算力网络及其演进与应用（6）
胡经国
（续前）
九、算力网络是如何工作的？
1、算力网络的核心特征
大家知道，算力网络的作用是为用户提供算力资源服务。它将算力资源“彻底融入”通信网络，以一个更加整体的形式（一体化的形式），提供最符合用户需求的算力资源服务。它是一个高度灵活、高度智能的网络。
算力网络的核心特征是：通过算力，实现了对算力资源与网络资源的全面接管，可以让网络实时感知用户的算力需求，以及自身的算力状态。在经过分析以后，算力网络可以调度不同位置、不同类型的算力资源，为用户服务。
我们可以把它理解成一个“万能水龙头”。它总能够按你的需要，提供“合适强度、合适温度、合适酸碱度的水流”，让你拥有最好的“用水体验”。
那么，我们自然会很好奇，这个“万能水龙头”的背后，究竟是一张怎样的“水网”？它是如何进行资源控制和调度的？
下面，就来介绍算力网络的（组网）架构。
2、算力网络的（组网）架构（设想）
首先，需要提前说明，算力网络目前还是一项研究中的技术，并且没有完全定型。所以，我下面给出的，只是各个运营商和设备商的算力网络架构（设想），相互之间会存在一定的差异。而且，未来也很可能会发生变动。
下面，介绍运营商和设备商比较有代表性的算力网络架构（设想）。
⑴、算网基础设施层
算力网络架构的最下层是基础设施层。在算力网络中，基础设施不再仅仅是算力资源（CPU、存储、GPU等），还包括网络资源。（下图源：网络）
在算力资源这边，对算力基础设施的整合，依旧是以云技术为核心，包括云原生、虚拟化、容器等。
在这里，和算力有关的一些底层新技术创新，也值得关注，如异构计算、无服务计算（Serverless Computing）、存算一体、算力卸载等。
在网络这边，在云网融合趋势下的网络变化比较大。用一句话来解释，就是把封闭的网，变得更加开放（解耦）；让它变成像计算机一样，可以通过软件的方式（软件定义），去给它下“命令”。
网络的底层（物理层、数据链路层），有传输网和接入网。变化大的，在网的上层。
⑵、算网一体层（算力资源管理、网络资源管理）
由于算力网络需要调度算力资源和网络资源，因而需要对资源进行“预处理”和“衔接”。（这一层，其实在很多类似架构里都归于管理编排层。在这里单独拎出来，会比较容易理解一些。）
这一层，最值得关注的是“算力路由”。算力网络和传统网络的最大区别在于它具有三大特性。其第一大特性就是“算力路由”。
①、算力感知
在算力路由之前，先要说一下“算力感知”。
“算力感知”是指网络对于算力资源和算力服务的部署位置、实时状态、负载信息、业务需求的全面感知。中国移动的《算力感知网络白皮书》，就是站在“算力感知”的角度，进行分析的。
一方面，各个算力节点将算网信息度量建模以后统一发布，网络通过对多节点上报的算网信息进行聚合，构建全局统一的算网状态视图。另一方面，网络完成对业务算网需求的统一解析，实现对业务的全面感知，为基于业务需求进行算力调度提供保障。
简单地说，算力感知的目的就是“摸清手上”到底有多少资源，用户到底有怎样的需求。
②、算力度量和算力标识
对于感知的对象，肯定需要进行度量和标识。于是，就有了“算力度量”和“算力标识”。对于这两块，运营商目前非常重视。
由于算力这个东西存在“多样性”，也存在“异构硬件芯片”，因而目前还没有形成统一的度量体系和标准。这会对建立统一的算力模型造成麻烦。那么，度量单位都不一样，如何进行算力评估和计费？
“算力标识”就相当于“算力的身份证”。用户通过算力标识，指示所需要的服务；网络通过解析算力标识，获取目标算力服务、算力需求等信息，为算力调度等提供基础。因此，算力标识必须是全局统一的和可验证的。
③、算力路由
接下来，就要说到“算力路由”。
在这里，先介绍一下什么是“路由”？
