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感知、调度和低碳算力网络发展一个都不能少

发布时间:2022-04-18 10:44:12  |  来源:民邮电报  |  作者:  |  责任编辑:

如何保证云边端算力的无缝协同,同时借助网络使数据与算力实现快速连接、处理,使算力也能像电力、热力一样成为基础资源,用户可以随用随取而不必关心它的产生与位置,同时保证算力网络绿色低碳。为了让用户享受随时随地的算力服务,需要重构网络,形成继水网、电网之后国家新型基础设施,真正把“算力”变为可流动的生产力资源,为千行百业提供像“自来水”一样的计算服务,这就是算力网络的由来。


低碳算力网络实现“算”“网”“能”共促,将“算力﹢网络﹢低碳”作为一体化的生产力统一供给、发展,有利于信息服务新模式构建。以网强算,借助基础网络系统化优势改变算力单点薄弱现状,有利于国家整体算力布局;以算促网,将算力调度的高需求转化为网络超宽带高智能发展的动力,有利于网络持续领先发展。低碳算网符合国家战略,保证可持续发展。


要在现有网络上部署算力网络,首先要实现算力感知——算力感知网络,其次实现算网调度——基于SD-WAN的算网协同承载网络,最后实现绿色低碳——基于低碳路由的算力网络,也就是说,发展算力网络要紧扣感知、调度和低碳三个要素。


感知:算力感知网络实现体验、利用率和效率最优化


算力网络面向承载网算网融合演进的新型网络架构,通过算力资源与网络资源状态的协同调度,将不同应用的业务请求通过最优路径调度到最优的计算节点,实现用户体验最优的同时,保证运营商网络资源和计算资源利用率最优化。


算力感知网络是计算网络深度融合的新型网络架构,以现有的网络技术为基础,通过无所不在的网络连接分布式计算节点,实现服务的自动化部署、最优路由和负载均衡,从而构建可以感知算力的全新网络基础设施,保证网络能够按需、实时调度不同位置的计算资源,提高网络和计算资源利用率,进一步提升用户体验,从而实现网络无所不达、算力无处不在、智能无所不及的愿景,进而实现实时、快速业务调度:基于网络层实时感知业务需求和网络、计算状态,相比传统的集中式云计算调度,算力感知网络可以结合实时信息,实现快速的业务调度。保证用户体验一致性:网络可以感知无处不在的计算和服务,用户无须关心网络中计算资源的位置和部署状态,网络和计算协同调度保证用户的一致体验。服务灵活动态调度:网络基于用户的SLA需求,综合考虑实时的网络资源状况和计算资源状况,通过网络灵活匹配、动态调度,将业务流量动态调度至最优节点,让网络支持提供动态的服务来保证业务的用户体验。


为了实现对算力和网络的感知、互联与协同调度,算力感知网络架构体系从逻辑功能上划分为算力应用层、算力管理层、算力资源层、算力路由层和网络资源层五大功能模块。


·算力应用层:承载算力的各类能力及应用,并将用户对业务SLA的请求包括算力请求等参数传递给算力路由层。


·算力路由层:基于抽象后的计算资源发现,综合考虑用户业务请求、网络信息和算力资源信息,将业务灵活按需调度到不同的算力资源节点中,同时将计算结果反馈到算力应用层。


·算力资源层:为满足边缘计算领域多样性计算需求,面向不同应用,通过从单核CPU到多核CPU,再到CPU ﹢ GPU﹢FPGA等多种算力组合,在网络中各个角落提供泛在的计算资源异构资源层和网络资源层。


·网络资源层:提供信息传输的网络基础设施,包括接入网、城域网和骨干网。


·算力管理层:需要基于统一的算力度量衡体系,完成对算力资源的统一抽象描述,进而实现对算力资源的感知、度量和OAM管理等功能,以支持网络对算力资源的可感知、可度量、可管理和可控制。


其中算力资源层和网络资源层作为算力感知网络的基础设施层,算力应用层、算力管理层和算力路由层作为实现算力感知功能体系的三大核心功能模块。算力感知网络体系架构基于所定义的五大功能模块,实现对算力和网络资源的感知、控制与调度。


总之,作为计算网络深度融合的新型网络,以无所不在的网络连接为基础,基于高度分布式的计算节点,通过服务的自动化部署、最优路由和负载均衡,构建算力感知的全新网络基础设施,真正实现网络无所不达、算力无处不在、智能无所不及。海量应用、海量功能函数、海量计算资源则构成一个开放的生态。其中,海量的应用能够按需、实时调用不同的计算资源,提高计算资源利用效率,最终实现用户体验最优化、计算资源利用率最优化、网络效率最优化。


