通信世界網(wǎng)消息（CWW）追溯算力網(wǎng)絡的提法，與很多新技術(shù)的歷程一樣，首先會在標準領(lǐng)域，比如CCSA、ITU-T看到端倪，2019年8月第一篇算力網(wǎng)絡相關(guān)文稿在CCSA立項。經(jīng)過幾年不斷的討論，業(yè)界已經(jīng)達成了一定共識，目前算力網(wǎng)絡已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)研究的方向之一。
從技術(shù)角度剖析算力網(wǎng)絡的產(chǎn)生必然性，必定先從云開始談起。毋庸置疑，云計算的確改變了企業(yè)和個人的工作方式，提供了一種彈性靈活、易維易建且性價比高的新選擇。云計算最開始就是以一種集中的形態(tài)出現(xiàn)的，云服務商把數(shù)以千萬計的服務器集中在一個地理區(qū)域內(nèi)，以資源池化、可高度復用共享的方式提供各類IaaS、PaaS、SaaS服務。這的確很宏大，但在發(fā)展過程中也不斷暴露出一些問題，其中一點就是集中高掛的云資源池并不適用于所有用戶，比如對低時延、大帶寬有訴求的用戶。云服務商意識到了這個問題，開始向“集中-邊緣”協(xié)同的架構(gòu)演進，在邊緣機房不斷增設邊緣云，與中心云一起對外提供云服務。云既然分成不同層級，提供的云服務也相應分級，集中云可以提供大通量的高算力服務，邊緣云可以提供低時延、大帶寬、低算力服務。如何同時兼顧云提供的算力能力和接入點到云的網(wǎng)絡指標，給用戶選擇最合適的云，算力網(wǎng)絡技術(shù)就是一種非常合適的選擇。
在算力網(wǎng)絡概念提出之前，已經(jīng)有了云網(wǎng)融合的提法，云網(wǎng)融合更側(cè)重于云，網(wǎng)絡在其中是提供可達性的一種手段。而算力網(wǎng)絡則是強調(diào)將算力和網(wǎng)絡并列，同時兼顧。算力網(wǎng)絡和云網(wǎng)融合之間既有共同點，也有一定的區(qū)別。
算力網(wǎng)絡本質(zhì)上是一個生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋用戶、應用、算力、網(wǎng)絡等多個要素，通過算網(wǎng)調(diào)度平臺（或者“算網(wǎng)大腦”）把各要素串聯(lián)起來。作為算力供給方和算力需求方之間的橋梁，這個平臺要真正發(fā)揮作用，必須得有豐富的應用生態(tài)、明確的算網(wǎng)度量、動態(tài)的調(diào)度策略，否則算力網(wǎng)絡就是空中樓閣，難以發(fā)揮作用。算力網(wǎng)絡架構(gòu)（如圖1所示）可以劃分為三層，最底層是算力網(wǎng)絡基礎設施層，提供算力基礎設施和網(wǎng)絡基礎設施。算力一般先支持自有的算力系統(tǒng)，后續(xù)不斷擴展，對三方算力進行納管，提供更豐富、覆蓋面更廣的算力服務。網(wǎng)絡則從骨干網(wǎng)/城域網(wǎng)向下不斷滲透，將各類接入網(wǎng)納入管轄范疇，提供端到端的網(wǎng)絡服務。
圖1 算力網(wǎng)絡架構(gòu)
中間是算力網(wǎng)絡控制層，起到承上啟下的作用，一方面將算力信息和網(wǎng)絡信息存儲起來；另一方面根據(jù)應用需求、調(diào)度策略的配置對算網(wǎng)進行綜合決策，選擇合適的算力資源池，并打通網(wǎng)絡路徑。
最上層是算力網(wǎng)絡服務層，提供開放能力給各類算網(wǎng)應用，對應用的算網(wǎng)需求進行語義解析，調(diào)用網(wǎng)絡控制層為各類應用提供滿足要求的算網(wǎng)服務。
算力網(wǎng)絡架構(gòu)
