算网融合发展，运力承载筑基

余璠　王坚　陆敏　诸葛毅　陈琛

关键词：算力网络；承载网；数字化基础设施建设

一、算力网络发展现状

2022 年全国两会召开后，建设数字信息基础设施成为强烈政策信号。《政府工作报告》中提到，建设数字信息基础设施，围绕国家重大战略部署和“十四五”规划，适度超前开展基础设施投资。2 月底，国家发展改革委等多部门联合印发通知，启动建设全国一体化算力网络国家枢纽节点，“东数西算”工程正式启动。同时，算力网络作为重要的信息基础设施有望迎来加速跑，如何加快推动算力网络创新发展也成了热议的话题。

算力即计算能力，是通过对信息数据进行处理实现目标结果输出的计算能力。在不同的场景下，算力可以用不同单位来衡量。例如，在加密数字货币场景下，算力的衡量单位是每秒哈希运算次数（Hash/s）；在AI 和图像处理等场景下，算力的衡量单位是每秒浮点运算次数（FLOP/s）。

算力网络是应对算网融合发展趋势提出的新型网络架构，以算为中心、网为根基，网、云、数、智、安、边、端、链（ABCDNETS）等深度融合、提供一体化服务的新型信息基础设施。传统网络的考量方式是从数据传输角度，考虑信息论层面逼近网络的最大容量、吞吐量；算力网络不只负责传输，还要加载存储、计算等相关资源，形成Communication、Cash、Computing 三位一体的3C 资源模式，通过多维度资源的统一协同调度，实现连接和算力在网络的全局优化。

自算力网络的概念诞生以来，在业界各方的共同努力下，其标准化工作取得了很大进展。国内三大运营商积极投入算力网络标准化工作中，联合开展算力网络需求与架构、算力路由协议技术要求、交易平台技术要求、管理与编排要求等标准的研究[1]。图1 为中国移动算力感知网络参考架构。基于网络无处不在的算力资源，算力平台层完成对算力资源的控制和管理，并通知算力路由层，综合考虑网络状况后，将服务应用调度到合适的节点，以实现资源利用率最优。然而，当前传统网络结构在向算力网络演进过程中，仍存在许多不足。在算力方面，由于平台过于集中、时延难以进一步优化，算力类型单一、无法满足新型业务模型需求，云边协同的统一调度能力依然为技术难点等问题；在网络方面，有应用层和网络层解耦、应用感知能力弱，网络资源利用不充分、不均衡，网络内化经济模型缺失等問题。

二、算力网络发展需求

全新的信息化场景对算力网络提出了更高的要求。

（一）激增的网络计算能力需求

AI 模型训练、高性能计算、多源数据一体化分析等大量计算需求融入业务中，对网络计算能力需求增大。如在数字孪生应用场景中，需要庞大的算力将现实空间中的对象复现为信息空间中的数字模型，形成一个信息实时映射、数据双向流通的完整闭环，服务于产品的全生命周期。

（二）更高的带宽和更低的时延

随着业务的多元化发展，网络时延和带宽需求日益严格。如在VR 应用场景中，游戏在算力中心服务器中运行，渲染完毕后的游戏画面通过网络发送到终端。对带宽和时延敏感的多人交互游戏，可以通过应用云边协同，同一区域的玩家通过连接一个边缘计算节点，大大减少时延。

（三）业务架构呈现“云－边－端”的特点

如内容分发网络中，中心算力节点部署在云上，同时为提升用户体验，需要将边缘算力节点下沉。在商超、住宅、办公楼宇、校园等算力边缘节点通过AI 预测本地化和热点内容，通过网络将内容从中心节点传送到边缘节点，再发送给用户。

（四）交互需求增加，业务流向复杂，需要灵活调度

在智慧家庭场景中，无数用户需要和家庭网关、智能终端等设备频繁交互，“万物互联”需要算力网络能灵活调度算力、分发数据，实现本地分析、快速处理、实时响应。

三、承载网应对方案

在算力网络中，网络作为承载、运输算力的基石，连接各算力中心节点、边缘节点及用户侧终端，可构建多样化算力资源调度和服务体系。目前，常见的传输承载网络类型主要有：SDH、PTN、SPN 及OTN 网络。SDH 网络主要承载2G 和小颗粒政企业务，面临设备老旧过保、难以扩容改造等问题，无法满足算力承载需求；PTN 网络主要承载2G/4G 业务和政企业务，无法引入IPv6，不能满足灵活调度的算力网络发展需求。因此，算力的主要承载网络为SPN 和OTN，各场景下适用的网络类型如表2 所示。

（一）SPN网络

SPN 网络是一种5G 承载网络格式，结合FlexE 技术，将5G 大网络从逻辑上切分出独立子网和端口，满足各类人、物、车以及各种专网的应用需求，减少因物理带宽共享造成的相互干扰。SPN 网络的主要特点有：

①满足多元化业务需求。SPN 网络支持L3 层端到端开通，可满足业务灵活调度的需求；环路带宽以10GE 和50GE 为主，满足大带宽的需求；设备及组网支持切片，满足业务保密性要求；在光缆路由条件具备的情况下，设备及组网支持SR 重路由，满足业务安全性的要求。

②向SRv6 持续演进。基于IPv6 扩展和SRv6 策略映射可具备多维业务感知能力，实现对业务应用或算力标识的动态感知；基于SRv6 Policy 配置差异化的分组网络切片资源，分别承载多元化业务；通过支持面向业务流量的带内OAM 检验机制，实现对业务丢包和时延的高精准监测，提升网络运维能力。

