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应对边缘计算基础设施的挑战版本0第277号白皮书作者：PatrickDonovan和WendyTorell为本白皮书评分摘要边缘计算（分布式IT）设施已经变得越来越重要。然而，在网络边缘部署并运行IT系统也面临着独特的挑战。想要解决这些问题，就需要对选择、配置、组装、运行和维护这些系统中的传统方法做出彻底的改变。本白皮书描述了一种全新的、新兴的模型，其中涉及了由合作伙伴、供应商和最终用户组成的相互协同的生态系统。此生态系统及其所创造的集成式微型数据中心解决方案有助于应对边缘应用方面的独特挑战。施耐德电气–数据中心科研中心第277号白皮书版本02应对边缘计算基础设施的挑战在万事万物都“数字化”的时代，我们会不断看到物联网、机器学习、人工智能、机器人、虚拟/增强现实以及数据/视频分析等技术的应用。企业需要利用这些技术保持竞争优势，并保持自身与行业的紧密联系。但是，这些技术对响应时间、带宽、自主性以及法规/安全性具有严格要求，传统的集中式数据中心架构无法满足这些要求。因此，端对端混合架构应运而生，它由（1）本地边缘数据中心、（2）区域边缘数据中心和（3）集中式/云端数据中心组成。这种混合架构，包括本地边缘设施，必须具有较高的弹性，正如第256号白皮书《为何云计算需要我们反思边缘计算的弹性》中所讨论的那样。图1为这种架构的简单示意图。如那篇白皮书中所述，尽管传统上小型本地边缘计算中心受到的重视和电气冗余远不如集中式数据中心，但它们的可用性对于确保业务的正常运转的重要性正日益增加。作为数字化转型的一部分，需要在内部部署新的IT设施，用以实现依靠网络连接到云端的关键业务流程和体验。当这个连接点中断时，员工的生产力会受到限制，该场所的运营会停滞（即无法提供产品或客户体验）。本地边缘站点可能包括生产车间、配送仓库、银行分行、零售商店、医疗机构等。上述很多的技术案例部署在不同行业的垂直领域，比如视频分析技术。仅在零售环境中，它就存在许多应用案例——从观察客户的面部表情到确定排队高峰时段，乃至省去传统的“结账”流程。在汽车制造厂等生产设施中，视频分析技术用于提高个人安全、检测生产缺陷并简化运营；在金融领域，它被用于人数统计和账户识别；在医疗机构中，它被用于监控患者，并分析患者何时需要帮助。随着此类技术成为日常业务和/或客户体验中不可或缺的一部分，承载相关分布式IT设备的边缘计算站点必须稳固耐用。IT不再被视作成本中心，而是与业务战略和利润紧密相连，这就使其弹性部署变得更加重要。与区域边缘或集中式数据中心相比，本地边缘环境有两种独特的特性，这使得实现必要的弹性部署能力变得颇具挑战性：（1）缺少现场IT和/或设施人员，（2）站点数量较大且地理位置分散。在本白皮书中，我们将重点讨论边缘环境中常见的问题，以及如何实现对一个稳定的基础设施进行设计、组装、部署和管理所需的必要条件，从而确保业务关键型应用持续可用，并且边缘站点的人员能够专注于他们的主要任务。具体而言，我们认为，解决之道就是在整个生命周期内构建一个由合作伙伴和工具组成的完整生态系统，以及一个源于该生态系统的完全集成式微型数据中心解决方案。简介图1混合数据中心架构集中式超大规模计算和存储，位于偏远地区区域边缘计算大规模计算和存储，位于市中心或市区本地边缘计算位于数据产生和使用地点的计算和存储施耐德电气–数据中心科研中心第277号白皮书版本03应对边缘计算基础设施的挑战•合作伙伴生态系统——设想一下，如果一个组织拥有数十甚至数千个本地边缘站点（有时同一个设施中可能存在多个站点），如何以标准化方式部署IT和支持基础设施、监控设备，并对所有这些站点的设备进行维护？供应商、集成商、服务提供商和最终用户在边缘数据中心的整个生命周期紧密协作，确保部署正确的设备、拥有正确的管理工具，以及制定正确的运维方案。