按算網(wǎng)調(diào)度決策的位置是集中還是分散，算力網(wǎng)絡可以劃分為集中式和分布式兩種架構(gòu)。
集中式算力網(wǎng)絡中算網(wǎng)調(diào)度平臺是中樞，由它來分別獲取算力使用、網(wǎng)絡拓撲及質(zhì)量情況，在內(nèi)部通過數(shù)據(jù)庫存儲算網(wǎng)關(guān)鍵信息。當應用有算網(wǎng)請求時，由算網(wǎng)調(diào)度平臺進行集中決策，兼顧應用的算力請求和網(wǎng)絡要求，選擇合適的云資源池，并打通網(wǎng)絡承載路徑，將應用流量引導過來。分布式算力網(wǎng)絡中算網(wǎng)調(diào)度平臺（如圖2所示）功能弱化，更側(cè)重運維和分析功能。網(wǎng)絡邊緣節(jié)點會感知下掛的云資源池內(nèi)算力使用情況，并通過IBGP/EBGP在網(wǎng)絡域進行通告，這樣整網(wǎng)的網(wǎng)絡設備都有了算網(wǎng)關(guān)鍵信息。當應用有算網(wǎng)請求時，用戶側(cè)網(wǎng)絡設備就可以快速根據(jù)本地存儲的信息進行決策，選擇合適的云資源池并打通網(wǎng)絡承載路徑。
圖2 分布式算力網(wǎng)絡中算網(wǎng)調(diào)度平臺
一般把分布式架構(gòu)下網(wǎng)絡設備上新增的功能稱為算力路由功能（如圖3所示），此時可以看到網(wǎng)絡設備不再是單純的網(wǎng)絡流量承載，在其上已經(jīng)融合進了算力的因素。正如任何技術(shù)都有正反面一樣，集中式和分布式各有優(yōu)劣：集中式方案相對簡單，網(wǎng)絡承載設備沒有額外要求，網(wǎng)絡并不感知算力，但算網(wǎng)調(diào)度平臺作為方案的核心，系統(tǒng)重載，在大規(guī)模算網(wǎng)部署時將成為性能瓶頸，同時對于算網(wǎng)服務請求的響應相對緩慢；分布式方案中網(wǎng)絡感知了算力，算力和網(wǎng)絡是一體內(nèi)生的，對于算網(wǎng)請求的響應會相對快速實時，但同時也要求網(wǎng)絡承載設備改變轉(zhuǎn)發(fā)邏輯，能夠感知算力、同步算力并支持對算網(wǎng)服務請求的響應，增加了網(wǎng)絡承載設備的技術(shù)難度。目前集中式架構(gòu)的算力網(wǎng)絡方案相對成熟，運營商均有類似的自研產(chǎn)品，一些產(chǎn)學研項目也在開發(fā)“算網(wǎng)大腦”來集中管控算力和網(wǎng)絡。分布式架構(gòu)的探索還在進行中，目前在標準領(lǐng)域、原型方面有一定成果。
圖3 分布式架構(gòu)算力路由
算力網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)
算力網(wǎng)絡依賴一些關(guān)鍵技術(shù)（如圖4所示），這些技術(shù)之間環(huán)環(huán)相扣，協(xié)同支撐算力網(wǎng)絡體系的實現(xiàn)。其中算網(wǎng)度量是最基礎的，相當于定義了供需雙方溝通的語言。明確好度量定義后，通過算網(wǎng)感知獲取系統(tǒng)中的算力信息和網(wǎng)絡信息，形成內(nèi)部的決策依據(jù)。之后算網(wǎng)應用會發(fā)出算網(wǎng)請求，平臺進行算網(wǎng)調(diào)度提供合適的算網(wǎng)服務。算網(wǎng)度量：作為一個拉通供需雙方的平臺，首先要有一套雙方均認可的度量標準，供給方需要遵循度量標準表述自己能提供的服務能力，請求方也需要遵循同樣的標準說明自身需要什么樣的服務能力。網(wǎng)絡類的度量比較容易定義，網(wǎng)因子可以包括帶寬、時延、抖動、丟包率、可靠性等。算力類的算因子度量指標要按服務層次進一步劃分，IaaS類算力可以通過CPU核數(shù)、內(nèi)存可用容量、存儲可用容量等指標衡量。