作者简介
聂秀英
金伟
张杰
论文引用格式:
聂秀英, 金伟, 张杰. 基于网络5.0的重叠网形态算力网络[J]. 信息通信技术与政策, 2023, 49(12): 81-88.
基于网络5.0的重叠网形态算力网络
聂秀英 金伟 张杰
(中国信息通信研究院技术与标准研究所,北京 100191)
摘要:数据是算力时代最为重要的战略性基础资源,而数据的获取、传输、处理、存储和应用均离不开算力资源的支撑。随着数字技术、数字经济、数字社会的快速发展,无论是算力资源需求,还是算力资源供给均迅猛增加。云计算技术的出现和快速应用,改变了算力资源的提供和使用方式。当前,针对基于网络提供算力资源服务的算力网络成为业界研究热点。从介绍算力资源的概念及算力资源供给和使用方式的演进入手,在分析算力网络对网络的需要及网络5.0的能力后,介绍基于网络5.0的重叠网形态算力网络,包括重叠网形态算力网络服务模式、参与方、可信安全、算力资源标识及面临的挑战。
关键词:网络5.0;算力网络;重叠网形态
0 引言
算力网络是当前业界研究的热点之一。算力网络对承载网络提出了新挑战,我国自主研发的网络5.0充分考虑了算力网络对网络的需求,可满足算力网络的需求。笔者认为,算力网络隶属于业务网络范畴,以重叠网络形态组建在网络5.0之上的算力网络是当前首选方案。
1 算力网络成为业界研究热点
1.1 算力资源需求和供给同步增长
算力时代,数据已经成为政府决策,人们生产、生活不可或缺的重要资源。智慧城市建设以及各行各业数字化使得数据量大大增加。IDC数据表明,2022年全球数据总量高达81 ZB。数据的生成、传输、处理、存储和应用均需算力资源的支撑,使得社会对算力资源的需求不断攀升,全球算力资源供给也同步增加。经中国信息通信研究院测算,2022 年全球计算设备算力总规模达到 906 EFlops,增速达到47%[1]。同时,算力正加速向政务、工业、交通、医疗等各行业各领域渗透。2023年10月,工业和信息化部、中央网信办、教育部、国家卫生健康委、中国人民银行、国务院国资委六部门联合印发《算力基础设施高质量发展行动计划》[2](简称《计划》)。《计划》的实施将进一步推进算力资源的供给和应用。
1.2 算力资源供给和使用向远程按需共享方向发展
1.2.1 算力资源
IEC 60050-171:2019《国际电工词汇第171部分:数字技术基本概念》将计算系统(计算机系统)定义为:执行数据处理的一台或多台计算机、外围设备和软件的集合;将云计算定义为:通过网络,典型地是通过互联网交付的数据处理[3]。云计算提供按需的共享计算机资源。ITU-T将边缘计算定义为:在网络边缘有效利用处理能力并执行数据处理的策略,网络边缘连接端设备,数据来源于端设备或注入到端设备。本文中算力资源指能够提供计算系统能力的计算机系统资源,包括计算资源、存储资源和软件资源。
1.2.2 算力资源种类
算力资源可分为直接算力资源、间接算力资源以及算力资源平台几类。直接算力资源指可直接用于计算的计算资源及存储资源;间接算力资源指在直接算力资源基础上经过人的智能创建的具有特定数据处理功能的算法和软件(如图形处理器、现场可编程逻辑门阵列、专用集成电路等);算力资源平台是指根据使用方需求集成多种间接算力资源(算法和软件资源)组建的平台,如针对个人使用方的包含使用方自有数据(如照片、视频、作业、作品、体检报告等)存储管理功能,新映电影、书籍等推荐功能,个人日程安排提醒功能等的平台。
1.2.3 多种算力资源供给方式并存
算力资源的供给和使用经历了由最初供多人本地共享的大型主机,到个人计算机、通过本地网络连接互操作的多台个人计算机、通过互联网连接的多台计算机、网格计算以及利用便携式计算机按需使用算力资源的云计算6个阶段。当前,根据各自应用环境的不同,以上多种算力资源的供给方式并存。从演进方向来看,算力资源的供给一直遵循着向使用侧使用简单、方便、快捷,资源侧分布式集中及网络化的方向发展。虚拟化技术、并行计算等技术的不断创新和发展,算力资源的可分割,可并行工作能力的提升,使远程供给算力资源成为可能,基于网络供给和使用算力资源成为当前一段时间的发展趋势。
1.3 算力网络成为业界研究热点