•集成式微型数据中心——这是从合作伙伴生态系统中产生的完整系统。它包括IT硬件/软件（例如融合的基础设施）、物理基础设施硬件，以及用于监控/管理边缘环境的软件工具。一款高效的解决方案应该易于部署、易于管理，能够确保IT免受物理威胁，并且在整个生命周期内面对电力干扰和断电均具有迅速恢复的能力。对于大多数拥有边缘数据中心的公司而言，如果不具备这种集成的方法，这些站点的设计、实施和管理将会变得成本高昂、效率低下、不切实际且不可靠。全球IT解决方案供应商“WorldWideTechnology”1表示，具备将技术平台和设备发运至现场之前进行预配置的能力，可以实现：•现场工程成本降低25%至40%•订货流程速度提高20%•维护成本降低7%为特定地点选择、配置、部署和维护IT基础设施时，相关挑战始终存在。然而，负责边缘计算站点的人员往往面临着额外的挑战——他们必须兼顾多个站点，然而现场人手往往不足甚至完全没有。借助正确的生态系统可以应对或消除下述挑战。基础设施部件的选择和配置可能会十分复杂。如果一个失误没有得到及时发现，可能会波及数百个站点。所选择的基础设施部件不仅要能满足预期用途，还必须相互兼容，并且符合各个本地站点的实际情况。这种复杂性使我们经常在边缘计算中看到这样一些失误：•UPS的选型对于预期的IT负载来说过小或过大•未考虑UPS冗余或UPS旁路（允许在不停机的情况下更换UPS）•机架式PDU/UPS上的输出插口数量不足（或类型错误）•没有留出足够的机架U空间或备用空间用于扩展•忘记订购机架安装和布线所需的配件工具•未考虑安装设备过程中所需的空间部署所有部件至每一个站点可能会带来组织管理和劳动力上的重大挑战。我们遇见的一些常见问题有：•寻找用于安装固定机柜螺栓的墙面空间•现场无法容纳大量的拆封工作•安装所需的独立部件未及时到货•在现场组装过程中丢失小部件1，访问日期：2019年2月28日边缘站点的挑战施耐德电气–数据中心科研中心第277号白皮书版本04应对边缘计算基础设施的挑战•难以获取所需数量的IP地址•现场电气设施不足以支持安装的IT设备多个微型数据中心的远程运行维护也面临一些独特的挑战。常见的顾虑包括：•在现场没有IT或设施工作人员的情况下进行故障排查•如何充分理解大量报警和状态改变的通知•无法在故障实际发生之前发现问题•在出现问题时不得不与多个供应商打交道•如何进行系统升级和安全补丁程序更新•如何实时查看当前正在进行本地和远程访问的人员•如何跨多个地点执行标准化维护服务从根本上来说，站点过多但人员不足是一个特有的挑战，加之越发提高的关键性，这使得传统的边缘IT部署和运行变得不堪一击。一个用以解决这些问题和挑战的改善型模式应运而生。此模式基于对标准化、集成、合作伙伴关系和云管理工具的利用。集成式微型数据中心解决方案由此应运而生，它包括预配置的IT、机柜、电源、制冷、安全（物理和网络）以及管理。高效的微型数据中心由相互协同的生态系统合作伙伴共同来实现，这些合作伙伴集结力量，来应对边缘站点生命周期各阶段可能面临的挑战。以下各章节将会对这样的生态系统以及由其创造出的微型数据中心解决方案进行详细介绍。为了应对上述诸多挑战、降低复杂性，由合作伙伴组成的相互协同的生态系统必不可少。这种由人员和工具组成的合作网络是一种前所未有的新兴模式。最终用户需要寻求并与供应商、集成商和服务提供商合作，这些供应商、集成商和服务提供商遵循本白皮书所阐述的原则，并具备相应能力。此生态系统应以最终用户及其边缘业务的技术需求为中心（图2）。生态系统中的每一个环节会负责特定的一部分功能，它们最终不仅共同组成完整的相互协同的微型数据中心系统，还能够实现更快速、更简单的部署，以及提供支持的维护过程。这对于“无人值守”操作尤为重要（即无需现场人员提供支持）。需要注意的是，尽管图中描绘了五个不同的实体，但现实情况并非总是如此。