感知、調(diào)度和低碳算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展一個都不能少

文章來源:人民郵電報碳交易網(wǎng)2022-04-14 11:44

  如何保證云邊端算力的無縫協(xié)同,同時借助網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)與算力實現(xiàn)快速連接、處理,使算力也能像電力、熱力一樣成為基礎(chǔ)資源,用戶可以隨用隨取而不必關(guān)心它的產(chǎn)生與位置,同時保證算力網(wǎng)絡(luò)綠色低碳。為了讓用戶享受隨時隨地的算力服務(wù),需要重構(gòu)網(wǎng)絡(luò),形成繼水網(wǎng)、電網(wǎng)之后國家新型基礎(chǔ)設(shè)施,真正把“算力”變?yōu)榭闪鲃拥纳a(chǎn)力資源,為千行百業(yè)提供像“自來水”一樣的計算服務(wù),這就是算力網(wǎng)絡(luò)的由來。
 
  低碳算力網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)“算”“網(wǎng)”“能”共促,將“算力﹢網(wǎng)絡(luò)﹢低碳”作為一體化的生產(chǎn)力統(tǒng)一供給、發(fā)展,有利于信息服務(wù)新模式構(gòu)建。以網(wǎng)強(qiáng)算,借助基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)化優(yōu)勢改變算力單點薄弱現(xiàn)狀,有利于國家整體算力布局;以算促網(wǎng),將算力調(diào)度的高需求轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)超寬帶高智能發(fā)展的動力,有利于網(wǎng)絡(luò)持續(xù)領(lǐng)先發(fā)展。低碳算網(wǎng)符合國家戰(zhàn)略,保證可持續(xù)發(fā)展。
 
  要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上部署算力網(wǎng)絡(luò),首先要實現(xiàn)算力感知——算力感知網(wǎng)絡(luò),其次實現(xiàn)算網(wǎng)調(diào)度——基于SD-WAN的算網(wǎng)協(xié)同承載網(wǎng)絡(luò),最后實現(xiàn)綠色低碳——基于低碳路由的算力網(wǎng)絡(luò),也就是說,發(fā)展算力網(wǎng)絡(luò)要緊扣感知、調(diào)度和低碳三個要素。
 
  感知:算力感知網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)體驗、利用率和效率最優(yōu)化
 
  算力網(wǎng)絡(luò)面向承載網(wǎng)算網(wǎng)融合演進(jìn)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),通過算力資源與網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)的協(xié)同調(diào)度,將不同應(yīng)用的業(yè)務(wù)請求通過最優(yōu)路徑調(diào)度到最優(yōu)的計算節(jié)點,實現(xiàn)用戶體驗最優(yōu)的同時,保證運營商網(wǎng)絡(luò)資源和計算資源利用率最優(yōu)化。
 
  算力感知網(wǎng)絡(luò)是計算網(wǎng)絡(luò)深度融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ),通過無所不在的網(wǎng)絡(luò)連接分布式計算節(jié)點,實現(xiàn)服務(wù)的自動化部署、最優(yōu)路由和負(fù)載均衡,從而構(gòu)建可以感知算力的全新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,保證網(wǎng)絡(luò)能夠按需、實時調(diào)度不同位置的計算資源,提高網(wǎng)絡(luò)和計算資源利用率,進(jìn)一步提升用戶體驗,從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無所不達(dá)、算力無處不在、智能無所不及的愿景,進(jìn)而實現(xiàn)實時、快速業(yè)務(wù)調(diào)度:基于網(wǎng)絡(luò)層實時感知業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)、計算狀態(tài),相比傳統(tǒng)的集中式云計算調(diào)度,算力感知網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合實時信息,實現(xiàn)快速的業(yè)務(wù)調(diào)度。保證用戶體驗一致性:網(wǎng)絡(luò)可以感知無處不在的計算和服務(wù),用戶無須關(guān)心網(wǎng)絡(luò)中計算資源的位置和部署狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)和計算協(xié)同調(diào)度保證用戶的一致體驗。服務(wù)靈活動態(tài)調(diào)度:網(wǎng)絡(luò)基于用戶的SLA 需求,綜合考慮實時的網(wǎng)絡(luò)資源狀況和計算資源狀況,通過網(wǎng)絡(luò)靈活匹配、動態(tài)調(diào)度,將業(yè)務(wù)流量動態(tài)調(diào)度至最優(yōu)節(jié)點,讓網(wǎng)絡(luò)支持提供動態(tài)的服務(wù)來保證業(yè)務(wù)的用戶體驗。
 
  為了實現(xiàn)對算力和網(wǎng)絡(luò)的感知、互聯(lián)與協(xié)同調(diào)度,算力感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系從邏輯功能上劃分為算力應(yīng)用層、算力管理層、算力資源層、算力路由層和網(wǎng)絡(luò)資源層五大功能模塊。
 
