5G是蜂窩互連的下一個前沿領(lǐng)域，但新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(jī)以外的諸多新的互連應(yīng)用，從筆記本電腦到手持式物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備，乃至汽車和大規(guī)模工業(yè)實(shí)現(xiàn)。

據(jù)業(yè)界預(yù)測，隨著4G設(shè)備向5G的遷移，21世紀(jì)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(chǔ)架構(gòu)上進(jìn)行大量投入。5G架構(gòu)與之前的實(shí)現(xiàn)方式將存在實(shí)質(zhì)性的改變。推動這些變化的是從第四代演進(jìn)而來的一些5G關(guān)鍵特征。

我們將回顧這些關(guān)鍵特性，然后看看它們將如何影響典型5G系統(tǒng)的數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)，并探索各種層級的數(shù)據(jù)平臺的實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)，從而確定典型的實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)。我們還將詳細(xì)了解一個中型數(shù)據(jù)平臺示例，以確定關(guān)鍵的設(shè)計選擇和折衷方案。

5G特性驅(qū)動實(shí)施架構(gòu)

低頻段5G基站信號塔的工作頻率范圍與4G手機(jī)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(qū)已經(jīng)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(kuò)大了數(shù)英里。在大城市和其他人口稠密地區(qū)，中頻段5G塔已經(jīng)十分普遍，并且可能很快成為全球標(biāo)準(zhǔn)。

高頻段5G當(dāng)前工作在25GHz-39GHz范圍內(nèi)，其下載速度與有線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)相當(dāng)，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(shù)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(shè)施，例如音樂會場館和運(yùn)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(qū)域（圖源：Alida Latham/Danita Delimont - stock.adobe.com）

5G數(shù)據(jù)平臺金字塔

在確定特定實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)平臺將數(shù)據(jù)處理、存儲和通信置于架構(gòu)層次結(jié)構(gòu)的各個級別上，以優(yōu)化成本、功耗、網(wǎng)絡(luò)性能、工作距離和用戶特點(diǎn)。最靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的是很小的微微平臺，可覆蓋建筑物或設(shè)施內(nèi)數(shù)十米的范圍。常見實(shí)例包括樓宇自動化、安保、工廠車間模塊監(jiān)視和控制。邊緣設(shè)備上一級是聚合平臺，它將所有邊緣設(shè)備聚合在一起，并在大約100米的距離上整合和優(yōu)化數(shù)據(jù)流量。這些設(shè)備通常處于大樓或小型園區(qū)級別，可以對通信進(jìn)行分析、濾波、合并和確定優(yōu)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(shù)據(jù)中心（核心）之下，以提供更快的響應(yīng)速度。這些響應(yīng)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(shí)時控制。這些平臺提供的數(shù)據(jù)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(yù)測性維護(hù)、物料跟蹤和路由、系統(tǒng)管理以及數(shù)據(jù)流量負(fù)載平衡等操作所節(jié)省的成本可以傳遞給用戶（可用于抵扣訂閱費(fèi)或一定比例的優(yōu)惠）。

大數(shù)據(jù)運(yùn)算在核心數(shù)據(jù)中心平臺上運(yùn)行。這些海量數(shù)據(jù)處理和存儲設(shè)施擁有多年運(yùn)行的歷史和復(fù)雜機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可提供優(yōu)化濾波器和流程來對中間平臺進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，并為客戶帶來增值服務(wù)。

評估不同類型的數(shù)據(jù)中心平臺

5G層次結(jié)構(gòu)的每個級別對設(shè)計人員提出了不同的要求和權(quán)衡：

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小型平臺

小型平臺是系統(tǒng)中成本、占用空間和功耗最受限制的元素。它們應(yīng)具有易于安裝和中等壽命等特性，因?yàn)槊總€聚合平臺都需要數(shù)個這樣的平臺。在這一層級，可以利用MCU來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兲峁┝怂璧牡统杀尽⒌凸暮洼^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(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）可以提供最大的靈活性和處理能力，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)新協(xié)議、新AI算法或?yàn)榭蛻魩硇略鲋档男枰獙Φ讓佑布M(jìn)行重新編程。FPGA還可以輕松擴(kuò)展，從而允許提供商創(chuàng)建不同產(chǎn)品層級，例如分別處于不同的價格和價值點(diǎn)，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(nèi)存保護(hù)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(yīng)性）的組合將是最佳的實(shí)現(xiàn)方法。甚至可以根據(jù)需要對FPGA進(jìn)行實(shí)時重新編程，以響應(yīng)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(guān)鍵指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)的線索來預(yù)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(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵功能。通過將FPGA與單片機(jī)配合使用，設(shè)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(diǎn)。這種信任根源使用強(qiáng)大并受到保護(hù)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(tǒng)。MCU還可以處理標(biāo)準(zhǔn)操作，例如通信、數(shù)據(jù)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(shù)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(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合使用，以根據(jù)需要預(yù)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(chuàng)建和下載新算法，以進(jìn)一步優(yōu)化性能并為平臺提供商創(chuàng)建新的收入流，并為客戶節(jié)省成本。

結(jié)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(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行（或者有正確類型的基礎(chǔ)設(shè)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(shè)備數(shù)量的持續(xù)增長，這些設(shè)備對中小型分布式數(shù)據(jù)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(biāo)志。這將是一個萬物互連的世界，從空調(diào)和冰箱到飛機(jī)、列車和汽車，都和手機(jī)一樣連接到相同的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

原文標(biāo)題：5G倒逼數(shù)據(jù)中心平臺與時俱進(jìn)

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