算力網絡關鍵技術研究和實踐

摘要：隨著我國網絡技術的不斷發展，新一代的信息網絡技術也在不斷開始發展，逐漸向著融合計算、資源傳輸的智能化方向進行轉化，從而形成了算力網絡，有效進行新型網絡架構的設計，促進資源的協同發展，能夠根據相關需求來進行資源的調度工作，更好地實現算力在網絡方面的優化工作，提升用于體驗。此種技術能夠具有非常好的發展趨勢，逐步提升算力網絡技術水平，促進我國網絡的快速發展。本文首先針對計算與網絡發展進行概括，然后論述算力網絡的概念和架構，并且針對算力網絡關鍵技術進行分析，最后提出具體的算力網絡未來發展建議，包括感知與度量發展建議和集中與分布協同控制旨在能夠更好地促進網絡強國的構建，實現數字基礎設施的建設。

關鍵詞：算力網絡;關鍵技術;編排技術;承載技術;轉發技術

一、引言

現階段我國的5G技術已經得到了非常全面的發展，很多邊緣計算和網絡功能也逐漸開始變得虛擬化，需要更好地將網絡與計算技術二者相關結合，這樣才能夠有效促進物理世界與數字技術進行融合，從而可以更好地實現轉型，有效促進算力網絡的發展。現階段的工業互聯網、車輛網等都需要進行遲滯領域的發展，那么就需要更好地進行處理能力的提升，同時也需要提高網絡靈活度，有效滿足新技術所帶來的要求。因此，需要更好地進行算力網絡技術的運用，有效促進資源的最大利用優化。

二、計算與網絡發展概括

隨著數字化時代的到來，智能化技術能夠更好地推動我國產業的創新發展，這樣世界上各個國家都會通過自身的戰略設定去進行制高點的搶占，從而能夠更好地促進自身國家的網絡經濟發展。通過數字化的網絡技術的應用，可以更好地帶動VR、AR技術的使用，促進低時延的業務開展，逐步走向商業化的發展，奠定了云技術發展的基礎。

根據相關研究預測，2025年全球數據流量要比2019年提升4倍，其中45%都需要利用5G技術來進行應用，這樣才能夠更好地實現視頻流量的拓展，有效實現技術的運用。現階段，我國的信息通信行業主要是針對5G技術進行研究，已經處于世界技術的領先地位，根據相關預測來看，等到2023年，我國的數字經濟產值能夠占據全國總體產值的67%，已經遠遠超過了全世界的平均水平。從而更好地帶動算力密集分布實現聯網服務。算力網絡已經開始進行標準的制定，同時也不斷進行研究和發展，已經走向了國際舞臺。我國的移動、聯通和電信三大通信運營商已經開始了標準的應用，我國的通信標準化協會也已經對算力網絡的技術進行研究，從而不斷實現算力網絡技術的發展。2020年底，我國聯通公司成立了算力網絡技術聯盟，牽頭進行業務的開展[1]。

三、算力網絡概述

（一）算力網絡概念

算力網絡是一種面向計算網絡的深度融合架構，通過現有的網絡技術為基礎來進行自動化服務功能的補數工作，這樣可以更好地保證路由與負載之間的均衡，這樣才能夠有效實現網絡基礎設施的構建，確保網絡安全。還需要提升網絡和計算資源的利用率，從而提升客戶所具有的網絡體驗。算力網絡是中國移動通過一定的架構、度量等方面的演進而提出的新型基礎網絡，主要具有邊緣計算、人工智能、異構計算等方面的業務，可以更好地進行資源的編排工作，還能夠更好地進行平臺服務和網絡服務，有效提升上層算法，促進協同管理工作的開展，實現數據面的控制。可以更好地進行系統的編排和網絡的調度工作，從而實現網絡服務的靈活部署。還需要更好地對傳統網絡的路徑進行優化，可以有效進行信息節點之間的傳輸工作，而沒有對節點內部的算力能力進行考慮。在未來的算網融合的發展工作中，可以更好地提升負載的性能，還需要對算力和網絡進行全方面考慮，同時更好地進行路徑優化，有效進行目標服務工作。還應該對數據面可編程技術進行應用，實現網絡信息的協同工作，從而能夠實現控制面和數據面的同步創新工作的實施。通過網絡體系的構建，雖然能更好地促進算力網絡技術的發展，但是還需要進行異構硬件的考量，需要進行多種算法的結合，建立一定的體系，從而有效促進算力網絡技術的發展。

