淺談算力網(wǎng)絡的組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)體系

我們詳細看看算力網(wǎng)絡的組網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)體系。

█ 算力網(wǎng)絡的架構(gòu)

之前我提到過，算力網(wǎng)絡的作用，是為用戶提供算力資源服務。 ? 它將算力資源徹底“融入”通信網(wǎng)絡，以一個更整體的形式，提供最符合用戶需求的算力資源服務。 ?

這是一個高度靈活、高度智能的網(wǎng)絡。

算力網(wǎng)絡的核心特征，是它通過算力，實現(xiàn)了對算力資源、網(wǎng)絡資源的全面接管，可以讓網(wǎng)絡實時感知用戶的算力需求，以及自身的算力狀態(tài)。經(jīng)過分析后，算力網(wǎng)絡可以調(diào)度不同位置、不同類型的算力資源，為用戶服務。

我們可以把它理解成一個“萬能水龍頭”。它總能夠按你的需要，提供合適強度、合適溫度、合適酸堿度的水流，讓你擁有最好的用水體驗。

?

那么，我們自然會很好奇，這個“萬能水龍頭”的背后，究竟是一張怎樣的“水網(wǎng)”？它是如何進行資源控制和調(diào)度的？

接下來，我們就看看算力網(wǎng)絡的體系架構(gòu)。

首先，我需要提前說明一下，算力網(wǎng)絡目前還是一個研究中的技術(shù)，并沒有完全定型。所以，我下面給出的，只是各個運營商和設(shè)備商的算力網(wǎng)絡架構(gòu)（設(shè)想）圖，相互之間會存在一定的差異。而且，未來也很可能在發(fā)生變動，請大家知悉。

下面的這幾張，就是運營商和設(shè)備商比較有代表性的算力網(wǎng)絡架構(gòu)（設(shè)想）圖：

中國移動（來自《算力網(wǎng)絡技術(shù)白皮書》，2022） ?

中國移動（來自《算力網(wǎng)絡白皮書》） ?

中國聯(lián)通（來自華為WIN-WIN創(chuàng)新周，2022） ?

中國聯(lián)通算力網(wǎng)絡架構(gòu)（來自《算力網(wǎng)絡架構(gòu)與技術(shù)體系白皮書》）

中國電信云網(wǎng)融合目標技術(shù)架構(gòu)

（來自《云網(wǎng)融合2030技術(shù)白皮書》）

華為（來自華為WIN-WIN創(chuàng)新周，2022）

這些圖都有點復雜，相信大家都不太看得懂。我畫一個簡單的示意圖，大家應該能看明白：

簡單來說，還是信息通信的分層思想，按層級來看，就能理清思路。為了減輕閱讀壓力，大家可以先把右邊的綠色低碳和安全防護先pass掉。

我們從下往上，一層一層來看。

算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施

算力網(wǎng)絡的最下層，依然是算網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層，這個逃不掉的。在算力網(wǎng)絡中，基礎(chǔ)設(shè)施不再僅僅是算力資源（CPU、存儲、GPU等），還包括了網(wǎng)絡資源。

在算力資源這邊，對算力基礎(chǔ)設(shè)施的整合，依舊是以云技術(shù)為核心，包括云原生、虛擬化、容器等。

在這里，和算力有關(guān)的一些底層新技術(shù)創(chuàng)新，也值得關(guān)注，例如異構(gòu)計算、無服務計算（Serverless Computing）、存算一體、算力卸載等。大家可以先不管，以后再專題介紹。

網(wǎng)絡這邊，變化比較大。前幾期文章給大家介紹過，云網(wǎng)融合趨勢下的網(wǎng)絡變化，用一句話來解釋，就是把封閉的網(wǎng)，變得更開放（解耦），讓它變成像計算機一樣，可以通過軟件的方式（軟件定義），去給它下“命令”。

網(wǎng)絡的底層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層），在傳輸網(wǎng)這邊，依舊是光（只有光，才能保證通信帶寬和容量等基本硬指標）。光底層的技術(shù)，例如OTN、OXC、ROADM、C+L頻段、400G/800G啥的，都還是它們，沒有什么區(qū)別。 ? 在接入網(wǎng)那邊，5G NR、PON（50G-PON），也沒有什么特別（除了邊緣算力會有點關(guān)系之外）。 ? 變化大的，在網(wǎng)的上層。我們待會再講。 ?

