感知、調(diào)度和低碳算力網(wǎng)絡發(fā)展一個都不能少

　　如何保證云邊端算力的無縫協(xié)同，同時借助網(wǎng)絡使數(shù)據(jù)與算力實現(xiàn)快速連接、處理，使算力也能像電力、熱力一樣成為基礎資源，用戶可以隨用隨取而不必關心它的產(chǎn)生與位置，同時保證算力網(wǎng)絡綠色低碳。為了讓用戶享受隨時隨地的算力服務，需要重構網(wǎng)絡，形成繼水網(wǎng)、電網(wǎng)之后國家新型基礎設施，真正把“算力”變?yōu)榭闪鲃拥纳a(chǎn)力資源，為千行百業(yè)提供像“自來水”一樣的計算服務，這就是算力網(wǎng)絡的由來。

 

　　低碳算力網(wǎng)絡實現(xiàn)“算”“網(wǎng)”“能”共促，將“算力﹢網(wǎng)絡﹢低碳”作為一體化的生產(chǎn)力統(tǒng)一供給、發(fā)展，有利于信息服務新模式構建。以網(wǎng)強算，借助基礎網(wǎng)絡系統(tǒng)化優(yōu)勢改變算力單點薄弱現(xiàn)狀，有利于國家整體算力布局；以算促網(wǎng)，將算力調(diào)度的高需求轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡超寬帶高智能發(fā)展的動力，有利于網(wǎng)絡持續(xù)領先發(fā)展。低碳算網(wǎng)符合國家戰(zhàn)略，保證可持續(xù)發(fā)展。

 

　　要在現(xiàn)有網(wǎng)絡上部署算力網(wǎng)絡，首先要實現(xiàn)算力感知——算力感知網(wǎng)絡，其次實現(xiàn)算網(wǎng)調(diào)度——基于SD-WAN的算網(wǎng)協(xié)同承載網(wǎng)絡，最后實現(xiàn)綠色低碳——基于低碳路由的算力網(wǎng)絡，也就是說，發(fā)展算力網(wǎng)絡要緊扣感知、調(diào)度和低碳三個要素。

 

　　感知：算力感知網(wǎng)絡實現(xiàn)體驗、利用率和效率最優(yōu)化

 

　　算力網(wǎng)絡面向承載網(wǎng)算網(wǎng)融合演進的新型網(wǎng)絡架構，通過算力資源與網(wǎng)絡資源狀態(tài)的協(xié)同調(diào)度，將不同應用的業(yè)務請求通過最優(yōu)路徑調(diào)度到最優(yōu)的計算節(jié)點，實現(xiàn)用戶體驗最優(yōu)的同時，保證運營商網(wǎng)絡資源和計算資源利用率最優(yōu)化。

 

　　算力感知網(wǎng)絡是計算網(wǎng)絡深度融合的新型網(wǎng)絡架構，以現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術為基礎，通過無所不在的網(wǎng)絡連接分布式計算節(jié)點，實現(xiàn)服務的自動化部署、最優(yōu)路由和負載均衡，從而構建可以感知算力的全新網(wǎng)絡基礎設施，保證網(wǎng)絡能夠按需、實時調(diào)度不同位置的計算資源，提高網(wǎng)絡和計算資源利用率，進一步提升用戶體驗，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡無所不達、算力無處不在、智能無所不及的愿景，進而實現(xiàn)實時、快速業(yè)務調(diào)度：基于網(wǎng)絡層實時感知業(yè)務需求和網(wǎng)絡、計算狀態(tài)，相比傳統(tǒng)的集中式云計算調(diào)度，算力感知網(wǎng)絡可以結合實時信息，實現(xiàn)快速的業(yè)務調(diào)度。保證用戶體驗一致性：網(wǎng)絡可以感知無處不在的計算和服務，用戶無須關心網(wǎng)絡中計算資源的位置和部署狀態(tài)，網(wǎng)絡和計算協(xié)同調(diào)度保證用戶的一致體驗。服務靈活動態(tài)調(diào)度：網(wǎng)絡基于用戶的SLA 需求，綜合考慮實時的網(wǎng)絡資源狀況和計算資源狀況，通過網(wǎng)絡靈活匹配、動態(tài)調(diào)度，將業(yè)務流量動態(tài)調(diào)度至最優(yōu)節(jié)點，讓網(wǎng)絡支持提供動態(tài)的服務來保證業(yè)務的用戶體驗。

 

　　為了實現(xiàn)對算力和網(wǎng)絡的感知、互聯(lián)與協(xié)同調(diào)度，算力感知網(wǎng)絡架構體系從邏輯功能上劃分為算力應用層、算力管理層、算力資源層、算力路由層和網(wǎng)絡資源層五大功能模塊。

