算網(wǎng)融合發(fā)展，運(yùn)力承載筑基

余璠　王堅(jiān)　陸敏　諸葛毅　陳琛

關(guān)鍵詞：算力網(wǎng)絡(luò)；承載網(wǎng)；數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

一、算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

2022 年全國兩會召開后，建設(shè)數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施成為強(qiáng)烈政策信號?！墩ぷ鲌?bào)告》中提到，建設(shè)數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施，圍繞國家重大戰(zhàn)略部署和“十四五”規(guī)劃，適度超前開展基礎(chǔ)設(shè)施投資。2 月底，國家發(fā)展改革委等多部門聯(lián)合印發(fā)通知，啟動建設(shè)全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，“東數(shù)西算”工程正式啟動。同時(shí)，算力網(wǎng)絡(luò)作為重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施有望迎來加速跑，如何加快推動算力網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新發(fā)展也成了熱議的話題。

算力即計(jì)算能力，是通過對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)結(jié)果輸出的計(jì)算能力。在不同的場景下，算力可以用不同單位來衡量。例如，在加密數(shù)字貨幣場景下，算力的衡量單位是每秒哈希運(yùn)算次數(shù)（Hash/s）；在AI 和圖像處理等場景下，算力的衡量單位是每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)（FLOP/s）。

算力網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)對算網(wǎng)融合發(fā)展趨勢提出的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以算為中心、網(wǎng)為根基，網(wǎng)、云、數(shù)、智、安、邊、端、鏈（ABCDNETS）等深度融合、提供一體化服務(wù)的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的考量方式是從數(shù)據(jù)傳輸角度，考慮信息論層面逼近網(wǎng)絡(luò)的最大容量、吞吐量；算力網(wǎng)絡(luò)不只負(fù)責(zé)傳輸，還要加載存儲、計(jì)算等相關(guān)資源，形成Communication、Cash、Computing 三位一體的3C 資源模式，通過多維度資源的統(tǒng)一協(xié)同調(diào)度，實(shí)現(xiàn)連接和算力在網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化。

自算力網(wǎng)絡(luò)的概念誕生以來，在業(yè)界各方的共同努力下，其標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了很大進(jìn)展。國內(nèi)三大運(yùn)營商積極投入算力網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作中，聯(lián)合開展算力網(wǎng)絡(luò)需求與架構(gòu)、算力路由協(xié)議技術(shù)要求、交易平臺技術(shù)要求、管理與編排要求等標(biāo)準(zhǔn)的研究[1]。圖1 為中國移動算力感知網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)。基于網(wǎng)絡(luò)無處不在的算力資源，算力平臺層完成對算力資源的控制和管理，并通知算力路由層，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)狀況后，將服務(wù)應(yīng)用調(diào)度到合適的節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)資源利用率最優(yōu)。然而，當(dāng)前傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在向算力網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，仍存在許多不足。在算力方面，由于平臺過于集中、時(shí)延難以進(jìn)一步優(yōu)化，算力類型單一、無法滿足新型業(yè)務(wù)模型需求，云邊協(xié)同的統(tǒng)一調(diào)度能力依然為技術(shù)難點(diǎn)等問題；在網(wǎng)絡(luò)方面，有應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層解耦、應(yīng)用感知能力弱，網(wǎng)絡(luò)資源利用不充分、不均衡，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)化經(jīng)濟(jì)模型缺失等問題。

二、算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求

全新的信息化場景對算力網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。

（一）激增的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力需求

AI 模型訓(xùn)練、高性能計(jì)算、多源數(shù)據(jù)一體化分析等大量計(jì)算需求融入業(yè)務(wù)中，對網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力需求增大。如在數(shù)字孿生應(yīng)用場景中，需要龐大的算力將現(xiàn)實(shí)空間中的對象復(fù)現(xiàn)為信息空間中的數(shù)字模型，形成一個(gè)信息實(shí)時(shí)映射、數(shù)據(jù)雙向流通的完整閉環(huán)，服務(wù)于產(chǎn)品的全生命周期。