算網(wǎng)一體（算力資源管理、網(wǎng)絡資源管理）

再往上，開始有不一樣了。因為算力網(wǎng)絡要調(diào)度算力和網(wǎng)絡資源，所以，需要對資源進行“預處理”和“銜接”。（這一層，其實很多架構(gòu)里都歸于編排管理層。我覺得單獨拎出來，會比較容易理解一些。）

這一層，最值得關(guān)注的是算力路由。

算力網(wǎng)絡和傳統(tǒng)網(wǎng)絡的最大區(qū)別，在于它所擁有三大特性。第一大特性，就是算力路由。 ? 在算力之前，先要說說算力感知。 ? 算力感知是網(wǎng)絡對算力資源和算力服務的部署位置、實時狀態(tài)、負載信息、業(yè)務需求的全面感知。中國移動的算力感知網(wǎng)絡白皮書，就是站在算力感知的角度，進行分析的。 ?

算力感知網(wǎng)絡的體系架構(gòu) （來自中國移動《算力感知網(wǎng)絡CAN技術(shù)白皮書2021》） ? 一方面，各算力節(jié)點將算網(wǎng)信息度量建模后統(tǒng)一發(fā)布，網(wǎng)絡通過對多節(jié)點上報的算網(wǎng)信息進行聚合，構(gòu)建全局統(tǒng)一的算網(wǎng)狀態(tài)視圖。另一方面，網(wǎng)絡完成對業(yè)務算網(wǎng)需求的統(tǒng)一解析，實現(xiàn)對業(yè)務的全面感知，為基于業(yè)務需求進行算力調(diào)度提供保障。 ?

算力狀態(tài)感知與通告 （來自《算力感知網(wǎng)絡CAN技術(shù)白皮書2021》） ? 說白了，算力感知的目的，就是摸清手上到底有多少資源，用戶到底有怎樣的需求。 ?

感知的對象，肯定需要進行度量和標識。于是，就有了算力度量和算力標識。

這兩塊，運營商目前非常重視。

算力這個東西存在多樣性，也存在異構(gòu)硬件芯片，所以，目前還沒有形成統(tǒng)一的度量體系和標準。這會對建立統(tǒng)一的算力模型造成麻煩。很簡單，度量單位都不一樣，如何進行算力評估和計費？

算力標識的話，就相當于算力的身份證。用戶通過算力標識指示所需服務，網(wǎng)絡通過解析算力標識獲取目標算力服務、算力需求等信息，為算力調(diào)度等提供基礎(chǔ)。這個算力標識，必須是全局統(tǒng)一且可驗證的。

好了，接下來，就是算力路由。 ? 在剛才那個中國移動的算力感知網(wǎng)絡架構(gòu)圖里，在算力資源層之外，還單獨劃了一個算力路由層。 ? 算力路由層是算力感知網(wǎng)絡的核心功能層，支持對網(wǎng)絡、計算、存儲等多維資源、服務的感知與通告，實現(xiàn)“網(wǎng)絡+計算”的聯(lián)合調(diào)度。 ? 算力路由層，包括算力路由控制技術(shù)和算力路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務請求在路由層的按需調(diào)度。 ? 說到算力路由，肯定就要說到CFN（Computing First Networking，計算優(yōu)先網(wǎng)絡）。 ? CFN廣義上有時候會被用來指代整個算力網(wǎng)絡。但是，在這里，CFN是一種分布式路由協(xié)議，在不同邊緣云之間，按需進行著算力的調(diào)度和均衡。 ?

CFN技術(shù)架構(gòu)（來自《算力感知網(wǎng)絡技術(shù)白皮書》）

CFN這個東西其實很有意思。我們傳統(tǒng)理解的路由，都是數(shù)據(jù)報文的路由。CFN這里的路由，是將計算資源狀況和網(wǎng)絡資源狀況作為路由信息，發(fā)布到網(wǎng)絡。然后呢，網(wǎng)絡基于虛擬的服務ID，將計算任務報文，路由到最合適的計算節(jié)點。 ? 目前，CFN協(xié)議主要通過在業(yè)務路由的BGP報文頭中，以擴展字節(jié)信息的方式攜帶算力信息，將網(wǎng)絡中計算節(jié)點的負載情況實時向全網(wǎng)進行擴散。 ? 很顯然，算力路由和CFN，是上一層進行算力調(diào)度的前提。

