感知、調(diào)度和低碳算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展一個(gè)都不能少

　　如何保證云邊端算力的無(wú)縫協(xié)同，同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)與算力實(shí)現(xiàn)快速連接、處理，使算力也能像電力、熱力一樣成為基礎(chǔ)資源，用戶可以隨用隨取而不必關(guān)心它的產(chǎn)生與位置，同時(shí)保證算力網(wǎng)絡(luò)綠色低碳。為了讓用戶享受隨時(shí)隨地的算力服務(wù)，需要重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，形成繼水網(wǎng)、電網(wǎng)之后國(guó)家新型基礎(chǔ)設(shè)施，真正把“算力”變?yōu)榭闪鲃?dòng)的生產(chǎn)力資源，為千行百業(yè)提供像“自來(lái)水”一樣的計(jì)算服務(wù)，這就是算力網(wǎng)絡(luò)的由來(lái)。

 

　　低碳算力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“算”“網(wǎng)”“能”共促，將“算力﹢網(wǎng)絡(luò)﹢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(wù)新模式構(gòu)建。以網(wǎng)強(qiáng)算，借助基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)化優(yōu)勢(shì)改變算力單點(diǎn)薄弱現(xiàn)狀，有利于國(guó)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(luò)超寬帶高智能發(fā)展的動(dòng)力，有利于網(wǎng)絡(luò)持續(xù)領(lǐng)先發(fā)展。低碳算網(wǎng)符合國(guó)家戰(zhàn)略，保證可持續(xù)發(fā)展。

 

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

 

　　感知：算力感知網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)、利用率和效率最優(yōu)化

 

　　算力網(wǎng)絡(luò)面向承載網(wǎng)算網(wǎng)融合演進(jìn)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)算力資源與網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)的協(xié)同調(diào)度，將不同應(yīng)用的業(yè)務(wù)請(qǐng)求通過(guò)最優(yōu)路徑調(diào)度到最優(yōu)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)最優(yōu)的同時(shí)，保證運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)算資源利用率最優(yōu)化。

 

　　算力感知網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)深度融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)連接分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的自動(dòng)化部署、最優(yōu)路由和負(fù)載均衡，從而構(gòu)建可以感知算力的全新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，保證網(wǎng)絡(luò)能夠按需、實(shí)時(shí)調(diào)度不同位置的計(jì)算資源，提高網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源利用率，進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)所不達(dá)、算力無(wú)處不在、智能無(wú)所不及的愿景，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速業(yè)務(wù)調(diào)度：基于網(wǎng)絡(luò)層實(shí)時(shí)感知業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算狀態(tài)，相比傳統(tǒng)的集中式云計(jì)算調(diào)度，算力感知網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)快速的業(yè)務(wù)調(diào)度。保證用戶體驗(yàn)一致性：網(wǎng)絡(luò)可以感知無(wú)處不在的計(jì)算和服務(wù)，用戶無(wú)須關(guān)心網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算資源的位置和部署狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算協(xié)同調(diào)度保證用戶的一致體驗(yàn)。服務(wù)靈活動(dòng)態(tài)調(diào)度：網(wǎng)絡(luò)基于用戶的SLA 需求，綜合考慮實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)資源狀況和計(jì)算資源狀況，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)靈活匹配、動(dòng)態(tài)調(diào)度，將業(yè)務(wù)流量動(dòng)態(tài)調(diào)度至最優(yōu)節(jié)點(diǎn)，讓網(wǎng)絡(luò)支持提供動(dòng)態(tài)的服務(wù)來(lái)保證業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)。

 

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)算力和網(wǎng)絡(luò)的感知、互聯(lián)與協(xié)同調(diào)度，算力感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系從邏輯功能上劃分為算力應(yīng)用層、算力管理層、算力資源層、算力路由層和網(wǎng)絡(luò)資源層五大功能模塊。

 