（二）更高的帶寬和更低的時(shí)延

隨著業(yè)務(wù)的多元化發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和帶寬需求日益嚴(yán)格。如在VR 應(yīng)用場景中，游戲在算力中心服務(wù)器中運(yùn)行，渲染完畢后的游戲畫面通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到終端。對帶寬和時(shí)延敏感的多人交互游戲，可以通過應(yīng)用云邊協(xié)同，同一區(qū)域的玩家通過連接一個(gè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，大大減少時(shí)延。

（三）業(yè)務(wù)架構(gòu)呈現(xiàn)“云－邊－端”的特點(diǎn)

如內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中，中心算力節(jié)點(diǎn)部署在云上，同時(shí)為提升用戶體驗(yàn)，需要將邊緣算力節(jié)點(diǎn)下沉。在商超、住宅、辦公樓宇、校園等算力邊緣節(jié)點(diǎn)通過AI 預(yù)測本地化和熱點(diǎn)內(nèi)容，通過網(wǎng)絡(luò)將內(nèi)容從中心節(jié)點(diǎn)傳送到邊緣節(jié)點(diǎn)，再發(fā)送給用戶。

（四）交互需求增加，業(yè)務(wù)流向復(fù)雜，需要靈活調(diào)度

在智慧家庭場景中，無數(shù)用戶需要和家庭網(wǎng)關(guān)、智能終端等設(shè)備頻繁交互，“萬物互聯(lián)”需要算力網(wǎng)絡(luò)能靈活調(diào)度算力、分發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)本地分析、快速處理、實(shí)時(shí)響應(yīng)。

三、承載網(wǎng)應(yīng)對方案

在算力網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)作為承載、運(yùn)輸算力的基石，連接各算力中心節(jié)點(diǎn)、邊緣節(jié)點(diǎn)及用戶側(cè)終端，可構(gòu)建多樣化算力資源調(diào)度和服務(wù)體系。目前，常見的傳輸承載網(wǎng)絡(luò)類型主要有：SDH、PTN、SPN 及OTN 網(wǎng)絡(luò)。SDH 網(wǎng)絡(luò)主要承載2G 和小顆粒政企業(yè)務(wù)，面臨設(shè)備老舊過保、難以擴(kuò)容改造等問題，無法滿足算力承載需求；PTN 網(wǎng)絡(luò)主要承載2G/4G 業(yè)務(wù)和政企業(yè)務(wù)，無法引入IPv6，不能滿足靈活調(diào)度的算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求。因此，算力的主要承載網(wǎng)絡(luò)為SPN 和OTN，各場景下適用的網(wǎng)絡(luò)類型如表2 所示。

（一）SPN網(wǎng)絡(luò)

SPN 網(wǎng)絡(luò)是一種5G 承載網(wǎng)絡(luò)格式，結(jié)合FlexE 技術(shù)，將5G 大網(wǎng)絡(luò)從邏輯上切分出獨(dú)立子網(wǎng)和端口，滿足各類人、物、車以及各種專網(wǎng)的應(yīng)用需求，減少因物理帶寬共享造成的相互干擾。SPN 網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)有：

①滿足多元化業(yè)務(wù)需求。SPN 網(wǎng)絡(luò)支持L3 層端到端開通，可滿足業(yè)務(wù)靈活調(diào)度的需求；環(huán)路帶寬以10GE 和50GE 為主，滿足大帶寬的需求；設(shè)備及組網(wǎng)支持切片，滿足業(yè)務(wù)保密性要求；在光纜路由條件具備的情況下，設(shè)備及組網(wǎng)支持SR 重路由，滿足業(yè)務(wù)安全性的要求。

②向SRv6 持續(xù)演進(jìn)?；贗Pv6 擴(kuò)展和SRv6 策略映射可具備多維業(yè)務(wù)感知能力，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)應(yīng)用或算力標(biāo)識的動態(tài)感知；基于SRv6 Policy 配置差異化的分組網(wǎng)絡(luò)切片資源，分別承載多元化業(yè)務(wù)；通過支持面向業(yè)務(wù)流量的帶內(nèi)OAM 檢驗(yàn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)丟包和時(shí)延的高精準(zhǔn)監(jiān)測，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維能力。