編排管理

再往上，就是算力網(wǎng)絡的核心關(guān)鍵部分——編排管理。 ? 搞過核心網(wǎng)NFV（網(wǎng)元功能虛擬化）的同學，對編排一定非常熟悉。在NFV架構(gòu)里，就有編排。這是一個很有意思的詞，把你給“收編、安排”了。說白了，就是完全控制和調(diào)度。 ? 算力網(wǎng)絡的第二大特性，就是算力調(diào)度。 ? 算力調(diào)度，就是基于算網(wǎng)大腦，進行全網(wǎng)算力資源的智能編排、彈性調(diào)度。 ? 更具體來說，是：完成算力運營及算力服務編排，完成對算力資源和網(wǎng)絡資源的管理，包括對算力資源的感知、度量和OAM管理等；實現(xiàn)對終端用戶的算網(wǎng)運營，以及對算力路由層和網(wǎng)絡資源層的管理。 ? 算力資源被感知、標識和感知之后，為了進行管理，還有一個算力資源管理的邏輯過程（也有被單獨稱為：算力管理層）。主要包括算力注冊、算力OAM（性能監(jiān)控、故障管理）、算力運營（計費管理、服務合約等）。 ?

算力管理層

（來自《算力感知網(wǎng)絡CAN技術(shù)白皮書2021》）

這個功能劃分就很麻煩。在有的運營商架構(gòu)圖里，這塊被定義為算力管理層，單獨存在。而在有的架構(gòu)圖里，沒有這一層，劃在了編排管理層。所以說，各個理解都不一樣，很頭大。反正大家要知道，有這么一個功能組。 ? 想要實現(xiàn)它，肯定離不開一個控制網(wǎng)絡的“神經(jīng)中樞”。

調(diào)度和編排算力網(wǎng)絡的核心控制部分，有的運營商把它叫做“算網(wǎng)大腦”。

這個“算網(wǎng)大腦”，有四個重要的作用：

1、獲取全域?qū)崟r的算、網(wǎng)、數(shù)資源，以及云、邊、端分布情況，構(gòu)建全域態(tài)勢感知地圖。

2、跨域協(xié)同調(diào)度，將多域協(xié)同的調(diào)度任務智能、自動地分解給各個使能平臺，實現(xiàn)算、網(wǎng)、數(shù)的資源調(diào)度。

3、多域融合編排，針對多域融合業(yè)務需求，基于算、網(wǎng)、數(shù)的原子能力按需靈活組合編排。

4、智能輔助決策，基于不同業(yè)務的SLA要求、網(wǎng)絡整體負載、可用算力資源池分布等因素，智能、動態(tài)地計算出算、網(wǎng)、數(shù)的最優(yōu)協(xié)同策略。

算網(wǎng)管理編排層，維護全局靜態(tài)的算力、服務和網(wǎng)絡拓撲信息，并同步給各入口算力路由節(jié)點。算力路由節(jié)點維護算力服務的拓撲信息以及算力資源和網(wǎng)絡的資源實時狀態(tài)信息，通過分布式算力路由節(jié)點進行算網(wǎng)協(xié)同調(diào)度。 ? “算網(wǎng)大腦”是算力網(wǎng)絡的神經(jīng)中樞，統(tǒng)籌全局資源，重要性不言而喻。
在“算網(wǎng)大腦”中引入AI人工智能，那肯定是不用說了。除了AI之外，現(xiàn)在，運營商和設(shè)備商還打算往里面塞“數(shù)字孿生”、“意圖引擎”，極力提升“算網(wǎng)大腦”的智能化水平。 ? 說實話，仔細看管理編排層，我就有一種感覺，算力網(wǎng)絡就是SDN和NFV技術(shù)的升級加融合，處處都是這兩個技術(shù)的影子。只不過，表面又加上很多其它的技術(shù)，形成了一個更完整、更龐大的體系。 ?