在算力网络中，由于边缘节点到用户终端的路由复杂、业务需求多元化，因此SPN 网络更适用于边缘节点与用户终端的互联。目前绝大部分业务还是基于IPv4协议，后续SPN 要向SRv6 协议演进，以更好地满足算力网络发展的需求。

（二）OTN网络

OTN 网络即光传送网，主要承载传输组网电路、OLT 业务和大颗粒政企业务。OTN 有SNCP、OLP 等保护机制存在，保障能力较强；业务由刚性管道承载，不会发生流量抢占问题。但传统OTN 承载业务的调度能力较差，对多流向业务的承载能力不足，不适合边缘算力节点的互联。F5G OTN 网络采用最新的OXC 技术，具备超大容量、超长距离、灵活调度等优势，F5G 全光网络的关键创新主要有以下几点：

① 超高速、超大容量传输能力。基于G.654.E光纖具备的低损耗和大有效面积特性，F5G 可具备400G/800G 高速传输能力，构建超高速、超长距、大容量光网络，可更好地服务于“东数西算”战略实施。

② OXC 技术助力构建全光动态网络。相比较传统ROADM 方案，OXC 可提供F5G 高品质全光网络的3 大创新：站内“0”连纤（全光交换，免内部连纤），运维智能化（创新架构简化扩维难度，数字化光层使能光层可视），超低时延（多方向交叉调度，业务一跳直达）。

③波分复用持续下沉。随着网络发展，波分复用技术持续下沉，网络层级从骨干、核心层到汇聚、接入层，逐步构建端到端大容量全光网络，实现绿色高效的光连接，为满足多元化的全光业务需求、推动光网络开放奠定坚实的基础[2]。

算力网络中，F5G OTN 的超高速率、超大容量、超长距离等优势，可为算力中心之间互联提供强大的运力保障；架构稳、覆盖全的OXC 全光锚点，可为算力节点到边缘节点的算力调度提供高速泛在光接入，实现灵活便捷全光入云。

四、承载网数字化规划建设

在算力网络的发展中，对数据信息的管控是运营商数字化转型的重要基础。承载网络的数字化规划建设主要包括网络经济模型智能化及网络管控智能化。

（一）网络经济模型智能化

随着“互联网+”、5G、VR 等新业务和新技术蓬勃发展，数字经济下新的价值体系正在重建。建立网络经济模型，为运营商诊断网络质量、优化业务性能、减轻运营负担及改善用户体验带来无限可能。在建立网络内部经济模型的过程中，需要将管道、光缆、机房等哑资源也折算成网络成本进行测算。其中，光缆哑资源长期缺乏有效监控、运维手段，业务中断后部分网络成为孤岛。利用AI 实现哑资源的自动识别、数字化管理，可提升传输网络建设与维护效率，进一步提高网络健壮性，支撑算网融合发展。

（二）网络管控智能化

算力网络时代来临，应关注网络内部能不能就近、实时、按需地构建计算资源面向需求的映射关系。传统的基于人工的网络资源管控无法满足算力网络对网络资源大规模、灵活的调度需求，网络管控亟需引入智能化。要达到算力网络的部署要求，还需要在以下几个场景中引入智能化：

①资源梳理智能化。算力网络的调度是根据存量资源实时安排的，流量、带宽、存储、CPU 等各类和算力相关的资源也将呈现动态变化的趋势，只有将资源的数量做到智能化，才能做到资源的动态调度。

②业务配置智能化。在智能调度场景下，“云－边－端”模型催生大量智能“端”设备，业务配置智能化以赋予控制面和转发面智能化为目标，将贴近配置层面的服务器下沉至边缘，避免集中化网管系统算力不足的问题。

③路由寻址智能化。路由寻址的智能化主要包括两方面，一是对ETH OAM、丢包率、时延等网络指标随流检测，做网络运行情况的智能分析；二是根据网络运行情况，综合算力信息分配最优算力点，感知算力上下线，计算最优算力路由。

④网络运维智能化。在网络运维中，运用人工智能开发自动化辅助工具进行各项故障数据的收集和通报、故障的协助处理，帮助提高基础运维效率。同样，运维智能化也可采用“云－边－端”算力架构，将需要快速协同处理和通报的数据在边缘数据中心处理，将总体网络运行情况数据上传到算力中心节点进行处理。

五、结束语

算力网络建设是我国迎接5G时代的重要战略部署，算力和网络融合是未来信息革命的必经之路，对各行各业的转型具有重要意义[3]。加快算力网络创新发展，有助于赢得科技竞争主动权，加速构建数字经济引领的现代产业体系，助推共同富裕；强化算力资源的互联和统一调度，推动算力网络物理空间、逻辑空间、异构空间融通发展，是未来算力网络发展的必然趋势。

在算力网络建设背景下，传输承载网络的规划建设仍存在诸多挑战。产业各方需要共同努力，构建服务于数字经济、实体经济的算力网络底座，以建设网络强国、数字中国、智慧社会为己任，落实“东数西算”工程，推动算力经济发展，以更高品质的算力网络，支撑经济发展、市民生活和城市治理等各领域的数字化应用，推动数字红利全民普惠。

作者单位：余璠 王坚 陆敏 诸葛毅 陈琛中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司