通信世界网消息（CWW）ITU定义了5G网络中三大应用场景，即移动宽带增强（eMBB）、大规模物联网（mMTC）和低时延高可靠（ URLLC）。考虑到这三大业务场景的大带宽、低时延和本地化等的业务特性，5G网络中70-80%的业务需求将发生在边缘，传统“云-端”业务服务、管理和部署模式无法满足5G网络发展需求，边缘云建设也成为了5G时代电信运营商关注的重点。
运营商边缘云业务需求
边缘云作为运营商核心云的延伸，将部分云服务和能力（包括但不限于存储、计算、网络、AI、大数据、安全等）扩展到更贴近用户侧的边缘DC上。相对于核心云，边缘云服务的解决方案更注重局部，数据不需要传到云端，而是可以直接在边缘侧就能完成处理，更加满足实时的数据分析和智能化处理的要求，更加高效和安全。因此，边缘云能够解决集中部署的核心云带来的时延过长、带宽占用、海量连接维护等问题。
针对边缘云的网络架构，边缘计算产业联盟发布的《边缘计算白皮书》提出了边缘计算参考架构3.0，如图1所示。从纵向结构来看，最上侧的是模型驱动的统一服务框架，它能够实现服务的快速开发和部署。下侧按照边缘计算通用架构分为现场设备、边缘和云三层，边缘层又划分为边缘节点和边缘管理器两个层次。边缘节点层中的设备资源被抽象为计算、网络和存储3种资源，使用应用程序编程接口（application programming interface，API）实现通用的能力调用。边缘管理器层则使用模型化的描述语言帮助不同角色使用统一的语言定义业务，实现智能服务与下层结构交互的标准化。
图1 边缘计算参考框架3.0架构
当前边缘云主要面向的是具有高实时性、大数据量、高处理性能、和本地化需求的用户及其业务场景。欧洲电信标准化协会（ETSI）定义了7类典型的边缘云的业务应用场景，涵盖了当前最主流的边缘计算产品内涵和垂直行业应用场景，包含有视频优化加速、监控视频流分析、增强现实AR、车联网、企业专网、IoT/工业互联、辅助敏感计算等。图2是针对当前边缘云的业务场景需求及其受关注程度的分析。该分析表明，边缘云在工业互联网、AR、视频、车联网等这些业务场景中具有重大的影响和广阔的发展前景。
图2 边缘云业务场景及其受关注程度分析
数据来源于《国金证券边缘计算分析报告》
边缘云的部署应该以业务需求为导向，受时延、带宽、数据安全及边缘基础设施（机房条件）等因素的影响，是满足业务指标，兼顾投资效益和运维需求的均衡考虑。在5G建设初期，边缘云可以先集中部署在部分地市核心DC，重点满足该区域范围的业务开展覆盖要求，主要以小规模边缘云部署为主；而面对面向企业集中的开发区/科技园区等，可以在综合业务接入局所部署小型化的UPF/MEC设备，甚至在企业客户单独部署，采用专用定制化设备。
运营商边缘云部署面临的挑战
边缘云部署既要满足新型边缘计算业务的高计算、高转发要求，又要满足不同MEC 应用（特别是合作第三方的产品解决方案）部署的软硬件环境要求，同时还要有效适应本地网不同层级机房物理条件（建筑/配电/制冷）的差异。
边缘云部署应考虑边缘业务和体验要求、部署成本和机房条件。运营商边缘云部署普遍采用多级方式，不同层级对应边缘数据中心机房在温度、承重、供电等诸多方面均存在较大差异。如图3所示，依据边缘云在运营商网络中部署的位置，边缘机房主要包括地市核心机房、重要汇聚机房、普通汇聚机房和接入机房。在部署边缘云时，部署的规模应该根据具体的业务场景进行差异化部署。此外，在边缘云内部，其组网方式因机房资源、服务器规模等因素的不同而具有较大的差异。