PaaS類算力提供的服務類型有差異，需要定義不同的度量指標，比如數(shù)據(jù)庫通過QPS/TPS、消息隊列通過每秒處理的消息數(shù)來衡量等。SaaS類則提供的服務更抽象，度量也要按服務類型細分，如音頻編解碼能力、視頻編解碼能力、業(yè)務會話數(shù)、業(yè)務繁忙狀態(tài)等。算網(wǎng)度量是算力網(wǎng)絡的基石，目前在標準領(lǐng)域已開展若干研究，算力度量更偏重于IaaS層，PaaS和SaaS層度量需要不斷豐富。
集中式和分布式架構(gòu)均采用相同的算網(wǎng)度量標準，但其他關(guān)鍵技術(shù)在集中式或分布式架構(gòu)下有不同的實現(xiàn)方式。
算網(wǎng)感知：算力網(wǎng)絡需要對算力信息和網(wǎng)絡信息進行感知并記錄，作為決策時的參考依據(jù)。
集中式架構(gòu)下，算網(wǎng)調(diào)度平臺需要獲取云內(nèi)算力使用信息，可以采用訂閱式的被動方式獲取，也可以采用周期性主動方式獲?。煌瑫r算網(wǎng)調(diào)度平臺也可以從網(wǎng)絡域獲取到網(wǎng)絡拓撲信息，在平臺內(nèi)部創(chuàng)建算網(wǎng)地圖，保存算力供給信息和網(wǎng)絡狀態(tài)信息。對于跨域場景，集中式架構(gòu)支持相對簡單，調(diào)度平臺可以同時獲取多域內(nèi)的算力和網(wǎng)絡信息，在平臺內(nèi)部進行信息構(gòu)建。如果算網(wǎng)規(guī)模較大，一方面可以通過調(diào)度平臺彈性可擴展的架構(gòu)來支撐，另一方面可以按多級調(diào)度平臺方式部署，依靠軟件實現(xiàn)的功能相對靈活。
分布式架構(gòu)下，與云資源池接口的網(wǎng)絡設備首先獲取到云內(nèi)的算力使用情況，然后通過IBGP等協(xié)議在域內(nèi)進行泛洪，將算力信息同步至域內(nèi)的每臺網(wǎng)絡設備上。此時網(wǎng)絡設備相互傳遞的不再僅限于網(wǎng)絡拓撲信息、路由可達信息、網(wǎng)絡鏈路信息，還額外增加了算力信息，網(wǎng)絡設備轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)也不再僅是報文的目的地址，而是到目的地的網(wǎng)絡情況和目的云資源池的算力滿足情況。對于跨域場景，需要在域間ASBR通過EBGP向?qū)Χ税l(fā)布本域內(nèi)的算網(wǎng)信息，考慮到算網(wǎng)信息的龐雜性，一般會在ASBR處先做域內(nèi)算網(wǎng)信息的聚合，再對外發(fā)布，以減少信息交互量和對網(wǎng)絡設備的處理壓力。
算網(wǎng)請求：算力網(wǎng)絡供給側(cè)信息收集后，誰來使用？一定是對算力和網(wǎng)絡同時有訴求的算網(wǎng)應用。需要澄清的是，不是所有的應用都需要算力網(wǎng)絡，對時延、帶寬不敏感的應用完全可以按原有的模式構(gòu)建在云計算之上，網(wǎng)絡只是作為可達性配套而已。算網(wǎng)應用在表述算力網(wǎng)絡需求時應遵循算網(wǎng)度量指標，與供給側(cè)相匹配。
集中式架構(gòu)下，算網(wǎng)請求由算網(wǎng)應用向算網(wǎng)調(diào)度平臺發(fā)起，兩者之間一般通過RestAPI接口交互，接口中明確定義了應用關(guān)注的算力信息和網(wǎng)絡信息應如何攜帶。從根本上說，只有應用才清楚自己對算力網(wǎng)絡的訴求，因此算力網(wǎng)絡需要應用深入?yún)⑴c，應用是有一定改造工作量的。
