淺談算力網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)體系

我們?cè)敿?xì)看看算力網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)體系。

█ 算力網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

之前我提到過，算力網(wǎng)絡(luò)的作用，是為用戶提供算力資源服務(wù)。 ? 它將算力資源徹底“融入”通信網(wǎng)絡(luò)，以一個(gè)更整體的形式，提供最符合用戶需求的算力資源服務(wù)。 ?

這是一個(gè)高度靈活、高度智能的網(wǎng)絡(luò)。

算力網(wǎng)絡(luò)的核心特征，是它通過算力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)算力資源、網(wǎng)絡(luò)資源的全面接管，可以讓網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)感知用戶的算力需求，以及自身的算力狀態(tài)。經(jīng)過分析后，算力網(wǎng)絡(luò)可以調(diào)度不同位置、不同類型的算力資源，為用戶服務(wù)。

我們可以把它理解成一個(gè)“萬能水龍頭”。它總能夠按你的需要，提供合適強(qiáng)度、合適溫度、合適酸堿度的水流，讓你擁有最好的用水體驗(yàn)。

?

那么，我們自然會(huì)很好奇，這個(gè)“萬能水龍頭”的背后，究竟是一張?jiān)鯓拥摹八W(wǎng)”？它是如何進(jìn)行資源控制和調(diào)度的？

接下來，我們就看看算力網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)。

首先，我需要提前說明一下，算力網(wǎng)絡(luò)目前還是一個(gè)研究中的技術(shù)，并沒有完全定型。所以，我下面給出的，只是各個(gè)運(yùn)營商和設(shè)備商的算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（設(shè)想）圖，相互之間會(huì)存在一定的差異。而且，未來也很可能在發(fā)生變動(dòng)，請(qǐng)大家知悉。

下面的這幾張，就是運(yùn)營商和設(shè)備商比較有代表性的算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（設(shè)想）圖：

中國移動(dòng)（來自《算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書》，2022） ?

中國移動(dòng)（來自《算力網(wǎng)絡(luò)白皮書》） ?

中國聯(lián)通（來自華為WIN-WIN創(chuàng)新周，2022） ?

中國聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（來自《算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)體系白皮書》）

中國電信云網(wǎng)融合目標(biāo)技術(shù)架構(gòu)

（來自《云網(wǎng)融合2030技術(shù)白皮書》）

華為（來自華為WIN-WIN創(chuàng)新周，2022）

這些圖都有點(diǎn)復(fù)雜，相信大家都不太看得懂。我畫一個(gè)簡單的示意圖，大家應(yīng)該能看明白：

簡單來說，還是信息通信的分層思想，按層級(jí)來看，就能理清思路。為了減輕閱讀壓力，大家可以先把右邊的綠色低碳和安全防護(hù)先pass掉。

我們從下往上，一層一層來看。

算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施

算力網(wǎng)絡(luò)的最下層，依然是算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層，這個(gè)逃不掉的。在算力網(wǎng)絡(luò)中，基礎(chǔ)設(shè)施不再僅僅是算力資源（CPU、存儲(chǔ)、GPU等），還包括了網(wǎng)絡(luò)資源。

在算力資源這邊，對(duì)算力基礎(chǔ)設(shè)施的整合，依舊是以云技術(shù)為核心，包括云原生、虛擬化、容器等。

在這里，和算力有關(guān)的一些底層新技術(shù)創(chuàng)新，也值得關(guān)注，例如異構(gòu)計(jì)算、無服務(wù)計(jì)算（Serverless Computing）、存算一體、算力卸載等。大家可以先不管，以后再專題介紹。

網(wǎng)絡(luò)這邊，變化比較大。前幾期文章給大家介紹過，云網(wǎng)融合趨勢(shì)下的網(wǎng)絡(luò)變化，用一句話來解釋，就是把封閉的網(wǎng)，變得更開放（解耦），讓它變成像計(jì)算機(jī)一樣，可以通過軟件的方式（軟件定義），去給它下“命令”。

網(wǎng)絡(luò)的底層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層），在傳輸網(wǎng)這邊，依舊是光（只有光，才能保證通信帶寬和容量等基本硬指標(biāo)）。光底層的技術(shù)，例如OTN、OXC、ROADM、C+L頻段、400G/800G啥的，都還是它們，沒有什么區(qū)別。 ? 在接入網(wǎng)那邊，5G NR、PON（50G-PON），也沒有什么特別（除了邊緣算力會(huì)有點(diǎn)關(guān)系之外）。 ? 變化大的，在網(wǎng)的上層。我們待會(huì)再講。 ?