（二）算力網絡架構

為了可以更好地促進算力網絡技術的應用，促進計算和服務之間的協同調度工作，需要對其架構情況進行全面了解。算力網絡結構的應用層主要是負責各種計算服務工作，可以有效進行用戶的SLA請求參數的傳遞工作，由路由層進行接收。算力網絡管理層這樣復雜進行算力運營工作，除此之外，還應該去進行算力服務編排工作，有效進行算力資源的感知和度量，還需要對其進行管理服務，有效促進算力網絡運用的開展，實現對路由層和網絡資源層面的管理工作。算力網絡路由層是整個算力網絡的核心內容，這樣可以更好地進行算力網絡資源的情況分析，可以根據不同業務所具有的靈活度進行調度工作，調度到不同的計算資源節點之中。而算力網絡的資源層主要是根據現在所提供的設施進行算力資源的提供，其中的基礎設施主要包括中央處理器、圖形處理器等多種具有計算能力的設施內容，可以更好地滿足不同形式的計算要求。還能夠更好地進行算力模型的構建，有效進行程序編程接口的提供。算力網絡資源層可以更好地進行網絡連接地提供，可以更好地對基礎設施進行內網和局域網的連接。

總之，算力網絡可以更好地進行網絡連接服務的提供，同時利用自身所具有的分布式計算節點來進行自動化服務部署工作，從而實現最優路由與負載之間的關系平衡。還可以利用海量的應用和功能函數進行開放，可以更加快速地實時調取計算資源，提升計算資源所具有的使用效率，從而有效確保用戶體驗達到最大化，計算資源達到利用的最優化[2]。

四、算力網絡關鍵技術

（一）編排技術

算力網絡能夠很好地將計算、存儲和傳輸功能進行一定的智能化利用，通過云原生技術進行業務邏輯和資源的解耦工作。這樣就需要更好地進行容器的編排和調動功能，實現算網資源編排能力的提升。與此同時，還需要更好地與底層基礎設施進行結合，實現資源的調度和管理功能，有效進行異構計算資源、網絡資源等諸多資源的有效管理，更好地實現去中心化，從而實現統一服務平臺的建設。算力網絡是基于云原生技術來進行建模和編排工作，可以更好地對相關業務運行、平臺處理等關鍵技術進行使用，從而可以更好地將算力利用網絡化的形式進行連接，可以達到高效共享的效果。那么就能夠說明算力網絡中所具有的資源具有異構化的特點，需要通過K8S+輕量化的K8S結合，這樣才能夠有效實現算力資源的調度工作。可以更好地進行資源的統一平臺調度和管理，同時也能夠對邊緣側資源實現調度，具有非常強大的功能。為了可以更好地進行算力調度工作，需要進行泛在算力資源的建模度量工作，應該利用模型去進行算力資源的映射工作，從而形成可以讓業務層理解的零散算力資源，為算力網絡的調度工作帶來保障。還需要對算力需求進行不同等級的劃分工作，可以為設計人員提供大量的參考信息，也能夠為算力選型工作提供科學依據[3]。

（二）承載技術

對于IPv6+來說，主要是一種智能IP網絡，可以更好地滿足算力網絡的組網工作，同時還可以不斷提升用戶的體驗，為其提供更加優質的網絡服務。通過一定的網絡切片能力接觸進行網絡感知技術的運用，這樣可以有效解決當前存在的感知業務需求，同時也可以進行一定的算力和服務之間的匹配問題。這樣才能夠實現業務網關的下沉，而且能夠更好地利用算力網關去進行流量的轉化，促進可編程空間的拓展。還需要對網絡切片、業務鏈等技術進行開發，更好地信息業務方面的部署工作，有效促進算力網絡需求的開展，這樣才能夠實現統一的資源管理和調度工作，實現算力網絡的全局優化。還能夠在技術上實現集中方案的技術路線設計。通過數據中心軟件能夠更好地進行集中調度方案的設定，也可以利用電信運營商承載網進行分布式控制工作，實現協議擴展，利用現在已有IP網絡進行分布式協議的實現，同時還能夠對算力信息進行分發，有效實現網絡資源的考量，更好地進行調度工作的開展[4]。

（三）轉發技術

傳統的網絡設備主要是利用轉發和控制進行一體化的工作模式進行開展，但是這樣會讓整個芯片的功能出現固化問題，無法有效支撐算力網絡工作的開展，不能滿足可編程的需求。而在新一代的可編程數據包處理芯片上進行編程語言的設計，這樣可以更好地進行網絡自動，還能夠對數據處理流程進行定義，可以更好地促進算力網絡滿足自身的行為需求，還可以專注于設計改進，對數據包進行一定的架構處理工作，有效確保特定協議中的內容進行正常使用。通過可編程芯片技術的使用可以促進算力網絡的發展，為其提供技術方面的最大支持。

（四）度量建模技術

在進行算力網絡的研究工作中，需要對其進行一定的建模分析，可以更加有效地統一度量體系，利用不同的計算類型來進行統一描述工作，并且形成一個算力能力模板，這樣就能夠為算力路由、算力設備管理等工作進行標準的算力度量規則提供。那么就需要通過統一的算力度量和建模工作來進行可編程門陣列的資源描述，還能夠為其提供非常好的計算服務工作。研究人員更加需要對算法那方面進行考慮，可以通過不同的算法去進行度量工作，確保可以科學地調動相應的算法，能夠對其進行服務。因為不同的用戶所需要的服務不同，那么所出現的算力需求也各不相同。那么就應該對用戶的需求進行映射處理，從而得到所需要的算力資源，更好地利用網絡去進行用戶需求的感知，提升用戶的交互效率。