 

　　·算力應用層：承載算力的各類能力及應用，并將用戶對業(yè)務SLA的請求包括算力請求等參數(shù)傳遞給算力路由層。

 

　　·算力路由層：基于抽象后的計算資源發(fā)現(xiàn)，綜合考慮用戶業(yè)務請求、網(wǎng)絡信息和算力資源信息，將業(yè)務靈活按需調(diào)度到不同的算力資源節(jié)點中，同時將計算結果反饋到算力應用層。

 

　　·算力資源層：為滿足邊緣計算領域多樣性計算需求，面向不同應用，通過從單核CPU到多核CPU，再到CPU ﹢ GPU﹢FPGA等多種算力組合，在網(wǎng)絡中各個角落提供泛在的計算資源異構資源層和網(wǎng)絡資源層。

 

　　·網(wǎng)絡資源層：提供信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡基礎設施，包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。

 

　　·算力管理層：需要基于統(tǒng)一的算力度量衡體系，完成對算力資源的統(tǒng)一抽象描述，進而實現(xiàn)對算力資源的感知、度量和OAM管理等功能，以支持網(wǎng)絡對算力資源的可感知、可度量、可管理和可控制。

 

　　其中算力資源層和網(wǎng)絡資源層作為算力感知網(wǎng)絡的基礎設施層，算力應用層、算力管理層和算力路由層作為實現(xiàn)算力感知功能體系的三大核心功能模塊。算力感知網(wǎng)絡體系架構基于所定義的五大功能模塊，實現(xiàn)對算力和網(wǎng)絡資源的感知、控制與調(diào)度。

 

　　總之，作為計算網(wǎng)絡深度融合的新型網(wǎng)絡，以無所不在的網(wǎng)絡連接為基礎，基于高度分布式的計算節(jié)點，通過服務的自動化部署、最優(yōu)路由和負載均衡，構建算力感知的全新網(wǎng)絡基礎設施，真正實現(xiàn)網(wǎng)絡無所不達、算力無處不在、智能無所不及。海量應用、海量功能函數(shù)、海量計算資源則構成一個開放的生態(tài)。其中，海量的應用能夠按需、實時調(diào)用不同的計算資源，提高計算資源利用效率，最終實現(xiàn)用戶體驗最優(yōu)化、計算資源利用率最優(yōu)化、網(wǎng)絡效率最優(yōu)化。

 

　　調(diào)度：基于SDN的算網(wǎng)協(xié)同網(wǎng)絡實現(xiàn)智能編排調(diào)度

 

　　在算力網(wǎng)絡的部署方案中，算網(wǎng)編排管理中心基于算力和網(wǎng)絡的全局資源視圖，根據(jù)網(wǎng)絡部署狀況，選擇管理面和控制面實現(xiàn)算力網(wǎng)絡協(xié)同調(diào)度。網(wǎng)絡管理向算力編排器通告網(wǎng)絡信息，由算網(wǎng)編排調(diào)度中心進行統(tǒng)一的算網(wǎng)協(xié)同調(diào)度，生成調(diào)度策略，發(fā)送給網(wǎng)絡控制器，進一步生成路徑轉(zhuǎn)發(fā)表。網(wǎng)絡控制器收集網(wǎng)絡信息，將網(wǎng)絡信息上報至算網(wǎng)編排器，同時接收來自算網(wǎng)編排器的網(wǎng)絡編排策略，算網(wǎng)編排器負責收集算力信息，接收來自控制器的網(wǎng)絡信息進行算網(wǎng)聯(lián)合編排，同時支持將編排策略下發(fā)至控制器，算網(wǎng)編排器負責業(yè)務調(diào)度。

 

　　要實現(xiàn)以上工作，需要在現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎上構建基于SD-WAN的算網(wǎng)協(xié)同承載網(wǎng)絡，以算為中心，構筑云、邊、端立體算力資源布局，以網(wǎng)為根基，增強連接用戶、數(shù)據(jù)、算力的網(wǎng)絡能力，將數(shù)據(jù)作為新的生產(chǎn)要素，智慧融入算網(wǎng)調(diào)度，構筑算網(wǎng)一體智能編排調(diào)度和服務系統(tǒng)，對于數(shù)據(jù)承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)、協(xié)調(diào)編排均需進行相應的部署。

 

　　低碳：六大功能模塊構建低碳算力網(wǎng)絡

 

