关于5G和超大规模用户关系，它们绝对是天作之合！

5G的海量机器类通信（mMTC）功能组合能够让私人和公共网络，最高能够支持到每立方公里一百万套设备。这只是IoT（物联网）和其他连接设备如何和为什么能够在2025年时，每年产生73 ZB的一个例子，IDC预测道。

所有这些数据都必须送到某个地方进行分析和处理，这正是超大规模用户可以发挥的地方。“超大规模用户”既反映了其所负责的设施规模－根据IDC的定义，在10,000平方英尺或更大的建筑物中至少有5,000台服务器，也反映了它们为满足需求而快速扩大规模的能力。后者包括通过硬件和服务面积的增加来达成水平扩张，亦或是通过使用现有硬件来提高带宽和效率的垂直扩张。

物联网几乎正在改变和颠覆电子工程的各个方面，一个现有的趋势是，5G藉由其千兆速度、超低延迟、mMTC的连接性、使用波束成形的超密集化以及其他更先进的功能，将获得涡轮增压般的成长。6G将提供更强大的功能，包括太赫兹频段（THz）、空间物联网和生物纳米物联网，所有这些都由世界上最先进的人工智能（AI）引擎来控制。然而，如果没有超大规模运算，所有这些转变将永远无法充分发挥潜力。

就像5G的mMTC、增强型移动宽带（eMBB）和超可靠低延迟通信（URLLC）功能的集合一样，超大规模用户拥有自己的下一代技术，可以跟上IoT前所未有的流量负载。例如，800G范围的光收发器，能够在数据中心与智能边缘计算中心之间提供两倍或四倍的数据中心互连（DCI）容量。分布式边缘计算是关键，因为它通过使用户平面的应用和网络功能性，更接近物联网设备，以减少系统延迟。它也是实施先进的AI分析和自动化（更靠近活动平面）的理想场所。

利用5G和超大规模用户启用新的应用和用例

将5G网络其他网络与超大规模用户相结合，可以实现各种下一代应用，这些应用在旧的技术环境中是不可行或不可能的。一部分例子包括如下列举的高级驾驶辅助系统（ADAS）、工业4.0、无人数据中心和元宇宙应用。

ADAS ：ADAS藉由与其他来源交换数据，得以超越例如自动煞车、盲区侦测、防撞系统等现有系统。例如，车辆对网络、车辆对基础建设的通信，透过警告驾驶人，路上的碎片和远在其视力可即范围内的黑冰，改善了安全性和交通。这个先进的告警系统对于联网车是特别有价值的，包括自动驾驶的拖车，因为大型车辆需要更多的时间来煞车或变换车道。在这些场景当中，每一秒都很重要，5G的URLLC功能透过将延迟降低到一毫秒，来解决这个问题。超大规模用户的基础建设能够利用人工智能，分析来自车辆的传感器，然后对附近所有的驾驶员－无论是人类驾驶或自动驾驶－发出事件告警。

工业4.0：工业4.0利用mMTC等5G功能，来支持围绕着一个工厂所需的数以万计的物联网节点，包括工业机器人、自动物料处理器，以及侦测过度震动、热能和其他可促成预防性维修的传感器。5G的eMBB和URLLC功能分别有助于提供高带宽和低延迟，以便快速地让这些大量的数据传输到私有边缘云端，进行分析和相关操作。这些高水准的智慧和自动化也让“熄灯”工厂成为可能，其中只需要少许的人工或完全不需要人工投入。

图1：无人资料中心。 （本文图片来源：Viavi Solution）

无人数据中心：与熄灯工厂类似，下一代的数据中心——尤其是在边缘部分——将绝大多数是无人的。这个新模式利用它自己独特且专用网络切片，帮助加速数据中心物联网垂直领域的发展。这些数据中心将利用相同的即时5G IoT感测和遥控自动化，来重新定义制造工序、港口和城市。机器人或无人机能够在中心内，有效地执行重要的测量工作，当URLLC能够用来等候自动化连接，以进行服务配置。就像船运集装箱中的智慧型码头传感器，策略性地配置温度和湿度传感器，就能够回传重要的环境数据，以实现自动化并加快硬件和HVAC的调整。

元宇宙应用：根据Emergen Research指出，在2020年，全球的元宇宙市场规模高达476.9亿美元。且寄望在2028年能够达到8289.5亿美元，并预计从2021年到2028年的营收CAGR（年均复合成长率）达到43.3%。对微型网际网络和AR/VR应用而言，这将是充满抱负的新时代，它们将高度依赖超低延迟、超高密度，每个装置需要数十GB的带宽，以及快速的边缘运算与存储。这将是边缘超大规模用户的新境界。

伴随新科技而来的新挑战

要实现所有这些好处，仍有许多工作要做。例如，当5G出现时，电信、ICP和大数据存储应用的需求，呈现指数型的增加，超大规模运算的资源限制凸显了可扩充性方面的挑战。

每个数据中心在配置或扩充时，需要等比例地增加光纤数目，这也带来额外的光纤损坏、污染和蓄意破坏等风险，这些都能够导致服务中断、严格的SLA违规处罚和昂贵的维修费用。事实上，光纤建设方高达20%的时间花费在排除故障上，而DCI问题，因为高平均维修时间（MTTR）和回复成本而声名狼藉。

图2：网络云端化的过程示意图。

一些更艰巨的超大规模用户的挑战将透过分布的、分散的和云端化的5G网络的复杂性所提出。根据三倍约束理论所假设，只要规模和复杂性持续按照他们现有的轨迹发展的话，数据中心的成本将持续增加。例如，虚拟的RANs，大量的MIMO和天线波束成形，这些都将对企业和其他终端用户带来许多好处。但是这些技术也让射频和网络性能测试变得更复杂，带来了新的光谱分析、解调和SLA一致性方面的挑战。

为了克服这些挑战，并确保5G－超大规模用户间的融合可以充分发挥潜力，针对每个独特的垂直方向，端对端的网络划分必须实现无缝连接。这种巨大的挑战将抵制任何“转椅式”或孤立的网络管理方法。过时的数据中心和网络测试与确保执行的模式，和全自动与可城市化的网络划分与边缘运算的目标不同，关键的5G IoT利用案例，让个别的SLA的一致性和可靠度，没有任何可出差错的空间。

最重要的是，5G和超大规模用户的融合为企业、城市、消费者和其他人带来了许多承诺。但是要实现这些承诺，将还会有许多工程工作要进行。

——本文作者是Viavi Solutions的首席技术官。

(参考原文：Hyperscalers and 5G: Collision or Collusion? ）

本文为《电子工程专辑》2022年5月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订