（五）算力路由技術

算力路由層是算力網絡技術的核心內容，能夠更好地支持網絡和計算服務，同時也可以用于進行存儲，實現服務的感知，有效進行網絡服務和計算服務的聯合調度工作。通過一定的控制技術和轉發技術可以有效實現業務請求，同時可以給予業務來進行動態的生產，通過用戶的需要去進行算力調度策略的制定。應該通過IP協議去進行擴展，從而增強網絡感應力，根據算力需求去進行網絡編程，進行新型數據面的擴展工作，實現最優體驗的服務工作。

（六）算力管理技術

算力管理工作需要進行一定的算力設備注冊工作，還需要進行設備的運營，通過統一管理工作能夠實現網絡管理和檢測，這樣會生產算力服務合約，同時建立計費策略，實現算力的統一運營。還應該針對不同計算類型來進行算力度量體系的構建以及描述，形成一定的算力能力模板，加強算力設備的管理工作，特別進行算力節點的注冊、注銷以及更新工作，通過路由通告進行策略管理[5]。

五、算力網絡未來發展建議

（一）感知與度量發展建議

現在的算力網絡工程的開展，需要進行一定的感知與度量，這樣才可以實現對算力的編排工作，有效進行合理的業務匹配工作。那么怎樣可以更好地進行算力的感知，從而建立一定的度量算力資源呢，需要合理進行編排工作，從而滿足業務的需求，這是算力網絡研究工作的重點內容。

在5G網絡快速發展的今天，能夠更好地對某個數據進行泛在化的算力工作，而且能夠更好地利用網絡進行連接，實現算力資源的共享[6]。因此，需要保證算力資源的泛在化特點。現階段的市場上有很多種類型，例如GPU、ASIC，從而可以適應不同的場景，有效感知異構芯片的算力。

（二）集中與分布協同控制

在進行算力網絡的控制工作中，能夠通過集中式和分布式進行調度工作，并且利用運輸局中心去進行城域網的擴展工作。利用此種方式可以更好地與邊緣云進行連接，從而使得網絡公眾能逐漸趨于虛擬化，實現一定的協調和管理。分布式控制工作可以更好地提升運營商的控制能力，還能夠實現協議的拓展，利用IP網絡去進行平面的控制，從而是對計算資源狀況的考慮，對計算節點進行處理，有效促進全局優化工作的開展。

通過對兩種方法的比較，能夠發現前者的算力節點可以更好地進行集中控制器來實現，但是計算節點卻無法進行網絡聯動，同時也無法與運營商之間進行聯動。而后者可以調動IP路由器節點，提升節點的服務質量。為了能夠更好地應用上述挑戰，需要加強算力感知技術與端管云協同技術的研發，這樣才能夠實現網絡的統一配置，從而滿足靈活組網的要求，實現業務的快速開通，可以進行相關信息的傳輸，實現用戶的優化體驗[7]。

六、結束語

綜上所述，隨著數字經濟時代的到來，我國需要將自己打造成為一個網絡強國，這樣才能夠更好地進行戰略部署工作，有效利用信息技術進行產業數字化的建設，這樣能夠在很大程度上提升我國數字經濟的發展水平，更好地去進行新需求的創造，利用算力網絡來進行數字時代的開展。通過網絡技術的優勢來創造數字經濟的美好未來，實現算力網絡技術的高效運用。

參? 考? 文? 獻

[1]雷波. 邊緣計算中的算網融合趨勢及研究進展[J]. 自動化博覽，2021，38（11）：40-43.

[2]趙倩穎，邢文娟，雷波，蔣林濤. 一種基于域名解析機制的算力網絡實現方案[J]. 電信科學，2021，37（10）：86-92.

[3]曹暢，張帥，劉瑩，唐雄燕. 云網向算網演進中的若干關鍵技術問題[J]. 電信科學， 2021，37（10）：93-101.

[4]姚惠娟，陸璐，段曉東. 算力感知網絡架構與關鍵技術[J]. 中興通訊技術， 2021，27（03）：7-11.

[5]賈慶民，丁瑞，劉輝，張晨，謝人超. 算力網絡研究進展綜述[J]. 網絡與信息安全學報，2021，7（05）：1-12.

[6]曹暢，唐雄燕. 算力網絡關鍵技術及發展挑戰分析[J]. 信息通信技術與政策， 2021，47（03）：6-11.

[7]蔡岳平，李天馳. 面向算力匹配調度的泛在確定性網絡研究[J]. 信息通信技術， 2020，14（04）：9-15.

作者單位：戴中華? ? 中移（蘇州）軟件技術有限公司

戴中華（1975.08-），男，漢族，江蘇鹽城，碩士畢業，高級工程師，研究方向：云計算、大數據、算力網絡。