  ·算力應(yīng)用層:承載算力的各類能力及應(yīng)用,并將用戶對業(yè)務(wù)SLA的請求包括算力請求等參數(shù)傳遞給算力路由層。
 
  ·算力路由層:基于抽象后的計算資源發(fā)現(xiàn),綜合考慮用戶業(yè)務(wù)請求、網(wǎng)絡(luò)信息和算力資源信息,將業(yè)務(wù)靈活按需調(diào)度到不同的算力資源節(jié)點中,同時將計算結(jié)果反饋到算力應(yīng)用層。
 
  ·算力資源層:為滿足邊緣計算領(lǐng)域多樣性計算需求,面向不同應(yīng)用,通過從單核CPU到多核CPU,再到CPU ﹢ GPU﹢FPGA等多種算力組合,在網(wǎng)絡(luò)中各個角落提供泛在的計算資源異構(gòu)資源層和網(wǎng)絡(luò)資源層。
 
  ·網(wǎng)絡(luò)資源層:提供信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。
 
  ·算力管理層:需要基于統(tǒng)一的算力度量衡體系,完成對算力資源的統(tǒng)一抽象描述,進(jìn)而實現(xiàn)對算力資源的感知、度量和OAM管理等功能,以支持網(wǎng)絡(luò)對算力資源的可感知、可度量、可管理和可控制。
 
  其中算力資源層和網(wǎng)絡(luò)資源層作為算力感知網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施層,算力應(yīng)用層、算力管理層和算力路由層作為實現(xiàn)算力感知功能體系的三大核心功能模塊。算力感知網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)基于所定義的五大功能模塊,實現(xiàn)對算力和網(wǎng)絡(luò)資源的感知、控制與調(diào)度。
 
  總之,作為計算網(wǎng)絡(luò)深度融合的新型網(wǎng)絡(luò),以無所不在的網(wǎng)絡(luò)連接為基礎(chǔ),基于高度分布式的計算節(jié)點,通過服務(wù)的自動化部署、最優(yōu)路由和負(fù)載均衡,構(gòu)建算力感知的全新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無所不達(dá)、算力無處不在、智能無所不及。海量應(yīng)用、海量功能函數(shù)、海量計算資源則構(gòu)成一個開放的生態(tài)。其中,海量的應(yīng)用能夠按需、實時調(diào)用不同的計算資源,提高計算資源利用效率,最終實現(xiàn)用戶體驗最優(yōu)化、計算資源利用率最優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)效率最優(yōu)化。
 
  調(diào)度:基于SDN的算網(wǎng)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能編排調(diào)度
 
  在算力網(wǎng)絡(luò)的部署方案中,算網(wǎng)編排管理中心基于算力和網(wǎng)絡(luò)的全局資源視圖,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署狀況,選擇管理面和控制面實現(xiàn)算力網(wǎng)絡(luò)協(xié)同調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)管理向算力編排器通告網(wǎng)絡(luò)信息,由算網(wǎng)編排調(diào)度中心進(jìn)行統(tǒng)一的算網(wǎng)協(xié)同調(diào)度,生成調(diào)度策略,發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)控制器,進(jìn)一步生成路徑轉(zhuǎn)發(fā)表。網(wǎng)絡(luò)控制器收集網(wǎng)絡(luò)信息,將網(wǎng)絡(luò)信息上報至算網(wǎng)編排器,同時接收來自算網(wǎng)編排器的網(wǎng)絡(luò)編排策略,算網(wǎng)編排器負(fù)責(zé)收集算力信息,接收來自控制器的網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行算網(wǎng)聯(lián)合編排,同時支持將編排策略下發(fā)至控制器,算網(wǎng)編排器負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)調(diào)度。
 
  要實現(xiàn)以上工作,需要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建基于SD-WAN的算網(wǎng)協(xié)同承載網(wǎng)絡(luò),以算為中心,構(gòu)筑云、邊、端立體算力資源布局,以網(wǎng)為根基,增強(qiáng)連接用戶、數(shù)據(jù)、算力的網(wǎng)絡(luò)能力,將數(shù)據(jù)作為新的生產(chǎn)要素,智慧融入算網(wǎng)調(diào)度,構(gòu)筑算網(wǎng)一體智能編排調(diào)度和服務(wù)系統(tǒng),對于數(shù)據(jù)承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)、協(xié)調(diào)編排均需進(jìn)行相應(yīng)的部署。
 
  低碳:六大功能模塊構(gòu)建低碳算力網(wǎng)絡(luò)
 
