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中国联通算力网络之路

comobs通信观察

一个月前

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人类社会技术的重大进步往往会带来基础设施的重大变革,如同过去的铁路网、电力网一样,算力已成为重要生产力的今天,算力网络也必将成为支撑数字社会的重要基础设施。

回顾信息通信的发展,网络的演进与算力的演进,往往是相辅相成的,有了计算机,就有了算力。为了实现计算机的联网,有了互联网,有了TCP/IP技术。

过去10年,算力网络领域最重要的发展是云计算,中国联通希望,像提供水电一样,提供计算与存储的算力资源。

为了支撑云计算的发展,过去几年,业界推进网络的软件化与虚拟化,SDN/NFV是为云计算发展诞生的技术,SDN通过软件定义网络,NFV把云的思想引入了网络,这是过去几年在网络层面所发生的重要变化。

现在,算力的发展又进入了新的阶段,随着边缘计算的发展,人工智能使得算力无处不在,中国联通需要新型网络基础设施去支撑算力发展的新阶段。

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2015年,中国联通发布了网络转型白皮书CUBE – Net2.0,当时,提出了面向云端双中心的解耦集约型网络架构,推动基于SDN、NFV的网络云化转型。

在这个阶段,联通有两项非常重要的工作:

(1)对IP承载网进行了全面的SDN化,SDN化之后,推出了产业互联网CUII,这也是国内第一张完全基于SDN的产业互联网专用网络,同时,也实现了多云的连接,不但有联通自有的云,还把阿里云、腾讯云、华为云等等都纳入了联通的服务体系。

(2)对OTN进行SDN化,构建了一张基于SDN的OTN的低时延、高质量的政企精品网。

过去几年,通过网络的SDN改造,为云服务提供了更加智能化的网络基础设施,这是云网融合1.0的阶段。

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2019年,是中国的5G元年,5G时代的特性之一,就是发展边缘计算(MEC)。

随着5G的发展,算力向下延伸,云服务由集中走向分布,促进边缘计算的发展。

在这个阶段,人工智能进入千行百业,人工智能的发展带来了泛在计算和多样性算力的需求。不但需要CPU的算力,还有GPU、NPU多种多样的算力需求,而且算力存在于云、边、端,在这种情况下,我们觉得算力进入了新时代。

为了支撑新时代的算力服务,网络也需要有新的发展。在2019年,中国联通一直在思索新的网络应该是什么样的。

2019年6月份,网络5.0峰会上,中国联通第一次谈到算力网络,从服务角度看,它是运营商从传统的网络管道,向连接+计算融合服务延伸的新形态。

算力网络体现了网络新价值。运营商在提供连接、带宽的基础上,构建计算与网络深度融合的新基础设施,这是那个阶段对算力网络的初步认识。

在此之前,如华为一直在提 CFN,即计算优先网络,实现算力路由。2019年11月,中国联通与华为联合发布了行业第一本算力网络白皮书。

中国联通认为,算力网络是云化网络发展演进的下一个阶段,算力网络是云网融合2.0。

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算力网络的出现,是为了提高端、边、云三级计算协同的工作效率。

如同,云化网络是Network for cloud,算力网络可以认为是Network for AI,也就是随着AI的发展,网络应该成为全社会提供AI算力能力的基础设施。

2020年,我国三大运营商以及相关设备商,也在积极推动算力网络技术和标准的研究工作。2020年,对于算力网络,无论 ITU还是IETF,都开展了相应标准化工作。国内的一些产业联盟组织像网络5.0,也成立了算力网络特设工作组,推进算力网络相关的一些技术研究工作。

我国发起的边缘计算联盟,也跟网络5.0联合成立了边缘计算网络工作组,实际上也是跟算力网络紧密相关。

在推进6G的过程中,我国IMT2030工作组也专门在网络组下面成立了算力网络研究课题,开展算力网络相关标准的制定。

2020年底,中国通信学会委托中国联通撰写了算力网络前沿报告,对整个算力网络的发展趋势、关键技术做了综述性报告,也对我国算力网络发展提出了相应的建议。

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2020年,中国联通与相关运营商、研究机构一起,进一步加强了算力网络的研究和产业推进。

2019年上述白皮书,更多是关注技术理念和总体体系。2020年,中国联通发布了《算力网络架构与技术体系白皮书》,对算力网络的架构、功能模型、层间接口和各功能层的关键技术做了更详实的研究。

