如今,很多行业媒体都发布了一些关于“边缘计算”的文章。大多数文章似乎都假设在不远的将来将会构建和应用数以万计的边缘数据中心,这是一个必然的结论。大多数文章将边缘数据中心的发展归因于5G的引入和移动边缘计算等概念。而且,几乎所有的文章都提到减少网络延迟是边缘数据中心的主要驱动因素,需要减少延迟以支持从自动驾驶车辆到人工智能到机器人手术等一系列应用程序。

以下将研究各种假设,并提供一些关于延迟、5G的演变以及行业机构在当今市场中所看到的观察结果。边缘计算已经出现,但却发生在一个被忽视的领域——在二级市场的传统数据中心内。此外,微型边缘数据中心(例如在蜂窝基站基础的边缘)将为延迟提供微不足道的增量收益,实际上在大型地理区域部署基础设施时会带来重大的操作和技术障碍。

5G的影响

首先从5G开始,看看它将如何影响网络延迟以及在哪里部署基础设施的决策。毫无疑问,5G的广泛应用将对现代互联网的发展产生重要影响。一般来说,5G的两个最重要的好处是提高吞吐量和减少延迟。人们都会理解增加的吞吐量。VZN公司在芝加哥和明尼阿波利斯推出了限量版5G手机,其下载速度高达600Mbps。5G将提供更多的带宽,人们相信将会看到高清晰度视频编解码器和其他技术来消耗这些带宽。

改进延迟是5G的另一大优势。人们不太了解的是5G如何改善延迟。下面的图表(图1)说明了智能手机如何传输数据,并指出移动网络各个部分引入的延迟。人们应该注意,4G网络中的大部分延迟是由“空中接口”创建的,即智能手机/移动设备与安装在蜂窝塔台上的射频天线之间的通信。平均而言,4G网络上超过50%的延迟是由空中接口引起的。与空中接口造成的影响相比,传输和核心网络的延迟要小得多。

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图1

图2是相同的图表,但是对于5G来说,5G显著减少了空中接口的延迟,使往返时间从平均50至60毫秒(或更高)下降到10毫秒以下。其含义是显而易见的:即使不改变数据中心的位置,5G也会显著地提高应用程序的性能。即使来自遥远的“云计算数据中心”。每个人都将获得5G的增量延迟优势,因为空中接口的问题将在很大程度上得到解决,网络的数据将继续以光速移动。也就是说,当今(或未来)无法在4G网络的现有延迟下正常工作的应用程序在5G下可以正常工作。显然,很难预测哪些应用程序以及在什么情况下可以正常工作,但假设某些应用程序组在5G网络下可以正常工作,似乎有理由认为某些应用程序组在5G网络下的性能足够好,因此不需要改变数据中心拓扑来支持它们。

现在,5G确实包括多接入的边缘计算,也称为移动边缘计算,它能够将云计算功能集成到蜂窝网络中,并将用于物联网。对于一些应用程序来说,移动边缘计算将是有用的。很多企业正在用他们的裸机支持物联网的应用就是一个这样的用例。但是,5G的延迟优势将体现到每个移动互联网用户身上,无论他们使用的应用程序位于何处。

5G对未来应用的影响让人们想起早期互联网的发展和VoIP的发展。在网络泡沫时代,许多公司试图引入VoIP作为TDM语音的替代方案。而这在1995~2000年没有任何作用,因为互联网根本没有针对延迟进行优化。随着管道越来越大、对等网络和缓存的发展,推出开放式互联网上的VoIP成为可能。这是Vonage公司在2000年代早期利用并推出OTT语音应用程序的机会,几年前这种应用程序在商业上是不可能实现的。但相信同样的事情也会随着5G的推出而发生。

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图2

但是,需要深入研究边缘数据中心的延迟参数,并研究在给定的城域市场中更靠近最终用户部署计算和存储基础设施的增量优势。

在开始之前,从数据中心足迹的角度回顾一下当今大多数大型互联网应用程序的配置方式是很有帮助的。例如,一家广告技术公司希望在达拉斯构建一个电力容量为2MW的数据中心,而这是最具延迟敏感性的互联网用例之一。为了使广告技术公司的商业模式发挥作用,他们需要能够在某个网站属性上识别互联网用户的特征,确定用户潜在的购买习惯,对于广告购买者进行拍卖,并在100毫秒内将广告插入网页中。这家广告技术公司已经在各个市场进行了重要的网络测试,并确定能够实现100毫秒以下的响应,他们需要在美国的三个地区进行部署:阿什本、达拉斯和圣克拉拉。这种在美国东部、中部和西部配置是大多数网络规模应用程序的部署方式。这正是全球最大的批发数据中心市场建在阿什本、达拉斯和圣克拉拉的原因。