  算力網(wǎng)絡(luò)需要把一個點上的計算分布到一條線、一個面上去處理,需要新增許多工作量,如任務(wù)分解、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)匯集等,勢必會增加網(wǎng)絡(luò)資源占用,首先要把任務(wù)分解,需要額外占用計算和存儲資源,其次分解好的數(shù)據(jù)傳送到各個分布式計算中心,需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)資源,最后數(shù)據(jù)的回收及處理同樣需要占用以上所述計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源。這些新增工作量會帶來大量能耗,對運營商乃至社會的綠色低碳發(fā)展提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。需要我們研究相應(yīng)的方案和策略,避免因算力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來能耗的快速增長,與國家東數(shù)西算目標(biāo)背道而馳,給國家“雙碳”戰(zhàn)略帶來負(fù)面影響。
 
  為了實現(xiàn)對能耗/碳排放與網(wǎng)絡(luò)的感知、互聯(lián)和協(xié)同調(diào)度,能耗感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系從邏輯功能上劃分為網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層、能效管理層、能耗/能源路由層、能源資源層、能耗采控層和網(wǎng)絡(luò)傳送層六大功能模塊。
 
  ·網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層:一方面將能耗/能源路由層信息匯集并結(jié)合用戶業(yè)務(wù)需求、算網(wǎng)資源等進(jìn)行分析,協(xié)同網(wǎng)算資源確定高能效路由,另一方面承載各類能力及應(yīng)用,協(xié)同網(wǎng)算資源和能效情況制定最優(yōu)的網(wǎng)能要求,并將要求傳遞給路由層。
 
  ·能效管理層:需要基于統(tǒng)一的能耗/能源度量衡體系,完成對能耗/能源的統(tǒng)一抽象描述,進(jìn)而實現(xiàn)對能耗/能源資源的感知、度量和OAM管理等功能,以支持對能耗/能源資源的可感知、可度量、可管理和可控制,同時實現(xiàn)對碳足跡、節(jié)能應(yīng)用的管理,并可支持未來的碳交易。
 
  ·能耗/能源路由層:基于抽象后的能耗/能源資源發(fā)現(xiàn),根據(jù)網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層下發(fā)的信息,將業(yè)務(wù)靈活按需調(diào)度到不同的算力資源節(jié)點中,同時將計算結(jié)果反饋到網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層。
 
  ·網(wǎng)絡(luò)傳送層:提供能耗/能源信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。
 
  ·能耗采控層:對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備(無線設(shè)備、傳輸設(shè)備、IDC/CDN、空調(diào)、其他配套等)能耗進(jìn)行采集、量綱和匯總,提交路由層;同時執(zhí)行路由層下發(fā)的能耗管控要求。
 
  ·能源資源層:對現(xiàn)網(wǎng)使用的能源(火電、太陽能、水電、核能、風(fēng)能、電池等)進(jìn)行標(biāo)識、量綱和匯總,提交路由層;同時按照路由層下發(fā)的能源要求進(jìn)行配置。
 
  其中能源資源層、能耗采控層和網(wǎng)絡(luò)傳送層作為低碳算力網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施層,網(wǎng)能協(xié)同應(yīng)用層、能效管理層和能耗/能源路由層作為實現(xiàn)低碳算力網(wǎng)絡(luò)體系的三大核心功能模塊。
 
  最終在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之上構(gòu)建“網(wǎng)控制器”“算控制器”“能控制器”,以網(wǎng)為中心,協(xié)同“算”“能”,提供統(tǒng)一智能的編排,向社會提供低碳算網(wǎng)服務(wù)。
 
  * * *
 
  算力網(wǎng)絡(luò)是“云算網(wǎng)融合”的強(qiáng)力助推劑,當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)只作為信息傳輸載體,網(wǎng)絡(luò)價值單一,算力網(wǎng)絡(luò)提供“網(wǎng)絡(luò)﹢算力”的融合服務(wù),賦能未來網(wǎng)絡(luò)升級。此外,算力網(wǎng)絡(luò)可統(tǒng)一調(diào)度未來社會中泛在的多樣化算力,以統(tǒng)一服務(wù)的方式,高效、靈活、按需提供給用戶,助力構(gòu)建更開放、更多元化、更高價值的網(wǎng)絡(luò),同時結(jié)合網(wǎng)絡(luò)能耗和能源分布,構(gòu)建低碳高效算力網(wǎng)絡(luò),支撐國家“雙碳”戰(zhàn)略落地。
 
  算力網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前仍處于發(fā)展起步階段,需要網(wǎng)絡(luò)域、計算域、能源域協(xié)同創(chuàng)新,是一系列網(wǎng)絡(luò)和能源新技術(shù)的集成融合和創(chuàng)新應(yīng)用,是比特與瓦特融合發(fā)展的終極目標(biāo),需要業(yè)界聯(lián)合打造算力網(wǎng)絡(luò)體系,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無所不達(dá)、算力無處不在、智能無所不及,綠色低碳發(fā)展。
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