算力網(wǎng)絡(luò)部署策略研究與實現(xiàn)

歐陽恩山，夏 巍

（中國聯(lián)通湖南省分公司，湖南長沙 430100）

0 前言

2022 年2 月18 日，國家正式啟動“東數(shù)西算”工程，突顯了數(shù)字經(jīng)濟在國家發(fā)展中的戰(zhàn)略地位。2022年5 月27 日，湖南省政府辦公廳印發(fā)《湖南省算力支撐能力提升行動方案（2022—2025 年）》，要求加強省內(nèi)算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立一體化算力服務(wù)體系，全面提升數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的算力支撐能力。

面對新的時代機遇，湖南聯(lián)通全面承接政府發(fā)展策略，積極籌劃算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作。依據(jù)省內(nèi)“十四五”發(fā)展規(guī)劃成果，全面分析各地（市）、各行業(yè)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展趨勢及其算力需求，基于自身網(wǎng)絡(luò)資源現(xiàn)狀，研究算力網(wǎng)絡(luò)部署方案，構(gòu)建多層次算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施體系，全面支撐多樣化的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展需求。本文在深入分析、預(yù)測各種算力需求的基礎(chǔ)上，針對各類業(yè)務(wù)算力冷、熱、溫數(shù)據(jù)特點，從算力資源、算網(wǎng)資源2個方面，研究適合未來發(fā)展需求的算力網(wǎng)絡(luò)部署策略，并依此指導(dǎo)湖南聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)，打造低時延、廣連接、便捷化的服務(wù)型算力網(wǎng)絡(luò)。

1 算力需求分析

1.1 數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展趨勢

隨著數(shù)字技術(shù)由消費領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、由虛擬經(jīng)濟向?qū)嶓w經(jīng)濟延伸，以云為基礎(chǔ)、網(wǎng)為核心的算力網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施，正成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、元宇宙等新技術(shù)新應(yīng)用的承載基礎(chǔ)。算力網(wǎng)絡(luò)時代新業(yè)務(wù)應(yīng)用場景發(fā)展如圖1所示。

1.2 湖南省政府“十四五”發(fā)展規(guī)劃分析

圍繞算力、算法、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用資源集約化和服務(wù)化創(chuàng)新，聚焦智能制造、視頻文創(chuàng)等優(yōu)勢領(lǐng)域，加快布局建設(shè)一批算力應(yīng)用場景。鼓勵和支持互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和應(yīng)用服務(wù)企業(yè)，加快研發(fā)各類基于云和高帶寬的應(yīng)用產(chǎn)品，豐富應(yīng)用類型和場景，壯大算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用生態(tài)。省政府“十四五”規(guī)劃涉及算力網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容包括：先進制造業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)強基工程，數(shù)字文化，中小企業(yè)上云，新型智慧交通網(wǎng)、能源網(wǎng)、水利網(wǎng)建設(shè)工程，創(chuàng)新平臺建設(shè)計劃等。

1.3 截至2025年全省算力需求測算

根據(jù)算力衡量模型與業(yè)務(wù)分類，同時結(jié)合湖南省“十四五”發(fā)展規(guī)劃成果與業(yè)界算力增長定律（每12個月增長1 倍），經(jīng)過詳細分析，聚焦未來算力發(fā)展的十八大主要行業(yè)市場?；诂F(xiàn)有案例數(shù)據(jù)，預(yù)計到2025年，全省算力總需求為10.1 EFLOPS、存儲50 EB，詳細數(shù)據(jù)如表1所示。

2 算力資源部署策略

算力網(wǎng)絡(luò)布局，主要為承接國家與集團發(fā)展戰(zhàn)略，滿足省內(nèi)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展要求，在中國聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)下，夯實算力資源、算網(wǎng)絡(luò)資源兩大板塊，構(gòu)建以省級數(shù)據(jù)中心和地（市）數(shù)據(jù)中心相結(jié)合的泛在算力結(jié)構(gòu)，打造低時延、廣連接、智能化、便捷化的一體化新型算力網(wǎng)絡(luò)。

2.1 算力資源部署策略及建設(shè)方案

2.1.1 基于“云邊端”的算力布局

湖南聯(lián)通以“3+12+X”作為全省目標架構(gòu)，建設(shè)3個省級節(jié)點，12 個地（市）云池，若干個邊緣云池。省內(nèi)算力網(wǎng)絡(luò)3 級云架構(gòu)如圖2 所示。3 個省級節(jié)點分別連接國家算力樞紐節(jié)點：長沙河西云基地數(shù)據(jù)中心西出湘西直連成渝；長沙閱讀基地數(shù)據(jù)中心北出岳陽直連武漢、東出株洲直連昌九；衡陽數(shù)據(jù)中心南出郴州直連粵港澳，為中三角城市群提供數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的核心生產(chǎn)力。省內(nèi)骨干樞紐發(fā)展思路如圖3所示。