算網(wǎng)一體（算力資源管理、網(wǎng)絡(luò)資源管理）

再往上，開始有不一樣了。因?yàn)樗懔W(wǎng)絡(luò)要調(diào)度算力和網(wǎng)絡(luò)資源，所以，需要對(duì)資源進(jìn)行“預(yù)處理”和“銜接”。（這一層，其實(shí)很多架構(gòu)里都?xì)w于編排管理層。我覺得單獨(dú)拎出來，會(huì)比較容易理解一些。）

這一層，最值得關(guān)注的是算力路由。

算力網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別，在于它所擁有三大特性。第一大特性，就是算力路由。 ? 在算力之前，先要說說算力感知。 ? 算力感知是網(wǎng)絡(luò)對(duì)算力資源和算力服務(wù)的部署位置、實(shí)時(shí)狀態(tài)、負(fù)載信息、業(yè)務(wù)需求的全面感知。中國移動(dòng)的算力感知網(wǎng)絡(luò)白皮書，就是站在算力感知的角度，進(jìn)行分析的。 ?

算力感知網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu) （來自中國移動(dòng)《算力感知網(wǎng)絡(luò)CAN技術(shù)白皮書2021》） ? 一方面，各算力節(jié)點(diǎn)將算網(wǎng)信息度量建模后統(tǒng)一發(fā)布，網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)多節(jié)點(diǎn)上報(bào)的算網(wǎng)信息進(jìn)行聚合，構(gòu)建全局統(tǒng)一的算網(wǎng)狀態(tài)視圖。另一方面，網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)業(yè)務(wù)算網(wǎng)需求的統(tǒng)一解析，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的全面感知，為基于業(yè)務(wù)需求進(jìn)行算力調(diào)度提供保障。 ?

算力狀態(tài)感知與通告 （來自《算力感知網(wǎng)絡(luò)CAN技術(shù)白皮書2021》） ? 說白了，算力感知的目的，就是摸清手上到底有多少資源，用戶到底有怎樣的需求。 ?

感知的對(duì)象，肯定需要進(jìn)行度量和標(biāo)識(shí)。于是，就有了算力度量和算力標(biāo)識(shí)。

這兩塊，運(yùn)營商目前非常重視。

算力這個(gè)東西存在多樣性，也存在異構(gòu)硬件芯片，所以，目前還沒有形成統(tǒng)一的度量體系和標(biāo)準(zhǔn)。這會(huì)對(duì)建立統(tǒng)一的算力模型造成麻煩。很簡單，度量單位都不一樣，如何進(jìn)行算力評(píng)估和計(jì)費(fèi)？

算力標(biāo)識(shí)的話，就相當(dāng)于算力的身份證。用戶通過算力標(biāo)識(shí)指示所需服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)通過解析算力標(biāo)識(shí)獲取目標(biāo)算力服務(wù)、算力需求等信息，為算力調(diào)度等提供基礎(chǔ)。這個(gè)算力標(biāo)識(shí)，必須是全局統(tǒng)一且可驗(yàn)證的。

好了，接下來，就是算力路由。 ? 在剛才那個(gè)中國移動(dòng)的算力感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖里，在算力資源層之外，還單獨(dú)劃了一個(gè)算力路由層。 ? 算力路由層是算力感知網(wǎng)絡(luò)的核心功能層，支持對(duì)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等多維資源、服務(wù)的感知與通告，實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)+計(jì)算”的聯(lián)合調(diào)度。 ? 算力路由層，包括算力路由控制技術(shù)和算力路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)請(qǐng)求在路由層的按需調(diào)度。 ? 說到算力路由，肯定就要說到CFN（Computing First Networking，計(jì)算優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)）。 ? CFN廣義上有時(shí)候會(huì)被用來指代整個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)。但是，在這里，CFN是一種分布式路由協(xié)議，在不同邊緣云之間，按需進(jìn)行著算力的調(diào)度和均衡。 ?

CFN技術(shù)架構(gòu)（來自《算力感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書》）

CFN這個(gè)東西其實(shí)很有意思。我們傳統(tǒng)理解的路由，都是數(shù)據(jù)報(bào)文的路由。CFN這里的路由，是將計(jì)算資源狀況和網(wǎng)絡(luò)資源狀況作為路由信息，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)。然后呢，網(wǎng)絡(luò)基于虛擬的服務(wù)ID，將計(jì)算任務(wù)報(bào)文，路由到最合適的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。 ? 目前，CFN協(xié)議主要通過在業(yè)務(wù)路由的BGP報(bào)文頭中，以擴(kuò)展字節(jié)信息的方式攜帶算力信息，將網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況實(shí)時(shí)向全網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)散。 ? 很顯然，算力路由和CFN，是上一層進(jìn)行算力調(diào)度的前提。