在算力網(wǎng)絡(luò)中，由于邊緣節(jié)點(diǎn)到用戶終端的路由復(fù)雜、業(yè)務(wù)需求多元化，因此SPN 網(wǎng)絡(luò)更適用于邊緣節(jié)點(diǎn)與用戶終端的互聯(lián)。目前絕大部分業(yè)務(wù)還是基于IPv4協(xié)議，后續(xù)SPN 要向SRv6 協(xié)議演進(jìn)，以更好地滿足算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。

（二）OTN網(wǎng)絡(luò)

OTN 網(wǎng)絡(luò)即光傳送網(wǎng)，主要承載傳輸組網(wǎng)電路、OLT 業(yè)務(wù)和大顆粒政企業(yè)務(wù)。OTN 有SNCP、OLP 等保護(hù)機(jī)制存在，保障能力較強(qiáng)；業(yè)務(wù)由剛性管道承載，不會發(fā)生流量搶占問題。但傳統(tǒng)OTN 承載業(yè)務(wù)的調(diào)度能力較差，對多流向業(yè)務(wù)的承載能力不足，不適合邊緣算力節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)。F5G OTN 網(wǎng)絡(luò)采用最新的OXC 技術(shù)，具備超大容量、超長距離、靈活調(diào)度等優(yōu)勢，F(xiàn)5G 全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵創(chuàng)新主要有以下幾點(diǎn)：

① 超高速、超大容量傳輸能力?；贕.654.E光纖具備的低損耗和大有效面積特性，F(xiàn)5G 可具備400G/800G 高速傳輸能力，構(gòu)建超高速、超長距、大容量光網(wǎng)絡(luò)，可更好地服務(wù)于“東數(shù)西算”戰(zhàn)略實(shí)施。

② OXC 技術(shù)助力構(gòu)建全光動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。相比較傳統(tǒng)ROADM 方案，OXC 可提供F5G 高品質(zhì)全光網(wǎng)絡(luò)的3 大創(chuàng)新：站內(nèi)“0”連纖（全光交換，免內(nèi)部連纖），運(yùn)維智能化（創(chuàng)新架構(gòu)簡化擴(kuò)維難度，數(shù)字化光層使能光層可視），超低時(shí)延（多方向交叉調(diào)度，業(yè)務(wù)一跳直達(dá)）。

③波分復(fù)用持續(xù)下沉。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，波分復(fù)用技術(shù)持續(xù)下沉，網(wǎng)絡(luò)層級從骨干、核心層到匯聚、接入層，逐步構(gòu)建端到端大容量全光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)綠色高效的光連接，為滿足多元化的全光業(yè)務(wù)需求、推動光網(wǎng)絡(luò)開放奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

算力網(wǎng)絡(luò)中，F(xiàn)5G OTN 的超高速率、超大容量、超長距離等優(yōu)勢，可為算力中心之間互聯(lián)提供強(qiáng)大的運(yùn)力保障；架構(gòu)穩(wěn)、覆蓋全的OXC 全光錨點(diǎn)，可為算力節(jié)點(diǎn)到邊緣節(jié)點(diǎn)的算力調(diào)度提供高速泛在光接入，實(shí)現(xiàn)靈活便捷全光入云。

四、承載網(wǎng)數(shù)字化規(guī)劃建設(shè)

在算力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，對數(shù)據(jù)信息的管控是運(yùn)營商數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)。承載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化規(guī)劃建設(shè)主要包括網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)模型智能化及網(wǎng)絡(luò)管控智能化。