为了推动算力网络的发展,2020年11月,中国联通发起成立了中国联通算力网络产业技术联盟,联合产学研各方力量,开展网络架构、技术标准以及生态方面的研究工作。

2020年到2021年的这一阶段,相关国家政策的出台,进一步推动了算力网络的发展。

2020年4月,国家发改委对新基建的内涵进行了明确,新基建包括三个部分:信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施。

信息基础设施除了以5G代表的通信基础设施之外,还包括以数据中心和智能计算中心为代表的算力基础设施,这也是算力基础设施概念首次在国家政策层面的提出。

今年5月份,发改委发布了《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》,提出了构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络,这是算力网络概念第一次在国家政策层面的出现,要布局建设全国一体化的算力网络国家枢纽节点,加快实施东数西算工程。

我们认为,算力网络实际是一种服务,这种服务就是算网一体服务。

算力网络是通过网络手段将计算、存储这样的基础资源,在云边端之间进行有效的调配,来提供融合服务。

所以,从服务模式看,要强化网络对算力资源的调度作用,使网络成为社会化普适型的算力服务的第一入口。

无论是家庭、企业,还是城市,信息服务离不开网络,也离不开算力。

中国联通希望,运营商能成为全社会的算力中介,通过算力网络对业务的感知,对算力的感知,把服务串接起来。所以需要通过增强网络的感知能力、智能能力,串接算力服务和应用服务,真正使得运营商成为数字基础设施的服务提供商。

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今年3月,中国联通发布了CUBE-Net 3.0的网络创新体系,这也是中国联通新一轮网络转型的总体架构。

中国联通提出了从网络到数字基础设施的转型,过去的网络更多的是关注连接,即使发展SDN,也是网络的智能连接,这次提出要实现连接+计算+智能的融合服务,构建一张综合性的数字基础设施网络。

算力网络的研究,实际上跟CUBE-Net3.0是紧密关联的。CUBE-Net3.0提出了三大业务使命、一个管控体系:

(1)算网一体,是通过发展算力网络来实现深层次的云网融合;

(2)通过智能开放光网络的打造,实现云光一体,云光一体是高质量的云网融合,也是算网融合的重要特征体现;

(3)确定性的服务,也是算网一体化服务的必要条件;

(4)为了实现智能的管控,需要发展基于AI和数据驱动的云网大脑。

从算力网络的研究体系里,工作布局包括4个重要部分:

(1)IPv6的算力网络,简称为 Cube-IP,

(2)打造全光算力网络,定义为Cube-Optics。

(3)为了实现算力与网络的统一编排,调度和管控,打造算网大脑Cube-AI;

(4)研制新一代算网设备,Cube-box。

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其中,IPv6是算力网络最重要的技术基础。

打造IPv6+算力网络,提出了1+N+X的服务模式。

1:要构建一个算网能力底座,基于SRv6可编程网络来构建。

N:在SRv6网络的基础上,打造n种的算力网络能力,包括应用感知能力、算力感知能力、智能路由能力以及网络切片能力。

X:在网络能力基础上使能商业应用,服务于安全业务,视频业务,广域加的业务,以及未来元宇宙的业务……

算力网络也强调了网络在整个服务中间的重要作用,提出了一网联多云,一键网调云的发展理念,希望实现云、网、边、端、业的高度协同。

在算网一体服务体系里,中国联通提出了SID as Service的服务理念。

所谓SID,实际上有两种SID:一种是SRv6 Segment ID,网络的ID,另一种SID是service ID,服务的ID,中国联通把这两种SID都作为服务,注册在运营平台上,使网络成为服务的入口。

其次,实现服务SID和网络SID的统一编排,来构建网络能力。

在此基础上,实现能力的开放,可以让用户自订购服务,满足用户对网络和算力差异化的体验要求,希望实现网络即服务。

通过SRv6构建打造的算网一体服务体系,实现SID as Service,是对算网一体服务布局的考虑。

在光网络方面,中国联通认为,要实现东数西算,还需要依赖于全光网络的基本能力。

光网络最大的优势,在于它的高品质,低时延,时延对于很多算力服务越来越重要,在某些场景中,依然需要光网络来提供基础的连接服务,以及光网络跟云服务的协同。

所以,全光算力网络的目标是要推动全光底座的智能开放和云光一体化的服务。

一方面,要增强全光底座的基础承载能力,光网的发展还会继续朝着超高速率、超大容量、超长距离的方向发展。

同时,要推动光网络从基础网络成为光业务网,做实全光锚点,实现高速的泛在接入,实现灵活便捷的全光入云。在此基础上,推动光网络的开放解耦,及智能化增强。通过智能光网络实现光业务网,实现云光一体的服务。