編排管理

再往上，就是算力網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)鍵部分——編排管理。 ? 搞過核心網(wǎng)NFV（網(wǎng)元功能虛擬化）的同學(xué)，對(duì)編排一定非常熟悉。在NFV架構(gòu)里，就有編排。這是一個(gè)很有意思的詞，把你給“收編、安排”了。說白了，就是完全控制和調(diào)度。 ? 算力網(wǎng)絡(luò)的第二大特性，就是算力調(diào)度。 ? 算力調(diào)度，就是基于算網(wǎng)大腦，進(jìn)行全網(wǎng)算力資源的智能編排、彈性調(diào)度。 ? 更具體來說，是：完成算力運(yùn)營及算力服務(wù)編排，完成對(duì)算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理，包括對(duì)算力資源的感知、度量和OAM管理等；實(shí)現(xiàn)對(duì)終端用戶的算網(wǎng)運(yùn)營，以及對(duì)算力路由層和網(wǎng)絡(luò)資源層的管理。 ? 算力資源被感知、標(biāo)識(shí)和感知之后，為了進(jìn)行管理，還有一個(gè)算力資源管理的邏輯過程（也有被單獨(dú)稱為：算力管理層）。主要包括算力注冊(cè)、算力OAM（性能監(jiān)控、故障管理）、算力運(yùn)營（計(jì)費(fèi)管理、服務(wù)合約等）。 ?

算力管理層

（來自《算力感知網(wǎng)絡(luò)CAN技術(shù)白皮書2021》）

這個(gè)功能劃分就很麻煩。在有的運(yùn)營商架構(gòu)圖里，這塊被定義為算力管理層，單獨(dú)存在。而在有的架構(gòu)圖里，沒有這一層，劃在了編排管理層。所以說，各個(gè)理解都不一樣，很頭大。反正大家要知道，有這么一個(gè)功能組。 ? 想要實(shí)現(xiàn)它，肯定離不開一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的“神經(jīng)中樞”。

調(diào)度和編排算力網(wǎng)絡(luò)的核心控制部分，有的運(yùn)營商把它叫做“算網(wǎng)大腦”。

這個(gè)“算網(wǎng)大腦”，有四個(gè)重要的作用：

1、獲取全域?qū)崟r(shí)的算、網(wǎng)、數(shù)資源，以及云、邊、端分布情況，構(gòu)建全域態(tài)勢(shì)感知地圖。

2、跨域協(xié)同調(diào)度，將多域協(xié)同的調(diào)度任務(wù)智能、自動(dòng)地分解給各個(gè)使能平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)算、網(wǎng)、數(shù)的資源調(diào)度。

3、多域融合編排，針對(duì)多域融合業(yè)務(wù)需求，基于算、網(wǎng)、數(shù)的原子能力按需靈活組合編排。

4、智能輔助決策，基于不同業(yè)務(wù)的SLA要求、網(wǎng)絡(luò)整體負(fù)載、可用算力資源池分布等因素，智能、動(dòng)態(tài)地計(jì)算出算、網(wǎng)、數(shù)的最優(yōu)協(xié)同策略。

算網(wǎng)管理編排層，維護(hù)全局靜態(tài)的算力、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，并同步給各入口算力路由節(jié)點(diǎn)。算力路由節(jié)點(diǎn)維護(hù)算力服務(wù)的拓?fù)湫畔⒁约八懔Y源和網(wǎng)絡(luò)的資源實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，通過分布式算力路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行算網(wǎng)協(xié)同調(diào)度。 ? “算網(wǎng)大腦”是算力網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)中樞，統(tǒng)籌全局資源，重要性不言而喻。
在“算網(wǎng)大腦”中引入AI人工智能，那肯定是不用說了。除了AI之外，現(xiàn)在，運(yùn)營商和設(shè)備商還打算往里面塞“數(shù)字孿生”、“意圖引擎”，極力提升“算網(wǎng)大腦”的智能化水平。 ? 說實(shí)話，仔細(xì)看管理編排層，我就有一種感覺，算力網(wǎng)絡(luò)就是SDN和NFV技術(shù)的升級(jí)加融合，處處都是這兩個(gè)技術(shù)的影子。只不過，表面又加上很多其它的技術(shù)，形成了一個(gè)更完整、更龐大的體系。 ?

