云,是集约化共享服务的概念。从边缘下沉的位置不同,可分为靠近业务端的边缘云和靠近云端的边缘云。
　　
　　靠近业务端的边缘云是为了更解决业务的灵活部署。因此在此场景下分布式供电甚至集中拉远供电均为可行方案。例如在车联网领域,针对路侧设备的供电,可采用室外的一体化能源柜供电方式,如图1室外一体化能源柜架构事宜图。在靠近云端的边缘云,主要为云端做存储和计算补充的边缘云,容量比大,与传统数据中心或机房无很大的差异,因此10kV交流输入直流UPS系统(巴拿马电源)、高压直流供电系统、模块化UPS系统、一路市电+一路保障电源等均为可行解决方案。目前推广应用的一路市电+一路保障电源的供电方案如图2所示。
　　

　　(6)边缘数据中心的储能系统
　　
　　谈到储能系统应与后备保障等级一并谈及,因为后备储能系统是保障整个供电系统的不间断运行的不可缺少的分布。而所采用的储能系统不单单考虑后备容量,结合边缘数据中心实际条件,如现场空间、承重和环境温湿度适应性等情况综合而定。锂离子电池与铅酸蓄电池相比,在空间狭小、承重量有限且需要与边缘计算设备尽量靠近的地点安装储能系统时具备一定的优势。此外,在峰谷电价差较大的地区,可考虑利用储能系统进行削峰填谷的方案，降低电力成本的同事，且能够有效解决用电峰值时市电容量不足的问题。
　　
　　(7)边缘数据中心的制冷方式
　　
　　从边缘计算下沉到的不同位置分析,在靠近业务端的边缘数据中心,视功率情况采用自然散热、风扇散热以及风冷空调方式均为可能。随着边缘数据中心的规模的扩大,例如靠近云的边缘数据中心可采用目前数据中心内的各类制冷技术,充分利用自然冷源的多种技术、靠近ICT设备的近端制冷技术和有效管理气流组织技术等,且随着ICT设备功率密度的不断提升,液冷技术也迎来规模化应用。在靠近业务端的云数据中心,可采用热管、新风和热交换等自然冷源技术以及变频空调等节能低碳技术和产品方案。
　　
　　(8)边缘数据中心的监控系统
　　
　　监控系统是整个基础设施数字化、网络化的基础平台。边缘数据中心涉及专业领域比较多，涵盖面比较广，若不采用统一的接口和协议无从谈起实现例如蓄电池组等哑设备的数字化感知与网络化控制，更无法实现智能化决策。因此在边缘数据中心应用的初期，非常有必要利用相关标准引导行业接口协议的统一化。目前通信行业协议要求是依据YD/T1363.2-2014《通信局(站)电源、空调及环境集中监控管理系统第2部分：互联协议》和YD/T1363.3-2014《通信局(站)电源、空调及环境集中监控管理系统第3部分：前端智能设备协议》等行业标准。而数据中心方面，各大互联网公司具有一定的协议要求。5G等基站层面，铁塔公司采用的是FSU系统，上述要求均还未相统一。
　　
　　(9)边缘数据中心智能化发展
　　
　　随着信息通信网络的智能化发展,基础设施层面智能化发展已成为了必然趋势。由于边缘数据中心需要靠近用户端,有一些场景无法进行7X24小时进行人工值守,因此通过智能化管理手段,对其故障告警、保护功能进行规范的同时需要通过智慧化的手段,可以实现自我优化、自我保护等,信息通信基础设施智慧化发展路线。
　　
　　(10)边缘数据中心绿色低碳发展
　　
　　随着我国碳达峰、碳中和相关工作不断深入推进,ICT领域绿色发展问题至关重要。且据国际数据公司(International Data Corporation)称将有超过500亿终端与设备联网,50%数据在网络边缘侧分析、处理与存储,因此其能耗问题也是不容忽视。在边缘数据中心基础设施层面应因地制宜的考虑多种节能低碳技术,如液冷技术、利用自然冷源技术、近端制冷技术、优先利用绿色能源方案、高效电源技术(含高效240V/336V直流供电技
　　
　　术和高效模块化UPS技术)、巴拿马电源技术、一路市电+一路保障电源技术、通过智慧化管提升边缘数据中心整体运行能效技术等,从而全面推进边缘数据中心绿色可持续发展。
　　
　　4 边缘数据中心国内国际标准化工作
　　
　　关于边缘数据中心基础设施层面目前国内国际同步开展相关标准化工作。在中国通信标准化协会(CCSA)已立项研究《互联网边缘数据中心供配电技术要求和测试方法》和《互联网边缘数据中心制冷技术要求和测试方法》团体标准,处于征求意见阶段。北京市正在制定《数据中心节能设计规范》地方标准,该标准主要考虑云边协同的数据中心节能设计问题。在国际方面,2020年10月中国信息通信研究院泰尔系统实验室在国际电信联盟标准化局(ITU-T)第五研究组(SG5)牵头立项了L.Spec_Edge DC《Specification of Edge Data Centre infrastructure(边缘数据中心基础设施规范)》和L.Energy_sav_Cloud&Edge《Energy saving design for DataCentre considering harmonization of Cloud and Edge(考虑云边协同的数据中心节能设计)》两项标准，力争在国内制定相关标准的同时推向国际，争得国际标准话语权。
　　
　　5 总结
　　
　　本文结合邬贺铨院士提出边缘计算“新十问”针对边缘数据中心的基础设施“十问”进行分析,并基于目前的技术水平提出了具体可能的技术方案。此外简单介绍了国内国际相关标准化工作,为今后的边缘数据中心规模化部署以及大面积推广应用在基础设施层面给出指引和方向。
　　
　　作者简介
　　
　　齐曙光,中国信息通信研究院泰尔系统实验室副总工程师,教授级高级工程师;国际电信联盟第五研究组执行主席/亚太区域主席,国际电工委员会SC22H和LVDCSyC中国专家家,CCSATC4WG1组长。本刊编委。
　　
　　刘学红,中国信息通信研究院泰尔系统实验室能源部,助理工程师。
　　
　　编辑：Harris