算力网络——云网融合2.0时代的网络架构与关键技术

内容简介

算力网络是2021年以来信息通信行业的一大热词,5月,国家发改委联合多部委明确提出:布局全国算力网络国家枢纽节点,启动实施“东数西算”工程,构建国家算力网络体系。9月,在世界计算大会,中国国际通信信息展览会期间,国内电信运营商的主要负责人相继提出了推进架构领先、质量领先、服务领先的算力新网络布局,实现“联接+感知+计算+智能”的算网一体化服务;以及打造贯通数据感知、传输、存储、运算等各个环节的新型一体化服务,逐步推动算力成为与水电一样,可“一点接入、即取即用”的社会级服务等重要观点。

本书由中国联通研究院算力网络攻关团队全力打造,作为业界首部全面系统介绍算力网络的书籍,阶段性总结了包括三大运营商、主要设备商和其他研究机构的研究成果,内容涵盖了算力网络的诞生背景、发展脉络、关键技术和应用场景,描绘了一幅云网融合、存算一体、公专结合的多维度算力网络画像,读者可以通过阅读此书了解相关的技术方案细节,并结合自身兴趣点参与研究或开展实验,共同推动网络与计算的深度融合,构建面向未来的算网一体化服务新格局。

章节安排(9章节)

第1章主要回顾了过去十年来云网融合技术的发展历程;

第2章结合业务向云、边、端延伸的趋势,以及国家“新基建”的政策导向,论述算力网络的出现背景及算力网络何以支撑云网技术由1.0走向2.0;

第3章从电信运营商视角,结合以往云网融合项目实施的成功经验,分析了算力网络架构与技术体系;

第4~7章结合该技术体系分别论述了算力网络的控制与转发技术、编排与调度技术、算力建模与交易技术及其他关键技术,并对电信产业界的主要工作成果进行了说明;

第8章对算力网络的主要应用场景进行了阐述;

第9章面向未来演进,从机遇和挑战两方面对算力网络的产业发展进行了预测。

刘韵洁院士做序

我国信息通信产业积极思考云网融合时代的业务特征和网络特性,在全球率先提出了算力网络的概念。一般来说,算力网络是指将动态分布的计算与存储资源充分联接,通过网络、存储、算力等多维度资源的统一协同调度,使海量的应用能够按需、实时调用泛在分布的计算资源,实现连接和算力在网络的全局优化,提供一致的用户体验。从云网协同到算网一体,网络的作用和价值将发生变化。对于“云网协同”,网络以云为中心,从云的视角看“一云多网”,对网络的主要需求是连通性、开放性,服务质量要求是尽力而为,网络是支撑角色。对于“算网一体”,网络以用户为中心,从用户的视角看“一网多云”,网络需要支持低时延、安全可信通信,服务质量要求是确定性,网络成为价值中心。

本书由国内算力网络研究的主要发起单位之一,中国联通研究院组织相关专家撰写,对该领域研究思路和研究成果进行了系统总结。长期以来,中国联通高度重视算力网络研究工作,在标准研究、产业合作和应用落地领域均有颇多建树。通过阅读此书,读者既可以了解算力网络的背景与发展脉络,又可根据书中提供的技术方案与应用场景开展实验,对其他从事该方向的研究人员也具有重要的参考借鉴意义。为此,推荐本书给相关有意愿和志向努力进行开拓性研究的科技工作者、工程技术人员、高校教师和同学。

部分精彩内容

电信网络发展阶段分析

SDN/NFV技术是支撑云网融合技术起步并快速成熟的重要驱动力,SDN/NFV作为网络IT化技术,在助力网络连接云服务的同时,也被云的技术深深地改变着,历数电信网络的发展,大致可以分三个阶段,2010年之前为第一阶段,即连接型网络阶段,2010到2020年间的云化网络阶段和2020年以后的智能算网阶段,如下图所示。第一阶段网络主要功能在于服务连接本身,其基础是各种模拟的,基于电路时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)或者分组IP化的技术,体现形式为通用的通信能力,代表业务为连接人或物。