服務(wù)運(yùn)營

算力大腦之上，是不是就沒有了？并不是，別忘了，我們還有服務(wù)運(yùn)營層。

服務(wù)運(yùn)營層，說白了，就是給上層應(yīng)用提供管控算力網(wǎng)絡(luò)的接口。算網(wǎng)大腦不是真正的老板，只是一個(gè)“大管家”。真正管控網(wǎng)絡(luò)的，是上層用戶和應(yīng)用。

服務(wù)運(yùn)營層的目的，就是向上提供算力網(wǎng)絡(luò)的能力開放。重點(diǎn)技術(shù)包括：算力交易、算力并網(wǎng)、算力封裝、意圖感知等。

算力網(wǎng)絡(luò)的第三大特性，就是算力交易。

路由、調(diào)度、交易，是算力網(wǎng)絡(luò)三大特性

算力交易是算力網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新。

在算力和網(wǎng)絡(luò)沒有融合之前，用戶使用誰家的云計(jì)算，就給誰錢，使用誰家的通信網(wǎng)絡(luò)，就給誰錢。算網(wǎng)融合后，算力到處都是，調(diào)度來調(diào)度去，你到底該給誰錢？

算力交易，就是為了解決這個(gè)問題。

在算力交易場(chǎng)景中，會(huì)有一個(gè)可信泛在算力交易平臺(tái)。

來自《算力網(wǎng)絡(luò)——云網(wǎng)融合2.0時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)》

大致過程是這樣的：

首先，算力消費(fèi)方提出詳細(xì)的算力需求。然后，算力交易平臺(tái)根據(jù)需求，將可用的資源整合，生成一個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)資源表。根據(jù)時(shí)延和成本等因素，會(huì)有對(duì)應(yīng)的報(bào)價(jià)。接下來，算力消費(fèi)方根據(jù)資源表，選擇一個(gè)最適合自己的“套餐”。然后，就是在算力交易平臺(tái)上簽訂交易合約。再然后，交易平臺(tái)根據(jù)合約，通過算力網(wǎng)絡(luò)調(diào)度資源，并且更新資源信息。最后，合約結(jié)束，服務(wù)終止，釋放資源。

算力網(wǎng)絡(luò)交易平臺(tái)

（來自《整合多方算力網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源利用率最優(yōu)》，雷波）

在21世紀(jì)，凡是提到交易模式，就一定會(huì)牽扯到一個(gè)詞——區(qū)塊鏈。

是的沒錯(cuò)，算力交易平臺(tái)，也是借助區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式賬本、匿名交易等功能。

綜上所述，算力網(wǎng)絡(luò)緊密圍繞用戶的算力需求，覆蓋了算力產(chǎn)生、調(diào)度、交易、消費(fèi)的全生命周期。算力網(wǎng)絡(luò)想要實(shí)現(xiàn)的，就是算隨人動(dòng)，算隨“需求”動(dòng)，達(dá)到極致完美的算力供給與需求匹配，一點(diǎn)也不將就，一點(diǎn)也不浪費(fèi)。

█ 算力網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

這幾年，算力網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)非常熱門。不管是運(yùn)營商還是設(shè)備商，都極為重視這個(gè)概念。

尤其是國內(nèi)運(yùn)營商，對(duì)算力網(wǎng)絡(luò)簡直就是到了狂熱的地步。

原因很簡單，國外運(yùn)營商很少碰網(wǎng)，基本上就是搞搞通信，最多搞搞傳統(tǒng)通信的云化。而國內(nèi)運(yùn)營商，既有網(wǎng)，又有云，特別希望把網(wǎng)和云的資源融合、盤活。而且，我們國家比較重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，算力網(wǎng)絡(luò)是重要的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，所以，運(yùn)營商作為國企，也特別看重這塊的積累。

一方面，為了掌握技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主動(dòng)權(quán)，另一方面，為了品牌宣傳和形象造勢(shì)，三大運(yùn)營商在算力網(wǎng)絡(luò)上就開始卷起來了。

2019年，是公認(rèn)的算力網(wǎng)絡(luò)元年。這一年的11月1日，中國聯(lián)通率先行動(dòng)，在北京PT展期間，發(fā)布了《中國聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)白皮書》。這是國內(nèi)第一本和算力網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的白皮書。

此后，國內(nèi)運(yùn)營商們爭先恐后，陸續(xù)發(fā)布了多本白皮書，以及積極推動(dòng)算力網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制定。

在標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)方面，我根據(jù)網(wǎng)上的資料，整理了一張表格，大致記錄了各大標(biāo)準(zhǔn)組織在算力網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定方面的情況，僅供參考：

綜合自中信證券，各大白皮書，官網(wǎng)消息

試驗(yàn)進(jìn)展：

來自中信證券

█ 結(jié)語

從實(shí)際情況來看， 算力網(wǎng)絡(luò)離我們還有很長一段距離。目前，我們處于云網(wǎng)融合的進(jìn)展階段，算網(wǎng)一體或算力網(wǎng)絡(luò)，還在研究之中。

編輯：黃飛