因此,对于当今大多数现有的互联网应用程序用例来说,这是有效的(大致相同的形式)。微型边缘数据中心的论点是应用程序将需要接近实时的延迟,因此美国东部、中部和西部配置将无法工作。相反,企业需要在数千个位置进行部署。如果在本地部署基础设施而不是仅仅在美国东部、中部和西部的配置中,那么需要检查延迟的改进。

图3显示了美国的地图以及从东部、中部、西部配置到明尼苏达州明尼阿波利斯的预期延迟。出于测试的目的,利用SLC、DFW和BLT中的实际位置。可以想象圣克拉拉和阿什本的延迟会增加5~10毫秒,因此选择了明尼阿波利斯,因为它在地理位置上距离大规模公司可能部署的最常见的批发数据中心位置(目前不包括芝加哥)最远,因此减少延迟的好处将是最明显的。此外,DataBank公司在明尼阿波利斯拥有两个数据中心,因此可以直接了解市场上可用的数据中心选项和IP网络动态。

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图3

正如人们所看到的,从美国东部、中部和西部地区开放的互联网上,光纤传输引入的明尼阿波利斯的延迟时间不到45毫秒。专用多协议标签交换(MPLS)/骨干网络上的实际延迟将低约5至10毫秒。回想一下,使用5G技术,即使没有引入微型边缘数据中心,IP数据包的延迟也会大大减少,因为空中接口会有显著的改进。这意味着,对于5G,大多数云计算数据中心距离最终用户将为25至50毫秒,这比4G技术有了显著的改进。

尽管如此,假设企业是应用程序的提供商,其应用程序需要非常低的延迟,并希望为明尼阿波利斯的用户提供服务。那么将会怎么做?可以有两个广泛的选择:在明尼阿波利斯的传统数据中心部署(例如,在DataBank公司的MSP1或MSP2数据中心部署);或者拆分工作负载并部署在明尼阿波利斯的大量小型微型数据中心。以下来查看与在单个传统数据中心中部署相比,在5个微型边缘数据中心部署的增量收益。

如果企业部署在传统数据中心(如MSP1或MSP2)中,图4将估算其在明尼阿波利斯市场内各个位置的预期延迟。如果网络被完美地优化,最终用户数据包可以直接在数据中心之间传输,而不是通过对等点或托管数据中心传输,延迟范围从0.16毫秒(10英里)到0.63毫秒。实际上,人们必须增加增量延迟才能到达运营商酒店或市场中的对等点,但这将同样影响所有用户和所有示例。这个ping测试表明,无论是MSP1还是MSP2数据中心,应用程序都能够在3至5毫秒或更短的时间内到达明尼阿波利斯大都市区的大多数目的地。

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图4

图5显示了如果企业选择部署在5个微型数据中心,MSP1和MPS2数据中心作为其中两个位置将会发生什么。在这种情况下,理论上的最终用户几乎总是在微型数据中心半径10英里范围内,并且能够实现约0.16毫秒的往返延迟(同样,假设网络是完全最优的,而事实并非如此)。但是,从一个数据中心位置到5个微型数据中心位置的增量改进只能将往返延迟提高不到1~2毫秒。与美国东部、中部、西部配置相比,绝大多数延迟优势仅通过选择在城域市场中部署1个节点来实现。在数十万个微数据中心中部署只会将延迟提高1毫秒或更短,并且在某些情况下会根据对等发生的位置引入延迟。

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图5

当企业考虑到在现场部署基础设施的复杂性、成本和运营支持需求,再加上在单个位置聚合基础设施带来的规模效益时,为城域市场提供服务的单一数据中心部署更为出色。其结论是,一旦应用程序部署在给定市场中的一个单一位置,与网络规模数据中心的美国东部、中部、西部配置相比,到达该市场中的实际延迟将显著减少,并且微型数据中心的增量效益也将消失。

人们确实看到云计算和内容提供商中的许多公司利用在二级市场的传统数据中心地理位置来扩展他们的功能。而在大型云计算服务商和内容提供商部署到10000个蜂窝塔台位置之前,他们首先将在希望提供服务的顶级城域市场的传统数据中心部署一个单一集群,并且能够以非常低的延迟到达这些地区。在大型市场中,例如洛杉矶都市图,供应商可以轻松地选择市场上已有的2~3个传统数据中心。

很明显,许多新技术的宣传和炒作通常比现实应用要早5到10年。微型边缘数据中心就是这种情况。虽然有可能在未来的某些时候出现新的应用程序,但只能希望部署在需要更加分散的数据中心地理位置,因此,更多资金将投入当今正在进行云计算和内容部署的第二层市场的“边缘”。

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