分布式架構(gòu)下，算網(wǎng)請求直接包含在應用的流量中，攜帶算網(wǎng)請求可以有不同的實現(xiàn)方式，如果應用能加以改造，應用可以通過擴展頭的方式攜帶算力和網(wǎng)絡訴求，但此類改造需要操作系統(tǒng)的配合，有一定技術(shù)難度。另一種方式可以預先定義若干算網(wǎng)服務模板，以不同的服務ID對外提供，應用攜帶不同的服務ID表述自己的算網(wǎng)請求。
算網(wǎng)調(diào)度：算力網(wǎng)絡收到應用發(fā)起的算網(wǎng)請求后，結(jié)合算網(wǎng)感知階段收集到的算力信息和網(wǎng)絡信息，結(jié)合動態(tài)配置的調(diào)度策略（如云資源負載均衡策略、就近服務策略等），選擇最匹配的云資源池。
集中式架構(gòu)下，算網(wǎng)調(diào)度平臺解析算網(wǎng)請求，進行算網(wǎng)決策，選擇最匹配的云資源池，打通應用接入點到云資源池之間的承載路徑，同時通過各種引流技術(shù)將應用流量引入承載網(wǎng)絡中。
分布式架構(gòu)下，應用發(fā)起算網(wǎng)請求后，用戶側(cè)網(wǎng)絡邊緣節(jié)點解析應用流量攜帶的算網(wǎng)請求，在內(nèi)部首先做服務ID到算網(wǎng)請求明細需求的映射，然后進行算網(wǎng)決策，選擇最匹配的云資源池，打通應用接入點到云資源池之間的承載路徑，同時通過各種引流技術(shù)將應用流量引入承載網(wǎng)絡中。
算力網(wǎng)絡展望
算力網(wǎng)絡是螺旋式發(fā)展的，穩(wěn)態(tài)和動態(tài)并存，當前已經(jīng)有了集中式算力網(wǎng)絡的原型，能夠配合特定應用提供算網(wǎng)服務，同時算力網(wǎng)絡的研究還在向更深、更廣、更完善的方向延伸。
算力方面，從集中式云計算到云邊協(xié)同的邊緣計算，不同層級的云資源池共同提供算網(wǎng)服務。未來算力可能再往下延伸到端側(cè)，各類泛在算力的存在可以作為現(xiàn)有云邊資源的補充，算力網(wǎng)絡也可以相應向下延展，但端側(cè)算力的可信、度量、認證需要持續(xù)分析，避免引入安全風險。另外，算力度量在IaaS層比較容易達成共識，但在PaaS和SaaS層由于服務類型多樣、服務特征不同，度量指標需要算網(wǎng)調(diào)度平臺和應用共同制定，還會經(jīng)過較長周期。
網(wǎng)絡方面，目前開發(fā)重點集中在城域核心之上的網(wǎng)絡，未來算力網(wǎng)絡要繼續(xù)向下管理到接入網(wǎng)、城域網(wǎng)等，同時基于IBGP或者EBGP發(fā)布算力信息是一個基本共識。但要想實現(xiàn)多廠家網(wǎng)絡設備之間的互通，需要運營商牽頭定義好詳細的協(xié)議報文格式，比如復用原有地址族還是新定義地址族、明確TLV字段的含義、如何避免動態(tài)與頻繁的算力變化影響相對穩(wěn)定的BGP協(xié)議，都需要經(jīng)過業(yè)界的充分討論。
生態(tài)方面，算力網(wǎng)絡是應用的支撐平臺，沒有應用，算力網(wǎng)絡就沒有生命。但如何讓應用愿意基于算力網(wǎng)絡做定制開發(fā)，需要有對應用足夠的利益驅(qū)動，這不僅是一個技術(shù)問題，更是一個生態(tài)問題，如何讓各方在算力網(wǎng)絡的演進中持續(xù)共贏是一個需要長期推動、重點關(guān)注的方向。
IETF作為IP網(wǎng)絡領(lǐng)域最權(quán)威的標準組織，去年成立了CATS工作組并專注于算力路由的研究，新華三也積極參與標準的寫作和推進，將在標準領(lǐng)域發(fā)出更多聲音。
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