服務運營

算力大腦之上，是不是就沒有了？并不是，別忘了，我們還有服務運營層。

服務運營層，說白了，就是給上層應用提供管控算力網(wǎng)絡的接口。算網(wǎng)大腦不是真正的老板，只是一個“大管家”。真正管控網(wǎng)絡的，是上層用戶和應用。

服務運營層的目的，就是向上提供算力網(wǎng)絡的能力開放。重點技術(shù)包括：算力交易、算力并網(wǎng)、算力封裝、意圖感知等。

算力網(wǎng)絡的第三大特性，就是算力交易。

路由、調(diào)度、交易，是算力網(wǎng)絡三大特性

算力交易是算力網(wǎng)絡的一個重要創(chuàng)新。

在算力和網(wǎng)絡沒有融合之前，用戶使用誰家的云計算，就給誰錢，使用誰家的通信網(wǎng)絡，就給誰錢。算網(wǎng)融合后，算力到處都是，調(diào)度來調(diào)度去，你到底該給誰錢？

算力交易，就是為了解決這個問題。

在算力交易場景中，會有一個可信泛在算力交易平臺。

來自《算力網(wǎng)絡——云網(wǎng)融合2.0時代的網(wǎng)絡架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)》

大致過程是這樣的：

首先，算力消費方提出詳細的算力需求。然后，算力交易平臺根據(jù)需求，將可用的資源整合，生成一個算力網(wǎng)絡資源表。根據(jù)時延和成本等因素，會有對應的報價。接下來，算力消費方根據(jù)資源表，選擇一個最適合自己的“套餐”。然后，就是在算力交易平臺上簽訂交易合約。再然后，交易平臺根據(jù)合約，通過算力網(wǎng)絡調(diào)度資源，并且更新資源信息。最后，合約結(jié)束，服務終止，釋放資源。

算力網(wǎng)絡交易平臺

（來自《整合多方算力網(wǎng)絡，實現(xiàn)計算資源利用率最優(yōu)》，雷波）

在21世紀，凡是提到交易模式，就一定會牽扯到一個詞——區(qū)塊鏈。

是的沒錯，算力交易平臺，也是借助區(qū)塊鏈技術(shù)，實現(xiàn)分布式賬本、匿名交易等功能。

綜上所述，算力網(wǎng)絡緊密圍繞用戶的算力需求，覆蓋了算力產(chǎn)生、調(diào)度、交易、消費的全生命周期。算力網(wǎng)絡想要實現(xiàn)的，就是算隨人動，算隨“需求”動，達到極致完美的算力供給與需求匹配，一點也不將就，一點也不浪費。

█ 算力網(wǎng)絡的標準進展

這幾年，算力網(wǎng)絡在國內(nèi)非常熱門。不管是運營商還是設(shè)備商，都極為重視這個概念。

尤其是國內(nèi)運營商，對算力網(wǎng)絡簡直就是到了狂熱的地步。

原因很簡單，國外運營商很少碰網(wǎng)，基本上就是搞搞通信，最多搞搞傳統(tǒng)通信的云化。而國內(nèi)運營商，既有網(wǎng)，又有云，特別希望把網(wǎng)和云的資源融合、盤活。而且，我們國家比較重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，算力網(wǎng)絡是重要的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，所以，運營商作為國企，也特別看重這塊的積累。

一方面，為了掌握技術(shù)標準的主動權(quán)，另一方面，為了品牌宣傳和形象造勢，三大運營商在算力網(wǎng)絡上就開始卷起來了。

2019年，是公認的算力網(wǎng)絡元年。這一年的11月1日，中國聯(lián)通率先行動，在北京PT展期間，發(fā)布了《中國聯(lián)通算力網(wǎng)絡白皮書》。這是國內(nèi)第一本和算力網(wǎng)絡相關(guān)的白皮書。

此后，國內(nèi)運營商們爭先恐后，陸續(xù)發(fā)布了多本白皮書，以及積極推動算力網(wǎng)絡的標準制定。

在標準推進方面，我根據(jù)網(wǎng)上的資料，整理了一張表格，大致記錄了各大標準組織在算力網(wǎng)絡標準制定方面的情況，僅供參考：

綜合自中信證券，各大白皮書，官網(wǎng)消息

試驗進展：

來自中信證券

█ 結(jié)語

從實際情況來看， 算力網(wǎng)絡離我們還有很長一段距離。目前，我們處于云網(wǎng)融合的進展階段，算網(wǎng)一體或算力網(wǎng)絡，還在研究之中。

編輯：黃飛