　　·算力應(yīng)用層：承載算力的各類能力及應(yīng)用，并將用戶對(duì)業(yè)務(wù)SLA的請(qǐng)求包括算力請(qǐng)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(jì)算資源發(fā)現(xiàn)，綜合考慮用戶業(yè)務(wù)請(qǐng)求、網(wǎng)絡(luò)信息和算力資源信息，將業(yè)務(wù)靈活按需調(diào)度到不同的算力資源節(jié)點(diǎn)中，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果反饋到算力應(yīng)用層。

 

　　·算力資源層：為滿足邊緣計(jì)算領(lǐng)域多樣性計(jì)算需求，面向不同應(yīng)用，通過(guò)從單核CPU到多核CPU，再到CPU ﹢ GPU﹢FPGA等多種算力組合，在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)角落提供泛在的計(jì)算資源異構(gòu)資源層和網(wǎng)絡(luò)資源層。

 

　　·網(wǎng)絡(luò)資源層：提供信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)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(duì)算力資源的統(tǒng)一抽象描述，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)算力資源的感知、度量和OAM管理等功能，以支持網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(luò)資源層作為算力感知網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施層，算力應(yīng)用層、算力管理層和算力路由層作為實(shí)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(luò)體系架構(gòu)基于所定義的五大功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)算力和網(wǎng)絡(luò)資源的感知、控制與調(diào)度。

 

　　總之，作為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)深度融合的新型網(wǎng)絡(luò)，以無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)連接為基礎(chǔ)，基于高度分布式的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，通過(guò)服務(wù)的自動(dòng)化部署、最優(yōu)路由和負(fù)載均衡，構(gòu)建算力感知的全新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)所不達(dá)、算力無(wú)處不在、智能無(wú)所不及。海量應(yīng)用、海量功能函數(shù)、海量計(jì)算資源則構(gòu)成一個(gè)開(kāi)放的生態(tài)。其中，海量的應(yīng)用能夠按需、實(shí)時(shí)調(diào)用不同的計(jì)算資源，提高計(jì)算資源利用效率，最終實(shí)現(xiàn)用戶體驗(yàn)最優(yōu)化、計(jì)算資源利用率最優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)效率最優(yōu)化。

 

　　調(diào)度：基于SDN的算網(wǎng)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能編排調(diào)度

 

　　在算力網(wǎng)絡(luò)的部署方案中，算網(wǎng)編排管理中心基于算力和網(wǎng)絡(luò)的全局資源視圖，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署狀況，選擇管理面和控制面實(shí)現(xiàn)算力網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)管理向算力編排器通告網(wǎng)絡(luò)信息，由算網(wǎng)編排調(diào)度中心進(jìn)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(luò)控制器，進(jìn)一步生成路徑轉(zhuǎn)發(fā)表。網(wǎng)絡(luò)控制器收集網(wǎng)絡(luò)信息，將網(wǎng)絡(luò)信息上報(bào)至算網(wǎng)編排器，同時(shí)接收來(lái)自算網(wǎng)編排器的網(wǎng)絡(luò)編排策略，算網(wǎng)編排器負(fù)責(zé)收集算力信息，接收來(lái)自控制器的網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行算網(wǎng)聯(lián)合編排，同時(shí)支持將編排策略下發(fā)至控制器，算網(wǎng)編排器負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)調(diào)度。

 

　　要實(shí)現(xiàn)以上工作，需要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建基于SD-WAN的算網(wǎng)協(xié)同承載網(wǎng)絡(luò)，以算為中心，構(gòu)筑云、邊、端立體算力資源布局，以網(wǎng)為根基，增強(qiáng)連接用戶、數(shù)據(jù)、算力的網(wǎng)絡(luò)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(gòu)筑算網(wǎng)一體智能編排調(diào)度和服務(wù)系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)、協(xié)調(diào)編排均需進(jìn)行相應(yīng)的部署。

 

　　低碳：六大功能模塊構(gòu)建低碳算力網(wǎng)絡(luò)

 