有的时候一个合作伙伴会兼任多个角色，或者两个合作伙伴会分担同一角色，又或者最终用户会一个相互协同的合作伙伴生态系统图2相互协同的合作伙伴生态系统物理基础设施供应商系统集成商最终用户IT设备制造商托管服务供应商施耐德电气–数据中心科研中心第277号白皮书版本05应对边缘计算基础设施的挑战利用内部IT和服务团队填充一些合作伙伴角色。但本白皮书中所述的功能和整体合作仍然存在。如果没有合作伙伴的生态系统，以标准化、可预测、高效、可靠的方式跨站点交付和管理微型数据中心会变得非常困难。它们共同应对配置、集成、交付和运行/维护的挑战。最终用户：沟通业务的需求与挑战作为最终用户，您的目标是满足业务需求——改善客户体验、增加收入、加快生产流程、减少分发配送中心的人员数量、提高患者的安全等。您可能有一些具体的计划来部署技术以实现这些目标，您也可能需要依靠咨询顾问来找到能够为您提供帮助的技术和应用程序。例如，您可能希望在零售店部署视频分析以减少排队情况，但如果没有内部资源或专业技术，您就需要一个合作伙伴来帮助您选择用以实现此目标的硬件和软件。当今的许多技术都是相互集成的，这会增加复杂性。例如，视频分析或许能够整合到现有视频监控系统之中。在选择和集成这些技术时，了解这些技术相互之间的匹配必不可少，而正确的合作伙伴网络能够确保实现这一点。此外，最终用户还必须分享有关每个站点的空间使用情况、进出通道状况、环境条件、电源和制冷资源（如风管）的可用性，以及任何其他约束条件。IT供应商：通过参考设计、工具、API和认证计划促进互操作性IT供应商提供执行业务应用所需的服务器、存储、网络设备和软件。融合或超融合基础设施（HCI-HyperconvergedInfrastructure）是一种集成的IT方法，它将服务器、存储、网络交换机和防火墙置于同一个硬件设备中。这可以简化配置和测试，因为过去需要借助多个人的专业技术来完成的工作，现在只需一个人即可完成。无论是不是HCI，IT供应商都利用其核心能力来配置能够配合其它供应商使用的IT硬件和软件。IT供应商应当：•提供广泛的产品服务以满足各种需求•基于特定边缘使用案例或应用开发IT参考设计•提供简单易用的选型工具，以帮助定制能够满足特定需求的解决方案•开发融合的基础设施解决方案，从而减轻集成商设置、安装和配置的负担•促进与其硬件上、下游的供应商硬件和软件之间的可互操作性•利用公共API开发管理工具，使所有合作伙伴都能够对数据进行访问物理基础设施供应商：通过选型工具、参考设计、弹性基础设施和管理工具简化部署和运行物理基础设施供应商提供设备，用以确保IT设备保持安全运行。其中包括用于IT设备的物理柜体（机柜）、用于为IT设备提供备用电池的不间断电源（UPS）、用于为IT设备提供所需插座的机柜配电单元（机柜PDU）、制冷、环境监控（如温度、湿度和漏水传感器）、物理安全摄像头和门禁控制以及管理软件。物理基础设施供应商应：•根据IT设备需求创建基于规则的选型工具（见图3）•开发微型数据中心参考设计•了解停机的重大影响和风险•提供具备相应水平环境、物理安全和管理要求的产品•利用公共API开发管理工具，使所有合作伙伴都能够对数据进行访问•支持异地集成和测试，从而能够在不引起损坏或保修风险的情况下完成对已集成产品的运输施耐德电气–数据中心科研中心第277号白皮书版本06应对边缘计算基础设施的挑战•促进与其硬件上、下游的供应商硬件和软件之间的可互操作性系统集成商：通过IT硬件、软件和物理基础设施的完全集成实现增值系统集成商对一系列必要的解决方案进行整合，用以实现业务目标。它们在生态系统中起着关键作用，因为它们是所有相关各方的协调人。系统集成商应：•将业务需求转化为对IT的需求•拥有其所从事行业和技术方面的专业知识•帮助确定支持业务应用所需的最佳IT设备•对IT硬件和软件集成有着广泛的了解•应与IT和物理基础设施供应商建立联盟关系•能够根据功率容量、尺寸、重量、插头类型、关键等级等确定IT的物理基础设施需求。目前有许多能够带来商机的技术解决方案，用以应