圖2 省內(nèi)算力網(wǎng)絡(luò)3級云架構(gòu)示意圖

圖3 省內(nèi)骨干樞紐發(fā)展思路示意圖

以“5G 網(wǎng)絡(luò)+泛在數(shù)據(jù)中心”，打造“云-邊-端”新3 層智慧連接架構(gòu)?！霸?邊-端”新3 層智慧連接架構(gòu)如圖4所示。在云中心側(cè)以領(lǐng)先的開放網(wǎng)絡(luò)平臺為核心，打造高性能、低成本、彈性可擴展的泛在算力解決方案，實現(xiàn)一點入云，多云可達。

圖4 “云-邊-端”新3層智慧聯(lián)接架構(gòu)示意圖

2.1.2 地（市）算力需求測算

根據(jù)表1 的測算，全省算力總需求為10.1 EFLOPS、存儲50 EB，湖南聯(lián)通規(guī)劃部署其中三分之一的算力資源，算力3 516 PFLOPS、存儲17 670 PB。依據(jù)不同地（市）GDP、人口規(guī)模、人均社消、地域位置等因素，將總算力資源需求分配到全省14個地（市）：

某地（市）算力=A×E×50%+B×E×25%+C×E×15%+D×E×10%

其中，A為GDP占比，B為人口占比，C為人均社消占比，D為位置重要性占比，E為湖南聯(lián)通部署總算力。其中，GDP、人口、人均社消、位置因素在全省規(guī)劃部署總算力的占比權(quán)重分別設(shè)為50%、25%、15%、10%。

依此計算出到2025 年全省14 個地（市）的算力需求，詳見表2。

表2 截至2025年全省各地（市）總算力部署規(guī)模詳表

2.1.3 基于數(shù)據(jù)特征的地（市）算力資源布局

根據(jù)冷、溫、熱數(shù)據(jù)的特點，對各場景算力需求進行分類，作為省級骨干云池、地（市）級骨干云池、邊緣云池算力部署規(guī)模的重要依據(jù)，按照以下策略分別確定各地（市）3級云池算力部署規(guī)模：

某地（市）邊緣云池算力=某地（市）熱算力=某地（市）總算力×10%

某地（市）骨干云池算力=某地（市）溫算力=某地（市）總算力×65%

地（市）1（長沙）與地（市）6（衡陽）的溫算力，直接部署到省級骨干云池。

省級云池算力=周邊其他地（市）冷算力+本地（市）冷算力+本地（市）溫算力

某地（市）冷算力取值為當(dāng)?shù)乜偹懔Φ?5%。

依此計算出到2025 年的省級骨干云池算力部署規(guī)模為1 672 PFLOPS、8 395 PB；地（市）骨干云池算力部署規(guī)模為1 492 PFLOPS、7 508 PB；邊緣云池算力部署規(guī)模為352 PFLOPS、1 767 PB。

到2025 年全省骨干云池與邊緣云池算力能力部署規(guī)模如表3所示。

表3 截至2025年全省骨干云池與邊緣云池算力能力部署規(guī)模

2.1.4 安全容災(zāi)的算力布局

加強網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全頂層設(shè)計，建設(shè)安全管理、安全技術(shù)、安全標準協(xié)同保障的三大安全體系，推動算網(wǎng)安全從單點可控邁向全程可信。根據(jù)應(yīng)用對算力的不同需求，建設(shè)算力體系的容災(zāi)備份節(jié)點，提升算力體系的安全穩(wěn)定性。容災(zāi)按區(qū)域進行規(guī)劃，省級云池互為備份，地（市）骨干云池在省級云池做備份，分4個區(qū)域進行容災(zāi)備份，省級云池按當(dāng)前存儲100%+50%進行容量規(guī)劃，未來按照100%+100%進行容量規(guī)劃。

3 算網(wǎng)資源部署策略及建設(shè)方案

面向算網(wǎng)一體，構(gòu)建覆蓋所有DC新架構(gòu)的“光+IP網(wǎng)”綜合承載網(wǎng)絡(luò)，具備無損網(wǎng)絡(luò)、綠色超寬、品質(zhì)聯(lián)算、彈性敏捷、確定性體驗、應(yīng)用級保障六大特征，能夠提供穩(wěn)定、安全、智能、高效、靈活的算網(wǎng)融合服務(wù)能力，全省算力網(wǎng)絡(luò)目標架構(gòu)如圖5所示。

圖5 算力網(wǎng)絡(luò)目標架構(gòu)示意圖

3.1 基礎(chǔ)承載網(wǎng)架構(gòu)優(yōu)化

結(jié)合算力需求逐步優(yōu)化現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成面向區(qū)域DC、核心DC、邊緣DC 等3 級算力基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，提供高品質(zhì)的云資源池及算力服務(wù)。基礎(chǔ)架構(gòu)演進方向如圖6所示。