（一）網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)模型智能化

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、5G、VR 等新業(yè)務(wù)和新技術(shù)蓬勃發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟(jì)下新的價(jià)值體系正在重建。建立網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)模型，為運(yùn)營商診斷網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、優(yōu)化業(yè)務(wù)性能、減輕運(yùn)營負(fù)擔(dān)及改善用戶體驗(yàn)帶來無限可能。在建立網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部經(jīng)濟(jì)模型的過程中，需要將管道、光纜、機(jī)房等啞資源也折算成網(wǎng)絡(luò)成本進(jìn)行測算。其中，光纜啞資源長期缺乏有效監(jiān)控、運(yùn)維手段，業(yè)務(wù)中斷后部分網(wǎng)絡(luò)成為孤島。利用AI 實(shí)現(xiàn)啞資源的自動識別、數(shù)字化管理，可提升傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)效率，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)健壯性，支撐算網(wǎng)融合發(fā)展。

（二）網(wǎng)絡(luò)管控智能化

算力網(wǎng)絡(luò)時(shí)代來臨，應(yīng)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能不能就近、實(shí)時(shí)、按需地構(gòu)建計(jì)算資源面向需求的映射關(guān)系。傳統(tǒng)的基于人工的網(wǎng)絡(luò)資源管控?zé)o法滿足算力網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)資源大規(guī)模、靈活的調(diào)度需求，網(wǎng)絡(luò)管控亟需引入智能化。要達(dá)到算力網(wǎng)絡(luò)的部署要求，還需要在以下幾個(gè)場景中引入智能化：

①資源梳理智能化。算力網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度是根據(jù)存量資源實(shí)時(shí)安排的，流量、帶寬、存儲、CPU 等各類和算力相關(guān)的資源也將呈現(xiàn)動態(tài)變化的趨勢，只有將資源的數(shù)量做到智能化，才能做到資源的動態(tài)調(diào)度。

②業(yè)務(wù)配置智能化。在智能調(diào)度場景下，“云－邊－端”模型催生大量智能“端”設(shè)備，業(yè)務(wù)配置智能化以賦予控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面智能化為目標(biāo)，將貼近配置層面的服務(wù)器下沉至邊緣，避免集中化網(wǎng)管系統(tǒng)算力不足的問題。

③路由尋址智能化。路由尋址的智能化主要包括兩方面，一是對ETH OAM、丟包率、時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)隨流檢測，做網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的智能分析；二是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，綜合算力信息分配最優(yōu)算力點(diǎn)，感知算力上下線，計(jì)算最優(yōu)算力路由。

④網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維智能化。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維中，運(yùn)用人工智能開發(fā)自動化輔助工具進(jìn)行各項(xiàng)故障數(shù)據(jù)的收集和通報(bào)、故障的協(xié)助處理，幫助提高基礎(chǔ)運(yùn)維效率。同樣，運(yùn)維智能化也可采用“云－邊－端”算力架構(gòu)，將需要快速協(xié)同處理和通報(bào)的數(shù)據(jù)在邊緣數(shù)據(jù)中心處理，將總體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況數(shù)據(jù)上傳到算力中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。

五、結(jié)束語

算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是我國迎接5G時(shí)代的重要戰(zhàn)略部署，算力和網(wǎng)絡(luò)融合是未來信息革命的必經(jīng)之路，對各行各業(yè)的轉(zhuǎn)型具有重要意義[3]。加快算力網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新發(fā)展，有助于贏得科技競爭主動權(quán)，加速構(gòu)建數(shù)字經(jīng)濟(jì)引領(lǐng)的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，助推共同富裕；強(qiáng)化算力資源的互聯(lián)和統(tǒng)一調(diào)度，推動算力網(wǎng)絡(luò)物理空間、邏輯空間、異構(gòu)空間融通發(fā)展，是未來算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。

在算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)背景下，傳輸承載網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)仍存在諸多挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)各方需要共同努力，構(gòu)建服務(wù)于數(shù)字經(jīng)濟(jì)、實(shí)體經(jīng)濟(jì)的算力網(wǎng)絡(luò)底座，以建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會為己任，落實(shí)“東數(shù)西算”工程，推動算力經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以更高品質(zhì)的算力網(wǎng)絡(luò)，支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展、市民生活和城市治理等各領(lǐng)域的數(shù)字化應(yīng)用，推動數(shù)字紅利全民普惠。

作者單位：余璠 王堅(jiān) 陸敏 諸葛毅 陳琛中國移動通信集團(tuán)浙江有限公司杭州分公司