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在算力网络方面,打造算网大脑,才是最重要的工作。

通过算网大脑提供算力与网络统一的管控,编排能力以及资源的统一调度,和能力的开放。算网大脑,需要引入AI大数据、区块链数字化的技术手段,提升算网的统一管控、编排的能力,希望能够实现算网业务随选、意图驱动、全局优化、能力开放,实现灵活、智选、迅捷和安全的算网业务服务和能力。

同时,逐步引入数字孪生技术,通过数字孪生实现算网的智能运营。

此外,在算网设备上,需要把云原生的思路引入到算网设备的研发里,构建更加开放云化的网络设备。

为了促进算网设备的发展,中国联通跟产业链的合作伙伴共同来打造的算网设备操作系统——CUNOS,满足了运营商对网络设备的高可靠性和业务创新的高灵活性的需求,中国联通希望通过发展新型的算网设备,为整个网络转型和变革提供更好的基础的支撑。

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中国联通认为,算力网络的发展,不单是技术理念和技术研究,更多的工作,需要在实践中间去探索。

算力网络的发展,需要构建开放的研发体系和生态体系。

在产业生态方面,去年,中国联通发起成立了算力网络产业技术联盟,除了传统的设备商,还有很多的IT、 AI厂商的加入,也有一些芯片商、研究机构的参与,在产业联盟里,合作伙伴共同开展相应的研究、试验工作,研制相应的设备,推动整个算力网络的发展。

同时,算力网络的发展还需要通过实践去不断的探索业务模式和网络演进路线。

近年来,中国联通研究院与许多省份公司联合开展了多方面的算力网络试验示范工作。

诸如,在大湾区,与广东联通合作建立了大湾区的算力网络联合创新实验室;与北京联通合作,推进 IPv6+相关工作,除了SRv6,在APN6 等等IPv6+技术上,共同进行了多方面的试验,基于CFN现网试验;在河北,在雄安最早推进SRv6综合承载网的建设,基于SRv6综合承载网,提供了网络切片服务,为政务专项业务提供了服务网络;山东联通一直推进云光一体服务体系,通过光网络实现入云,打造光云城市。

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中国联通把算力网络发展分为三个阶段。今天,正处在算力与网络一体化供给的阶段

中国联通重点工作是以SRv6和IPv6+作为重心,开展技术攻关,重点是增强承载网与算力资源的自主控制与协同编排调度能力。

第二个阶段,是算力与网络一体化的运营阶段,希望推动SRv6入云,实现计算资源与网络资源的标识,互认、寻址统一,网络端到端确定性能力的增强。

未来随着发展,尤其是将来6G阶段,是算力与网络一体化生产阶段。在6G阶段,网络重要的特征之一是智慧内生,智慧内生需要算力内生的能力,推动网络不断增强内生的算力能力,真正实现网络与算力的深度融合。

当然,整个算力网络发展还面临着多方面的挑战。计算产业和网络产业终究是两个不同的产业,无论是在技术标准还是产业协同,都需要两个产业加强共同的研发工作和标准工作以及产业推动工作。

算网一体服务的模式和商业模式也要需要进一步探索,提供算力服务的算力资源的感知、度量、开发、共享,还有很多的问题需要研究,也包括算力交易的问题等等,需要进一步去探索。

总结:

算力网络是中国信息通信业支持、倡导的新兴技术概念,也反映了我国的通信与计算服务融合的愿望和趋势。算力网络的技术标准和内涵外延还需要通过实践探索,不断丰富和发展。

从网络角度看,算力网络是面向计算和智能服务的新型网络体系, IPv6+和全光底座是算力网络的技术基石,增强网络内生能力是算力网络演进的重要方向。

从算力角度看,算力网络是网络化的算力基础设施,是依托网络构建的多样化算力资源调度和服务体系。

从服务角度看,算力网络的目标是要提供算网一体服务,算力网络是云网融合服务的新阶段,即云网融合2.0。

附:

(1)中国联通算力网络研发历程回顾

2019年6月,在网络5.0峰会上,中国联通提出了发展算力网络,迈向算网一体的技术设想;

2019年11月,中国联通发布《算力网络白皮书》,阐述了中国联通对未来算力业务形态、平台经营方式、算网关键技术及主要应用场景等方面的观点;

2020-2021年,中国联通在算力网络领域陆续发表《算力网络架构与技术体系白皮书》、《异构算力统一标识与服务白皮书》、《云网融合向算网一体技术演进白皮书》等;