圖6 基礎(chǔ)架構(gòu)演進方向

3.2 打造多級低時延圈

骨干光纜網(wǎng)主要優(yōu)選低時延路由方式建設(shè)，通過對比分析不同傳輸路徑的長度，確定合適的路由方案，首選高速公路與高鐵線路形成最短路由?；贠XC+ASON 技術(shù)打造1、3、5 ms超低時延全光網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)：1 ms-城市內(nèi)、3 ms-長株潭城市群、5 ms-省內(nèi)的低時延目標。

3.3 全光底座部署策略

圍繞全光ROADM/OXC 骨干網(wǎng)、OTN政企精品網(wǎng)，持續(xù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，推進光電融合，提升關(guān)鍵能力，打造超低時延、泛在光接入、智能敏捷、安全可控的算力時代全光底座。全光底座目標架構(gòu)如圖7所示。通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、光纜網(wǎng)、傳輸系統(tǒng)3 個方面的建設(shè)與布局，構(gòu)建面向未來智慧全光底座。

圖7 全光底座目標架構(gòu)

a）“雙節(jié)點、多路由、雙平面”，確保一干出省、省干出地（市）“雙局址”，地（市）間光纜“多路由”，省干網(wǎng)絡(luò)“雙平面”，提升網(wǎng)絡(luò)的安全性和健壯性。

b）圍繞DC 機房布局，干線統(tǒng)籌，完善地（市）間高速公路光纜布局，持續(xù)優(yōu)化時延，為網(wǎng)絡(luò)扁平化奠定基礎(chǔ)。

c）省干傳輸網(wǎng)通過OXC+OTN 雙節(jié)點、雙平面架構(gòu)，覆蓋169 網(wǎng)骨干節(jié)點、省/地（市）數(shù)據(jù)中心、云資源池、重要大客戶節(jié)點，滿足以DC 為中心的組網(wǎng)需求，通過SDN 管控，實現(xiàn)算網(wǎng)業(yè)務(wù)的高質(zhì)量傳送，打造安全可靠、時延領(lǐng)先、競爭力強的政企精品網(wǎng)。

3.4 智能IP網(wǎng)絡(luò)部署

面向算力資源的靈活承載和調(diào)度，依托現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源和技術(shù)發(fā)展，研究構(gòu)建能夠提供確定性服務(wù)能力的智能IP 網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供具有確定性時延、確定性帶寬和確定性網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

3.4.1 打造算網(wǎng)一體的高品質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)

短期內(nèi)保持骨干網(wǎng)雙平面，14 個本地網(wǎng)及2 個IDC 匯聚出口，以口字型直聯(lián)骨干出口架構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測適度超前進行網(wǎng)絡(luò)擴容，推動與全國算力核心的直聯(lián)，在省內(nèi)加快與中國電信、中國移動直聯(lián)點建設(shè)，滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

進一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和傳輸網(wǎng)絡(luò)，加大低時延平面的建設(shè)，如新增貴陽、南昌等方向的BR 直達電路，為用戶提供更低時延、更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)保障。

3.4.2 打造面向邊緣算力和多業(yè)務(wù)融合承載的智能城域網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)邊緣算力和多業(yè)務(wù)承載需求，建設(shè)高質(zhì)高效、智能化、有競爭力的綜合智能城域網(wǎng)，實現(xiàn)各類業(yè)務(wù)的綜合承載。發(fā)揮智能城域網(wǎng)簡化架構(gòu)、簡化設(shè)備、自主可控、統(tǒng)一SDN 管控等優(yōu)勢，加快推進切片差異化服務(wù)能力和SRv6、EVPN、FlexE、iFit 等新技術(shù)部署，實現(xiàn)算力資源的“一跳入算、一跳入云”，算力資源快速送達，建設(shè)高品質(zhì)的算力網(wǎng)絡(luò)。

4 應(yīng)用案例

湖南教育算力網(wǎng)絡(luò)是以政企精品網(wǎng)作為底層網(wǎng)絡(luò)承載，為全省教育行業(yè)打造的省、市、區(qū)/縣3 級云架構(gòu)算力網(wǎng)絡(luò)，通過“算力+網(wǎng)+應(yīng)用”的模式，將各種教育行業(yè)云應(yīng)用，以算力的方式輸送到校園內(nèi)的各個場景，為教師、學(xué)生快速提供各種高品質(zhì)的教學(xué)、安全等算網(wǎng)服務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)、生活的智能化和數(shù)字化升級。湖南教育算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用拓撲圖如圖8所示。

圖8 湖南教育算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用拓撲圖

5 結(jié)束語

本文根據(jù)全省數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展需求，對不同行業(yè)的算力需求進行了分析，深入研究了湖南聯(lián)通的算力資源、算網(wǎng)資源部署策略和規(guī)劃建設(shè)方案，目前正積極推進相關(guān)數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，全省已完成2 個省級云池、7 個地（市）云池的初期規(guī)模部署，并同步將算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到校園、工業(yè)制造、醫(yī)院等場景。后續(xù)將根據(jù)技術(shù)的發(fā)展演進，持續(xù)跟蹤研究算力的智能調(diào)度、確定性網(wǎng)絡(luò)、算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等多方面的課題，為數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展構(gòu)建新一代數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。