“路由”（Routing），是指通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。路由发生在OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）网络参考模型中的第三层即网络层。路由引导“封包转送”，在经过一些中间节点以后，到达它们最后的目的地。若作成硬件的话，则称为“路由器”。路由通常根据“路由表”——一个储存到达各个目的地的最佳路径的表——来引导“封包转送”。因此，为了有效率地转送封包，建立储存在路由器内存内的“路由表”是非常重要的。
在中国移动的“算力感知网络架构图”里，在“算力资源层”之外，还单独划分了一个“算力路由层”。
“算力路由层”是算力感知网络的核心功能层；支持对网络、计算、存储等多维资源、服务的感知与通告，实现“网络＋计算”的联合调度。
“算力路由层”包括：算力路由“控制技术”和算力路由“转发技术”，以实现业务请求在路由层的按需调度。
说到“算力路由”，肯定就要说到“计算优先网络”（Computing First Networking，CFN）。
在广义上，CFN有时候会被用来指代整个算力网络。但是，在这里，CFN是一种“分布式路由协议”；在不同“边缘云”之间，按需进行算力的调度和均衡。
传统理解的“路由”都是“数据报文”的路由。在这里，CFN的路由，是将计算资源状况和网络资源状况作为路由信息，发布到网络。然后，网络基于虚拟的服务ID，将“计算任务报文”，路由到最合适的计算节点。
目前，“CFN协议”主要通过在“业务路由”的“BGP报文头”中，以扩展字节信息的方式携带算力信息，将网络中计算节点的负载情况实时向全网进行扩散。
很显然，算力路由和CFN，是上一层进行“算力调度”的前提。
⑶、管理编排层
算力网络的核心关键部分是管理编排层。
在核心网的NFV（网元功能虚拟化）架构里，就有“编排”。“编排”是一个很有意思的词，字面意思是“收编、安排”；说白了，就是“完全控制和调度”。
①、算力调度
算力网络的第二大特性就是“算力调度”。“算力调度”，就是基于算网大脑，进行全网算力资源的智能编排、弹性调度。更具体来说，就是：完成算力运营及算力服务编排，完成对算力资源和网络资源的管理，包括对算力资源的感知、度量和OAM管理等；实现对终端用户的算网运营，以及对算力路由层和网络资源层的管理。
②、算力资源管理
算力资源在被度量、标识和感知之后，为了进行管理，还有一个算力资源管理的逻辑过程（也有的将其单独称为：算力管理层）。其中主要包括：算力注册、算力OAM（性能监控、故障管理）、算力运营（计费管理、服务合约等）。
这个功能划分就很麻烦。在有的运营商架构图里，这块被定义为“算力管理层”，单独存在。而在有的架构图里，则没有这一层，将其划在了“管理编排层”。所以说，各个理解都不一样；反正大家要知道，有这么一个功能组。
③、算网大脑
想要实现它，肯定离不开一个控制网络的“神经中枢”。
调度和编排算力网络的核心控制部分，有的运营商把它叫做“算网大脑”。
这个“算网大脑”具有以下4个重要作用：
①-1、获取全域实时的“算、网、数”资源及“云、边、端”分布情况，构建全域态势感知地图。
②-2、跨域协同调度，将多域协同的调度任务智能、自动地分解给各个使能平台，实现“算、网、数”资源调度。
③-3、多域融合编排，针对多域融合业务需求，基于“算、网、数”的原子能力按需灵活组合编排。
④-4、智能辅助决策，基于不同业务的SLA要求、网络整体负载、可用算力资源池分布等因素，智能、动态地计算出“算、网、数”的最优协同策略。
总而言之，通过算网管理编排层，维护全局静态的算力、服务和网络拓扑信息，并且同步给各入口算力路由节点；通过算力路由节点，维护算力服务的拓扑信息以及算力资源和网络资源实时状态信息；通过分布式算力路由节点，进行算网协同调度。