图3 以数据中心为主的融合网络架构模型
针对地市级别的边缘云和重要汇聚机房，其机房条件相对较好，资源池规模比较大，内部结构相对统一。边缘云的部署考虑以通用服务器和虚拟机资源池为主，网元采用SR-IOV或智能网卡实现高速网络转发。在组网方面采用两层Spine-Leaf交换架构，并按照业务类型划分多个逻辑区域，不同区域之间通过防火墙实现安全隔离，DC外部互联、地市核心DC和城市边缘DC主要通过城域网承载互联，并结合实际业务需求考虑在DC内和DC间引入SDN架构。
机房单机柜可以按照3-5KW来考虑空调散热设计，并优选使用高功率密度电源设备以节省占地面积。在组网层面，应尽量保证要求云资源池支持管理、业务和存储三平面硬件隔离，确保任意一个网络平面的故障不会波及到另外两个网络平面, 部署时要求每个平面的网络之间硬件隔离，每个平面的端口间硬件隔离，有利于各平面之间故障隔离、链路备份、避免流量冲突等。
针对机房条件受限和改造相对困难的普通传输机房和站点机房，机房空间和供电的扩展性较差，机房相对规模较小，存在如虚拟机、容器、裸机等大量的资源池异构。在这种场景下部署边缘云时，可以考虑定制化的高密度组件硬件服务器，例如多核中央处理器（大于等于16核）、大容量内存以及大容量固态存储器（如SSD、Flash）。同时，边缘云服务器应该具备低功耗（小于500W），可以支持更大的温度范围，支持无风扇散热能力，并能够降低散热要求。在组网方面应该进行相应的简化，其管理、业务和存储平面流量应该采用虚拟隔离的方式实现，而存储方案应该以本地存储为主。
考虑到边缘云节点服务器规模较小，为满足运营商网络三平面隔离的需求，每台服务器3张网卡，每个网卡2个端口，划分为：2个管理接口、2个业务接口、2个存储接口，另外有1个IPMI接口，所以每个服务器共7个接口（ 6个光口+1个电口），部署时需要7台独立的接入交换机，导致在小于40台服务器规模的边缘云机房，接入交换机的端口利用率较低。参见图4。
图4 核心云和边缘云网络平面划分
综合考虑边缘云机房环境及供电条件，大致分两类部署方式：对于供电充裕的机房，单机柜供电大于5KW，单台服务器和TOR交换机的功耗大概是300W，每机柜最大可部署14台服务器和2台TOR交换机；对于供电不足的机房，单机柜平均供电3KW，每个机柜只能部署10台设备，即8台服务器加2台TOR交换机或9台服务器加1台TOR交换机，同样为最大利用TOR交换机下行接口利用率，以每5个机柜为一个部署单元，共部署40~43台服务器，7台TOR交换机分布在5个机柜中
边缘模块化交换机技术方案
针对边缘云部署中跨机柜连线多，TOR交换机数量多、端口利用率低等问题，国内三大运营商联合提出了模块化交换机解决方案。下面从模块化交换机的机框设计、交换模块设计、管理模块设计等方面展开描述。
图5 交换模块的部署方式（4个模块）
在机框设计方面，为适应边缘机房空间小、机架空间限制、供电不足等现状，模块化交换机机框宽度为标准19英寸，高度为1U，深度小于600mm；每台模块化交换机内置交换模块、管理模块、电源模块、风扇模块。
在交换模块设计方面，模块化交换机设计的目标是使服务器部署单元从多个机柜演变为单个机柜，消除或者减少跨机柜连线，简化网络部署，方便网络运维，为此模块化交换机中每个交换模块的端口规格是按照单机柜中服务器部署的数量决定的。