2020年12月,中国联通撰写的《算力网络前沿报告》在中国通信学会年会发布;

2021年3月,中国联通发布了《中国联通 CUBE – Net 3.0网络创新体系白皮书》。

CUBE-Net 3.0以实现算网一体为重要目标,在 SDN / NFV 基础上,融合云原生、边缘计算、人工智能、内生安全等新的技术元素,强化要素深度融合,构建支撑经济社会数字化转型的新一代数字基础设施。“算力网络”是中国联通 CUBE-Net3.0最重要的技术方向。

(2)构建生态,联合攻关:

中国联通2020年11月在科创大会上牵头成立了国内第一个算力网络产业联盟“中国联通算力网络产业技术联盟”;

2021年6月,北京联通首次在现网验证了算力网络 CFN 关键技术能力;

2021年9月,中国联通发布了大湾区算力网络行动计划,并在广东联通成立算力网络联合实验室,在北京联通成立“IPv6+”联合创新实验室,持续推动IPv6+与算力网络关键技术发展及创新实践;

(3)技术研究:

中国联通2021年2月在《China Communications》发表了业界第一篇论述6G算力网络的 SCI 论文;

2021年9月,联通研究院出版了该领域行业第一部专著《算力网络——云网融合2.0时代的网络架构与关键技术》;

同年,《算力网络前沿报告》获评工业和信息化优秀研究成果,“算网一体技术与服务体系”项日获得未来网络领先创新科技成果奖,“算力网络异构算力统一标识体系与应用创新”项目获得网络5.0领先创新科技成果奖;

三年来,中国联通在算力网络领域发表十多篇论文,申请数十篇专利,在 ITU – T 、 EISI 、 CCSA 等组织立项多项标准。

中国联通持续推进算力网络的创新实践与现网部署,广泛开展算力网络生态建设与产业合作,率先在北京、河北、广东、山东4个省市,开展了算力网络落地实践。

中国联通算力网络架构与行动计划

算力网络是电信运营商为应对云网融合向算网一体转变而提出的新型网络架构,是实现算网一体的重要技术抓手。

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图2-1所示算力网络组网架构图,将算力网络按照功能区分为四个域,分别为接入网络域、算网网关域、算网承载域和数据中心域。

接入网络域:以“极”为核心特征,针对各种用户接入网络的南北向流量,实现极致化的大带宽、低延时、广连接等通信指标;

算网网关域:以“柔”为核心特征,结合各种接入业务的具体特征,面向固移网络融合承载、控制转发面分离、转发面下沉的演进需求,实现算网网关柔性、弹性、低成本部署;

算网承载域:以“智”为核心特征,算网承载域是算力网络的核心,需要承载网结合SRv6、切片、APN6、 ROADM等新技术满足东西向流量的承载需求,实现业务在多云之间的智能调度,通过引入算力感知、业务感知、确定性服务等能力,结合运营商城域、骨干等多级架构实现;

数据中心域:以“简”为核心特征,面向数据中心内云服务的承载需求,实现数据中心内部网络架构的简化和高效、无损传输。

基于该架构,中国联通将大力推进算力基础设施和网络基础设施建设,开展如下行动:

第一,建立完善的算力资源布局,构建核心、区域、边缘三级算力资源池,进一步聚焦国家枢纽节点布局,将计算、存储等算力资源在云边端之间进行有效的联接和调度,满足算力“随时、随地、随心”的服务要求。

第二,构建“一网联多云,一键网调云”的云网边一体化能力开放调度体系,形成网络与计算深度融合的算网一体化服务格局。

第三,建设智慧云网大脑,通过技术创新、管理创新、模式创新等手段,建设算力有效联接、灵活调度、高质量的新型 IP +光协同算力承载网络。

第四,全面推动网络智能化转型,打造“自智网络”。通过网络 AI 平台赋能生产模式变革,实现全专业全生命周期动态管控和网络数据的集约化拉通。使能网络更灵活、管理更智慧、服务更智能。

第五,以支持IPv6协议的网络全面部署为基础,结合IPv6+技术创新,打造承载网基础能力,全面建成领先的IPv6技术、产业、设施、应用和安全体系,实现基于IPv6协议的网络服务能力全面升级。

第六,基于新型算力网络架构,在5G专网、智慧家庭、政企专线等领域加强产品创新研发,提供服务差异化、运营集约化、流程线上化的算网协同服务新产品。

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