　　算力網(wǎng)絡(luò)需要把一個(gè)點(diǎn)上的計(jì)算分布到一條線、一個(gè)面上去處理，需要新增許多工作量，如任務(wù)分解、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)匯集等，勢(shì)必會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)資源占用，首先要把任務(wù)分解，需要額外占用計(jì)算和存儲(chǔ)資源，其次分解好的數(shù)據(jù)傳送到各個(gè)分布式計(jì)算中心，需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)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(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)資源。這些新增工作量會(huì)帶來(lái)大量能耗，對(duì)運(yùn)營(yíng)商乃至社會(huì)的綠色低碳發(fā)展提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。需要我們研究相應(yīng)的方案和策略，避免因算力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來(lái)能耗的快速增長(zhǎng)，與國(guó)家東數(shù)西算目標(biāo)背道而馳，給國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略帶來(lái)負(fù)面影響。

 

　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗/碳排放與網(wǎng)絡(luò)的感知、互聯(lián)和協(xié)同調(diào)度，能耗感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系從邏輯功能上劃分為網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)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(luò)傳送層六大功能模塊。

 

　　·網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層：一方面將能耗/能源路由層信息匯集并結(jié)合用戶業(yè)務(wù)需求、算網(wǎng)資源等進(jìn)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(yīng)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(duì)能耗/能源的統(tǒng)一抽象描述，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗/能源資源的感知、度量和OAM管理等功能，以支持對(duì)能耗/能源資源的可感知、可度量、可管理和可控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳足跡、節(jié)能應(yīng)用的管理，并可支持未來(lái)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(yīng)用層下發(fā)的信息，將業(yè)務(wù)靈活按需調(diào)度到不同的算力資源節(jié)點(diǎn)中，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果反饋到網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層。

 

　　·網(wǎng)絡(luò)傳送層：提供能耗/能源信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。

 

　　·能耗采控層：對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備(無(wú)線設(shè)備、傳輸設(shè)備、IDC/CDN、空調(diào)、其他配套等)能耗進(jìn)行采集、量綱和匯總，提交路由層；同時(shí)執(zhí)行路由層下發(fā)的能耗管控要求。

 

　　·能源資源層：對(duì)現(xiàn)網(wǎng)使用的能源(火電、太陽(yáng)能、水電、核能、風(fēng)能、電池等)進(jìn)行標(biāo)識(shí)、量綱和匯總，提交路由層；同時(shí)按照路由層下發(fā)的能源要求進(jìn)行配置。

 

　　其中能源資源層、能耗采控層和網(wǎng)絡(luò)傳送層作為低碳算力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施層，網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層、能效管理層和能耗/能源路由層作為實(shí)現(xiàn)低碳算力網(wǎng)絡(luò)體系的三大核心功能模塊。

 

　　最終在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之上構(gòu)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(huì)提供低碳算網(wǎng)服務(wù)。

 

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　　算力網(wǎng)絡(luò)是“云算網(wǎng)融合”的強(qiáng)力助推劑，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)只作為信息傳輸載體，網(wǎng)絡(luò)價(jià)值單一，算力網(wǎng)絡(luò)提供“網(wǎng)絡(luò)﹢算力”的融合服務(wù)，賦能未來(lái)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。此外，算力網(wǎng)絡(luò)可統(tǒng)一調(diào)度未來(lái)社會(huì)中泛在的多樣化算力，以統(tǒng)一服務(wù)的方式，高效、靈活、按需提供給用戶，助力構(gòu)建更開(kāi)放、更多元化、更高價(jià)值的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)能耗和能源分布，構(gòu)建低碳高效算力網(wǎng)絡(luò)，支撐國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略落地。

 

　　算力網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前仍處于發(fā)展起步階段，需要網(wǎng)絡(luò)域、計(jì)算域、能源域協(xié)同創(chuàng)新，是一系列網(wǎng)絡(luò)和能源新技術(shù)的集成融合和創(chuàng)新應(yīng)用，是比特與瓦特融合發(fā)展的終極目標(biāo)，需要業(yè)界聯(lián)合打造算力網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無(wú)所不達(dá)、算力無(wú)處不在、智能無(wú)所不及，綠色低碳發(fā)展。