　　算力網(wǎng)絡需要把一個點上的計算分布到一條線、一個面上去處理，需要新增許多工作量，如任務分解、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)匯集等，勢必會增加網(wǎng)絡資源占用，首先要把任務分解，需要額外占用計算和存儲資源，其次分解好的數(shù)據(jù)傳送到各個分布式計算中心，需要占用大量的網(wǎng)絡資源，最后數(shù)據(jù)的回收及處理同樣需要占用以上所述計算、存儲及網(wǎng)絡資源。這些新增工作量會帶來大量能耗，對運營商乃至社會的綠色低碳發(fā)展提出嚴峻的挑戰(zhàn)。需要我們研究相應的方案和策略，避免因算力網(wǎng)絡的發(fā)展帶來能耗的快速增長，與國家東數(shù)西算目標背道而馳，給國家“雙碳”戰(zhàn)略帶來負面影響。

 

　　為了實現(xiàn)對能耗/碳排放與網(wǎng)絡的感知、互聯(lián)和協(xié)同調(diào)度，能耗感知網(wǎng)絡架構體系從邏輯功能上劃分為網(wǎng)能協(xié)同應用層、能效管理層、能耗/能源路由層、能源資源層、能耗采控層和網(wǎng)絡傳送層六大功能模塊。

 

　　·網(wǎng)能協(xié)同應用層：一方面將能耗/能源路由層信息匯集并結合用戶業(yè)務需求、算網(wǎng)資源等進行分析，協(xié)同網(wǎng)算資源確定高能效路由，另一方面承載各類能力及應用，協(xié)同網(wǎng)算資源和能效情況制定最優(yōu)的網(wǎng)能要求，并將要求傳遞給路由層。

 

　　·能效管理層：需要基于統(tǒng)一的能耗/能源度量衡體系，完成對能耗/能源的統(tǒng)一抽象描述，進而實現(xiàn)對能耗/能源資源的感知、度量和OAM管理等功能，以支持對能耗/能源資源的可感知、可度量、可管理和可控制，同時實現(xiàn)對碳足跡、節(jié)能應用的管理，并可支持未來的碳交易。

 

　　·能耗/能源路由層：基于抽象后的能耗/能源資源發(fā)現(xiàn)，根據(jù)網(wǎng)能協(xié)同應用層下發(fā)的信息，將業(yè)務靈活按需調(diào)度到不同的算力資源節(jié)點中，同時將計算結果反饋到網(wǎng)能協(xié)同應用層。

 

　　·網(wǎng)絡傳送層：提供能耗/能源信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡基礎設施，包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。

 

　　·能耗采控層：對現(xiàn)網(wǎng)設備(無線設備、傳輸設備、IDC/CDN、空調(diào)、其他配套等)能耗進行采集、量綱和匯總，提交路由層；同時執(zhí)行路由層下發(fā)的能耗管控要求。

 

　　·能源資源層：對現(xiàn)網(wǎng)使用的能源(火電、太陽能、水電、核能、風能、電池等)進行標識、量綱和匯總，提交路由層；同時按照路由層下發(fā)的能源要求進行配置。

 

　　其中能源資源層、能耗采控層和網(wǎng)絡傳送層作為低碳算力網(wǎng)絡的基礎設施層，網(wǎng)能協(xié)同應用層、能效管理層和能耗/能源路由層作為實現(xiàn)低碳算力網(wǎng)絡體系的三大核心功能模塊。

 

　　最終在基礎網(wǎng)絡之上構建“網(wǎng)控制器”“算控制器”“能控制器”，以網(wǎng)為中心，協(xié)同“算”“能”，提供統(tǒng)一智能的編排，向社會提供低碳算網(wǎng)服務。

 

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　　算力網(wǎng)絡是“云算網(wǎng)融合”的強力助推劑，當前網(wǎng)絡只作為信息傳輸載體，網(wǎng)絡價值單一，算力網(wǎng)絡提供“網(wǎng)絡﹢算力”的融合服務，賦能未來網(wǎng)絡升級。此外，算力網(wǎng)絡可統(tǒng)一調(diào)度未來社會中泛在的多樣化算力，以統(tǒng)一服務的方式，高效、靈活、按需提供給用戶，助力構建更開放、更多元化、更高價值的網(wǎng)絡，同時結合網(wǎng)絡能耗和能源分布，構建低碳高效算力網(wǎng)絡，支撐國家“雙碳”戰(zhàn)略落地。

 

　　算力網(wǎng)絡當前仍處于發(fā)展起步階段，需要網(wǎng)絡域、計算域、能源域協(xié)同創(chuàng)新，是一系列網(wǎng)絡和能源新技術的集成融合和創(chuàng)新應用，是比特與瓦特融合發(fā)展的終極目標，需要業(yè)界聯(lián)合打造算力網(wǎng)絡體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡無所不達、算力無處不在、智能無所不及，綠色低碳發(fā)展。