5G是蜂窩互連的下一個前沿領域，但新一代網絡技術將帶來的不僅僅是下載更快和延遲更短。5G更高的帶寬和更全面的覆蓋范圍有望開辟出手機以外的諸多新的互連應用，從筆記本電腦到手持式物聯網（IoT）設備，乃至汽車和大規模工業實現。

據業界預測，隨著4G設備向5G的遷移，21世紀20年代中期5G用戶將超過10億。但是，過渡到5G將需要在新的蜂窩基礎架構上進行大量投入。5G架構與之前的實現方式將存在實質性的改變。推動這些變化的是從第四代演進而來的一些5G關鍵特征。

我們將回顧這些關鍵特性，然后看看它們將如何影響典型5G系統的數據平臺架構，并探索各種層級的數據平臺的實現選項，從而確定典型的實現選項。我們還將詳細了解一個中型數據平臺示例，以確定關鍵的設計選擇和折衷方案。

5G特性驅動實施架構

低頻段5G基站信號塔的工作頻率范圍與4G手機相似（從600MHz到850MHz），并提供類似的范圍和下載速度（30Mbit/s到250Mbit/s）。因此，世界許多地區已經淘汰了低頻段5G。中頻段5G塔使用約2.5GHz至3.7GHz之間的微波，將下載速度顯著提高到100Mbit/s-900Mbit/s的范圍，同時將覆蓋范圍擴大了數英里。在大城市和其他人口稠密地區，中頻段5G塔已經十分普遍，并且可能很快成為全球標準。

高頻段5G當前工作在25GHz-39GHz范圍內，其下載速度與有線互聯網服務相當，約為1Gbps。但是，高頻段5G確有其局限性。25GHz-39GHz的工作范圍屬毫米波（mmW）低頻段。毫米波的范圍比微波更有限，這意味著高頻段5G將需要更多較小的單元來覆蓋與中頻段5G相同的面積。墻壁或家用電器等物理障礙物也可能限制高頻段5G連接性。毫米波也不能很好地繞過立體物。高頻段5G的成本也比低頻技術高得多。因此，在不久的將來，高頻段5G可能會限于相對開闊的大型設施，例如音樂會場館和運動場。

由于5G高頻段的信號傳輸會受到墻壁/障礙物的阻擋，因此高頻段5G可能僅適用于體育場之類的區域（圖源：Alida Latham/Danita Delimont - stock.adobe.com）

5G數據平臺金字塔

在確定特定實現的5G層次級別時，必須考慮覆蓋范圍、所需下載速度和成本效率等因素。5G分布式數據平臺將數據處理、存儲和通信置于架構層次結構的各個級別上，以優化成本、功耗、網絡性能、工作距離和用戶特點。最靠近網絡邊緣的是很小的微微平臺，可覆蓋建筑物或設施內數十米的范圍。常見實例包括樓宇自動化、安保、工廠車間模塊監視和控制。邊緣設備上一級是聚合平臺，它將所有邊緣設備聚合在一起，并在大約100米的距離上整合和優化數據流量。這些設備通常處于大樓或小型園區級別，可以對通信進行分析、濾波、合并和確定優先級，有時還需要人工智能（AI）來幫忙。

中級平臺位于大型中央數據中心（核心）之下，以提供更快的響應速度。這些響應通常基于算法，由核心選擇和定期更新。這些平臺提供了更靠近邊緣的平臺所需的實時控制。這些平臺提供的數據分析和跟蹤可以為平臺提供商帶來價值和新的收入來源。預測性維護、物料跟蹤和路由、系統管理以及數據流量負載平衡等操作所節省的成本可以傳遞給用戶（可用于抵扣訂閱費或一定比例的優惠）。

大數據運算在核心數據中心平臺上運行。這些海量數據處理和存儲設施擁有多年運行的歷史和復雜機器學習算法，可提供優化濾波器和流程來對中間平臺進行編程，以實現快速響應，并為客戶帶來增值服務。

評估不同類型的數據中心平臺

5G層次結構的每個級別對設計人員提出了不同的要求和權衡：

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小型平臺

小型平臺是系統中成本、占用空間和功耗最受限制的元素。它們應具有易于安裝和中等壽命等特性，因為每個聚合平臺都需要數個這樣的平臺。在這一層級，可以利用MCU來實現，因為它們提供了所需的低成本、低功耗和較小占用空間，同時在靈活性和處理能力方面做出的犧牲很小。

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聚合平臺

聚合平臺對靈活性、處理能力、中間存儲和安全性的要求很高。采用現場可編程門陣列（FPGA）可以提供最大的靈活性和處理能力，因為可以根據新協議、新AI算法或為客戶帶來新增值的需要對底層硬件進行重新編程。FPGA還可以輕松擴展，從而允許提供商創建不同產品層級，例如分別處于不同的價格和價值點，具有不同靈活性和處理能力級別。

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中間平臺

中間平臺需要最高水平的原始處理能力、安全性和靈活性，可以在成本、功耗和占用空間上作出犧牲。在這個級別上，內存保護單元（用于常用操作的原始處理能力）和FPGA（用于靈活性和適應性）的組合將是最佳的實現方法。甚至可以根據需要對FPGA進行實時重新編程，以響應對視頻處理、加密、解密、搜索和濾波等重要功能的更多需求。AI算法甚至可以通過分析它們在占用率、流量模式、天氣等關鍵指標中發現的線索來預測此類需求。

聚合平臺如何工作

讓我們看下中端聚合平臺如何在設備內實現關鍵功能。通過將FPGA與單片機配合使用，設備可以從MCU開始操作，從而為啟動和安全更新提供一個已知的安全起點。這種信任根源使用強大并受到保護的加密、解密和安全密鑰存儲操作，以阻止黑客和病毒接管系統。MCU還可以處理標準操作，例如通信、數據包處理、視頻處理、壓縮和存儲效率。片上FPGA硬件可用于不太常見但需要大量處理能力的操作，以使MCU騰出時間來完成必須及時完成的常用操作。FPGA可用于數字濾波、圖像處理、圖像識別和類似的特殊操作，可與人工智能和機器學習算法結合使用，以根據需要預測和對硬件編程。隨著時間的推移，可以從中間和核心平臺中識別、創建和下載新算法，以進一步優化性能并為平臺提供商創建新的收入流，并為客戶節省成本。

結論

5G意味著云、核心和邊緣的融合。但重要的是，這些要素中的每一個都需要在正確類型的基礎設施上運行（或者有正確類型的基礎設施可供它們使用）。不管邊緣計算對于5G有多么重要，始終都需要一個核心。但是隨著5G連接的激增以及5G兼容設備數量的持續增長，這些設備對中小型分布式數據中心平臺的需求也將不斷增長。從核心一直到邊緣的計算將成為5G時代的標志。這將是一個萬物互連的世界，從空調和冰箱到飛機、列車和汽車，都和手機一樣連接到相同的蜂窩網絡。

原文標題：5G倒逼數據中心平臺與時俱進

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責任編輯：haq