“算网大脑”是算力网络的神经中枢，由它统筹全局资源，其重要性不言而喻。在“算网大脑”中引入AI人工智能，那肯定是不用说了。除了AI之外，现在，运营商和设备商还打算往里面加入“数字孪生”、“意图引擎”，极力提升“算网大脑”的智能化水平。
实际上，由“管理编排层”可知，算力网络就是SDN（Software Defined Network，软件定义网络）和NFV（Network element Function Virtualization，网元功能虚拟化）技术的升级加融合，处处都是这两项技术的影子。只不过，表面又加上很多其它技术，形成了一个更完整、更庞大的体系。
⑷、算力运营层（服务营运层）
在“算力大脑”之上，还有一个“算力运营层”。
算力运营层的功能就是给上层用户和应用提供管控算力网络的接口。“算网大脑”不是真正的“老板”，只是一个“大管家”。真正管控网络的是上层用户和应用。
算力运营层的目的，就是向上提供算力网络的能力开放。其重点的技术包括：算力交易、算力并网、算力封装、意图感知等。
算力交易
算力网络的第三大特性，就是“算力交易”。“算力交易”是算力网络的一个重要创新。
在算力和网络没有融合之前，用户使用谁家的云计算，就给谁家钱，使用谁家的通信网络，就给谁家钱。在算网融合以后，算力到处都是，调度来调度去，你到底该给谁钱？算力交易，就是为了解决这个问题。
在算力交易场景中，会有一个“可信泛在算力交易平台”。算力交易的大致过程是这样的：
首先，算力消费方提出详细的算力需求。
然后，算力交易平台根据需求，将可用的资源整合，生成一个算力网络资源表。根据时延和成本等因素，会有对应的报价。
接下来，算力消费方根据算力网络资源表，选择一个最适合自己的“套餐”。
然后，在算力交易平台上签订交易合约。
再然后，交易平台根据签订交易合约，通过算力网络调度资源，并且更新资源信息。
最后，合约结束，服务终止，释放资源。
在21世纪，凡是提到交易模式，就一定会牵扯到一个词——区块链。算力交易平台，也是借助区块链技术，来实现分布式账本、匿名交易等功能的。
综上所述，算力网络紧密围绕用户的算力需求，覆盖了算力产生、调度、交易、消费的全生命周期。算力网络想要实现的，就是“算随人动”，“算随需求动”，达到极致完美的算力供给与需求匹配，一点也不将就，一点也不浪费。
3、中国算力网络建设进展概况
这几年，算力网络在中国国内非常热门；不管是运营商还是设备商，尤其是运营商，都极为重视这个概念。
其原因很简单，国外运营商很少“碰网”，基本上就是搞搞通信，最多搞搞传统通信的云化。而中国国内运营商，既有网又有云，特别希望把网和云的资源融合、盘活。而且，中国国家比较重视基础设施建设，算力网络是重要的数字基础设施。所以，运营商作为国企，也特别看重这一领域的积累。
一方面为了掌握技术标准的主动权；另一方面为了品牌宣传和形象造势，三大运营商在算力网络上就开始“卷起来了”。
2019年是公认的算力网络元年。在该年11月1日，中国联通率先行动，在北京PT展期间，发布了《中国联通算力网络白皮书》。这是中国国内第一本和算力网络相关的白皮书。
此后，中国国内运营商们先后陆续发布了多本算力网络白皮书，并且积极推动算力网络标准制定。（下表来源：网络）
有关试验进展，如下表所示：
从实际情况来看，算力网络离我们还有很长一段距离。目前，我们处于云网融合的进展阶段，而算网一体或算力网络则尚处于研究阶段。
尽管如此，算力网络作为“算力”和“联接力”未来的发展趋势，是毋庸置疑的。算与网的融合一体，是必然的，也是整个通信行业的归途。传统通信作为“管道”，无法提升自己的价值；唯有全面投入云的怀抱，才是最好的出路。大家有兴趣的话，可以仔细在研读一下上述运营商的白皮书。
（未完待续）
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