一是供电充裕的机房，单机柜供电大于5KW。以每个机柜部署14台服务器为例，如果部署7台交换机，每台交换机至少需要14个下行端口，所以模块化交换机里的交换模块至少需要14个下行口，考虑到接口备份，单个交换模块需要16个下行口，在10G场景下，按照1:2的收敛比，16个10G下行口需要2个40G上行口，所以每个交换模块的端口规格为：16x10G+2x40G。
二是供电不足的机房，单机柜平均供电3KW。以每个机柜部署8台服务器为例，如果部署7台交换机，每台交换机至少需要8个下行端口，所以模块化交换机的交换模块需要8个下行口，考虑到接口备份，单个交换模块需要10个下行口，在10G场景下，按照收敛比以及上行链路备份，需要2个40G上行口，所以每个交换模块的端口规格为：10x10G+2x40G。
在管理模块设计方面，为方便管理，每台模块化交换机仅需配置一个管理IP地址，远程管理系统可通过Telnet或SSH协议连接到交换机管理模块，也支持通过串口连接。管理模块通过管理IP+槽位号管理所有转发模块，通过串口+槽位号可分别调试每个转发模块。
管理模块除提供远程管理外，还负责设备工作状态实时监控和故障告警，包括电源控制、风扇转速自动调整等硬件运行状态以及各转发模块软件运行状态、业务端口状态检测、链路流量检测等。
其他设计包括工作环境要求和可维护性要求：电信机房工作环境差别大，核心或汇聚机房条件稍好，接入站点机房环境比较差，不同机房环境对网络设备的温度、湿度、电磁兼容性等参数要求也不同，为适应不同电信机房的工作环境，建议模块化交换机支持更宽的温湿度范围（例如长期工作温度5℃~40℃、长期工作湿度5%~85%）、更严格的电磁兼容性要求（例如CLASS B）等；电信机房恶劣的工作环境导致网络设备硬件故障较多，同时一些接入机房无人值守或少量人值守，所以对于有故障的设备通常以换代修，模块化交换机各个模块软硬件隔离设计且支持热插拔，非常有利于这种运维模式。
边缘模块化交换机应用场景
随着边缘云的逐步落地部署，运营商对边缘数据中心的网络设备需求日益强烈。不同于传统的大型IT机房，边缘数据中心对交换机、路由器以及服务器的体积、性能有着特殊的要求。但是当前数据中心交换机组网仍然存在着一些问题，包括跨机柜之间连线复杂、数据运维工作量大、交换机端口利用率低等。为了解决上述问题，小型化、独立模块化的新型边缘模块化交换机开始被投入研究。。
边缘模块化交换机应用在边缘数据中心组网中，能够提高端口利用率、能够减少甚至消除跨机柜连线，进而简化边缘数据中心网络部署和实现网络升级与扩容；此外，采用边缘模块化交换机组建边缘数据中心还可以降低数据中心日常运维的工作量，减少边缘数据中心运维的人力、物力、财力成本投入。
运营商要实现5G网络转型必须要依托于边缘云技术，在网络边缘侧面向终端用户建设边缘云资源池，保证低时延、高带宽业务的业务要求，从而促进未来高清视频、VR/AR、工业互联网、车联网等业务发展。
边缘模块交换机作为实现边缘云组网及其部署的关键技术和设备，具有较高的端口利用率、能够减少甚至消除跨机柜连线，使得边缘云网络的部署更加简便，网络扩容和升级更易实现。此外，相对于传统的交换机，边缘模块化交换机还具有设备更换便捷、易维护的特点，能够大大简化数据中心网络的运维工作。
但是，考虑到网络业务发展的多样性，要实现边缘云的部署和满足边缘数据中心的需求，紧紧依托边缘云基础网络数据中心模块化交换机仍然是远远不够的。为了满足面向边缘数据中心的需求，边缘模块化交换机还应该具有融合性，即能够集成计算、存储、交换、转发等功能，实现边缘数据中心设备的小型化、集约化、模块化，使得不同模块之间可以独立相互通信，从而支持计算、存储、网络等多厂家板块的即插即用。