算力网络是由中国联通、中国移动、中国电信在2019年前后提出的概念。中国电信主导完成的国际电信联盟标准ITU-T Y.2501算力网络框架与架构[4]将算力网络定义为:一种在云、边、端之间按需分配和灵活调度计算资源、存储资源以及网络资源的新型信息基础设施。从定义来看,算力网络是一个宽泛的概念,其核心含义是通过网络实现计算资源、存储资源和网络资源的按需分配和灵活调度。算力网络一经提出便成为业界的研究热点,中国联通于2019年11月发布《中国联通算力网络白皮书》[5], 中国移动研究院网络与IT技术研究所于2019年12月发布《算力感知网络技术白皮书》[6],中国移动于2022年1月发布《算力感知网络(CAN)技术白皮书》(2021年版)[7]。ITU-T SG13、CCSA TC3和CCSA TC614 均针对算力网络的相关标准进行立项研究,但到目前为止,并没有以算力网络的名义向用户提供相应的服务,取而代之的是以具体信息处理服务的名义向用户提供与算力资源相关的服务,如视频处理、虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)渲染服务等。
2 网络5.0满足算力网络对网络的需求
2.1 算力网络对网络的需求
算力网络对网络的需求包括超高带宽、低丢包率、低延迟、低抖动以及高服务质量保证[8]。具体包括转发路径的时延和时延抖动可控,时延抖动不随转发路径节点跳数累加,即业务数据报文端到端转发的时延有严格上限,抖动(即时延的变化)有严格上限,每条业务的时延、时延抖动有可以测量的确定性时延保证;因涉及数据的处理,企业对算力处理有可信性、价值可量化、可交易的需求,要求网络具有安全可信保障措施;鉴于使用算力资源服务的终端所采用的接入方式的多样性,需要网络支持多种接入方式;由于在使用算力资源时,一些数据信息处理对算力资源的使用是连续的,不允许间断,为此要求传输相应数据的网络具有高可靠性。
2.2 网络5.0能够满足算力网络的需求
网络5.0是2018年我国自主提出并研发的第5代数据网络。网络5.0基于“以网络为中心、能力内生”的核心主旨,通过打造新型网络协议体系,赋予网络确定性、可信、安全等属性,使网络具备按需可达、按需服务、安全可信等内在能力,按质连通分散的计算、存储及网络等资源,构建一体化的信息与通信技术(Information and Communications Technology,ICT)基础设施。特别是在确定性方面,网络5.0提出多技术协同的多类型多级别确定性承载能力,支撑差异化应用场景(如大规模连接、有限域等)。网络5.0支持确定性路由,通过管理面或控制面对网络资源进行管理和控制。网络管理设备(网络5.0网管)管理网络资源有两个渠道:一种是通过管理面,由网管(网络5.0采用分层分布形式的网管体系)根据源地址和目的地址(确定路由)确定该通信通过的网元设备;另一种是由网管对相应网元设备配置网络资源(通过网管资源配置命令来实现,网元可以提供资源则确认,否则拒绝)。网络5.0在设计之初就将支撑ICT融合网络(算力网络)作为能力之一,充分考虑了算力资源服务对网络的各种需求。网络5.0具有承载按需提供算力资源服务的算力网络能力。
3 基于网络5.0的重叠网形态算力网络
3.1 重叠网形态算力网络的优势分析
互联网的快速发展得益于业务和承载相分离的发展方式,当前基于IP的网络业务的提供基本上采用重叠网形态进行。采用重叠网形态组建业务网,可以使业务网的建设和运营者在充分利用承载网络信息传输能力的基础上,更加关注用户对业务的需求,从而促进业务网的发展。同时,业务网运营者通过分析网络信息流量流向方面的变化,在网络架构、技术和性能方面进行创新和优化,可以将业务网的承载工作做得更好。
算力网络不仅关注信息数据的传输,同时利用网络向用户提供算力资源服务,隶属于业务网络范畴。算力网络依赖于算力资源基础设施和网络基础设施,是二者的融合,算力网络在提供服务时需要算力资源与网络资源的协调调度和配合。采用重叠网形态组建算力网络,从市场上来看有需求,从技术上来看有基础,是组建算力网络的优选方式。
3.2 基于网络5.0的重叠网形态算力网络
基于网络5.0的重叠网形态算力网络类似于内容分发网络,是部署于网络5.0之上的重叠网络,每个算力网络运营方可以独自建立各自管理的算力网络域,可被称为基于网络5.0的多域重叠网形态算力网络。若在网络5.0之上建立一个统一的算力网络,统一建设统一运营,此种方式可被称为基于网络5.0的单域重叠网形态算力网络。
3.2.1 基于网络5.0的多域重叠网形态算力网络
图1为基于网络5.0的多域重叠网形态算力网络架构示意图。
本文刊于《信息通信技术与政策》2023年 第12期
主办:中国信息通信研究院
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