在第二阶段,网络的大带宽能力不断继续增强,信息通信网络技术不断进步,重点体现在SDN/NFV能力的增强。为满足未来云网业务的多样化、垂直行业应用差异化的服务需求,通信网络面向软硬件解耦、虚拟化和云化部署方向发展,按需灵活定义的弹性网络架构成为发展趋势。通过软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)等关键技术,赋予网络全面可编程能力,实现网络全域微服务化,提高网络架构可塑性,使得网络架构可以智能的适应于业务需求,这也是云网融合的技术特点之一。在这个过程中,SDN技术要解决的问题更加偏重网络对接上云(Network For Cloud),而NFV技术更加偏重解决云承载虚拟网络(Cloud For Network)的问题。如中国联通的产业互联网云网一体服务项目,建成了国内第一个面向产业互联网的专用网络,这次大规模的广域网的SDN应用,能够连接主流的云服务商,包括中国联通的供应商以及客户的网络,覆盖广泛,实现了网络的智能化、开放化和服务化。


图1 电信网络的三个发展阶段

在第三阶段,网络的主要特征表现为网络的智能化,实现网络连接和网络云化的智能融合,在连接层面,网络还将继续向统一编排、灵活管控方向演进,并且在这个基础上引入了确定性的要求,云网融合的目标是实现网络的极简和网络的敏捷化。其技术特点表现在以下三方面:

算力网络架构

算力网络的技术组成,主要包括控制面的算网协同调度、数据面的网络融合感知、管理和服务面的算力资源编排等。算力网络体系的整体架构,应该具备统一纳管底层计算资源、存储资源、网络资源的能力,并能够将底层基础设施资源以统一的标准进行度量,抽象为信息要素加载在网络报文中,通过网络进行共享。在目前的算力网络体系中,还应考虑面向用户提供直观化的组件和服务的能力,通过服务层与底层资源和网络接口之间的打通,实现编排、调度、应用中的可视化。

如图所示,基于算力网络体系架构中各模块功能的分类,以及各模块之间的关系,可将算力网络按功能层次进行划分,大致可分为服务提供层、服务编排层、网络控制层、算力管理层、算力资源和网络转发层。


图2 算力网络架构

算力交易平台设计原则

模块松耦合原则:可信算力交易平台的每一个模块是松耦合的,这样很容易添加新的模块进来,每个模块本身更新不应该需要其他模块接口的变化。


图3 可信泛在算力交易平台示意图

资源弹性原则:算力用户访问平台是不确定的,若平台用户量不算增加,平台的节点容器应具备自动化部署能力,快速地实现横向扩展;且对于高并发的情况,可通过负载均衡技术实现负载的分担。

隐私保护原则:算力平台的各方参与者都可以得到隐私保护,参与者可以根据自己的需求来选择信息的开发程度,平台通过加密算法和分离机制来保证信息安全。

算力和网络联合服务优化原则:平台可针对一些常见的通用的产品进行优化,如目前主流的深度学习框架:TensorFlow、Caffe、CNTK,平台在CUDA GPU之上进行运算优化。同时对低延迟的业务需求,平台整合网络资源,优先保障业务SLA。

自动化运维原则:当某个节点容器出现故障的时候应该能够及时报警提醒,并且将故障节点移除,同时增加一个正常节点。

部分作者介绍

曹畅

博士后,高级工程师,现任中国联通研究院未来网络研究中心高级专家,智能云网技术研究室主任,第七届中国通信学会信息通信网络技术委员会委员,中国通信标准化协会(CCSA)网络5.0技术标准推进委员会(TC614)架构组副组长;主要专业领域为IP网络宽带通信、SDNNFV、新一代网络编排技术等,已发表论文30余篇,获得发明专利10余项。

唐雄燕

中国联通研究院副院长,首席科学家,“新世纪百千万人才工程”国家级人选,北京邮电大学兼职教授、博士生导师,工业和信息化部通信科技委委员兼传送与接入专家咨询组副组长,北京通信学会副理事长,中国通信学会理事兼信息通信网络技术委员会副主任,国际开放网络基金会ONF董事;主要专业领域为宽带通信、光纤传输、互联网/物联网、SDN/NFV和新一代网络等。

张帅

工学硕士,目前就职于中国联通研究院未来网络研究中心,主要从事新型IP网络技术、云网融合、未来网络架构等创新领域的研究工作,并参与CCSA、IETF、ITU-T等国内外标准化制定工作,目前担任CCSA TC614网络5.0技术标准推进委员会需求组副组长。

李建飞

工学硕士,目前就职于中国联通研究院未来网络研究中心,长期从事算力网络、确定性网络、AI算法应用以及智能边缘计算等相关技术的研究,发表论文多篇,获授权专利10余项。

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SDNLAB君 发表于21-10-14
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