调度:基于SDN的算网协同网络实现智能编排调度


在算力网络的部署方案中,算网编排管理中心基于算力和网络的全局资源视图,根据网络部署状况,选择管理面和控制面实现算力网络协同调度。网络管理向算力编排器通告网络信息,由算网编排调度中心进行统一的算网协同调度,生成调度策略,发送给网络控制器,进一步生成路径转发表。网络控制器收集网络信息,将网络信息上报至算网编排器,同时接收来自算网编排器的网络编排策略,算网编排器负责收集算力信息,接收来自控制器的网络信息进行算网联合编排,同时支持将编排策略下发至控制器,算网编排器负责业务调度。


要实现以上工作,需要在现有网络基础上构建基于SD-WAN的算网协同承载网络,以算为中心,构筑云、边、端立体算力资源布局,以网为根基,增强连接用户、数据、算力的网络能力,将数据作为新的生产要素,智慧融入算网调度,构筑算网一体智能编排调度和服务系统,对于数据承载网、传送网、协调编排均需进行相应的部署。


低碳:六大功能模块构建低碳算力网络


算力网络需要把一个点上的计算分布到一条线、一个面上去处理,需要新增许多工作量,如任务分解、数据分发、数据汇集等,势必会增加网络资源占用,首先要把任务分解,需要额外占用计算和存储资源,其次分解好的数据传送到各个分布式计算中心,需要占用大量的网络资源,最后数据的回收及处理同样需要占用以上所述计算、存储及网络资源。这些新增工作量会带来大量能耗,对运营商乃至社会的绿色低碳发展提出严峻的挑战。需要我们研究相应的方案和策略,避免因算力网络的发展带来能耗的快速增长,与国家东数西算目标背道而驰,给国家“双碳”战略带来负面影响。


为了实现对能耗/碳排放与网络的感知、互联和协同调度,能耗感知网络架构体系从逻辑功能上划分为网能协同应用层、能效管理层、能耗/能源路由层、能源资源层、能耗采控层和网络传送层六大功能模块。


·网能协同应用层:一方面将能耗/能源路由层信息汇集并结合用户业务需求、算网资源等进行分析,协同网算资源确定高能效路由,另一方面承载各类能力及应用,协同网算资源和能效情况制定最优的网能要求,并将要求传递给路由层。


·能效管理层:需要基于统一的能耗/能源度量衡体系,完成对能耗/能源的统一抽象描述,进而实现对能耗/能源资源的感知、度量和OAM管理等功能,以支持对能耗/能源资源的可感知、可度量、可管理和可控制,同时实现对碳足迹、节能应用的管理,并可支持未来的碳交易。


·能耗/能源路由层:基于抽象后的能耗/能源资源发现,根据网能协同应用层下发的信息,将业务灵活按需调度到不同的算力资源节点中,同时将计算结果反馈到网能协同应用层。


·网络传送层:提供能耗/能源信息传输的网络基础设施,包括接入网、城域网和骨干网。


·能耗采控层:对现网设备(无线设备、传输设备、IDC/CDN、空调、其他配套等)能耗进行采集、量纲和汇总,提交路由层;同时执行路由层下发的能耗管控要求。


·能源资源层:对现网使用的能源(火电、太阳能、水电、核能、风能、电池等)进行标识、量纲和汇总,提交路由层;同时按照路由层下发的能源要求进行配置。


其中能源资源层、能耗采控层和网络传送层作为低碳算力网络的基础设施层,网能协同应用层、能效管理层和能耗/能源路由层作为实现低碳算力网络体系的三大核心功能模块。


最终在基础网络之上构建“网控制器”“算控制器”“能控制器”,以网为中心,协同“算”“能”,提供统一智能的编排,向社会提供低碳算网服务。


算力网络是“云算网融合”的强力助推剂,当前网络只作为信息传输载体,网络价值单一,算力网络提供“网络﹢算力”的融合服务,赋能未来网络升级。此外,算力网络可统一调度未来社会中泛在的多样化算力,以统一服务的方式,高效、灵活、按需提供给用户,助力构建更开放、更多元化、更高价值的网络,同时结合网络能耗和能源分布,构建低碳高效算力网络,支撑国家“双碳”战略落地。


算力网络当前仍处于发展起步阶段,需要网络域、计算域、能源域协同创新,是一系列网络和能源新技术的集成融合和创新应用,是比特与瓦特融合发展的终极目标,需要业界联合打造算力网络体系,实现网络无所不达、算力无处不在、智能无所不及,绿色低碳发展。(作者:张晟毕成李重严)


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