算力網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前業(yè)界研究的熱點(diǎn)之一。算力網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)提出了新挑戰(zhàn)，我國(guó)自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)5.0充分考慮了算力網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，可滿(mǎn)足算力網(wǎng)絡(luò)的需求。筆者認(rèn)為，算力網(wǎng)絡(luò)隸屬于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)范疇，以重疊網(wǎng)絡(luò)形態(tài)組建在網(wǎng)絡(luò)5.0之上的算力網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前首選方案。
1 算力網(wǎng)絡(luò)成為業(yè)界研究熱點(diǎn)
1.1 算力資源需求和供給同步增長(zhǎng)
算力時(shí)代，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為政府決策，人們生產(chǎn)、生活不可或缺的重要資源。智慧城市建設(shè)以及各行各業(yè)數(shù)字化使得數(shù)據(jù)量大大增加。IDC數(shù)據(jù)表明，2022年全球數(shù)據(jù)總量高達(dá)81 ZB。數(shù)據(jù)的生成、傳輸、處理、存儲(chǔ)和應(yīng)用均需算力資源的支撐，使得社會(huì)對(duì)算力資源的需求不斷攀升，全球算力資源供給也同步增加。經(jīng)中國(guó)信息通信研究院測(cè)算，2022 年全球計(jì)算設(shè)備算力總規(guī)模達(dá)到 906 EFlops，增速達(dá)到47%。同時(shí)，算力正加速向政務(wù)、工業(yè)、交通、醫(yī)療等各行業(yè)各領(lǐng)域滲透。2023年10月，工業(yè)和信息化部、中央網(wǎng)信辦、教育部、國(guó)家衛(wèi)生健康委、中國(guó)人民銀行、國(guó)務(wù)院國(guó)資委六部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱(chēng)《計(jì)劃》）�！队�(jì)劃》的實(shí)施將進(jìn)一步推進(jìn)算力資源的供給和應(yīng)用。
1.2 算力資源供給和使用向遠(yuǎn)程按需共享方向發(fā)展
1.2.1 算力資源
IEC 60050-171:2019《國(guó)際電工詞匯第171部分：數(shù)字技術(shù)基本概念》將計(jì)算系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）定義為：執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備和軟件的集合；將云計(jì)算定義為：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，典型地是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)交付的數(shù)據(jù)處理。云計(jì)算提供按需的共享計(jì)算機(jī)資源。ITU-T將邊緣計(jì)算定義為：在網(wǎng)絡(luò)邊緣有效利用處理能力并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的策略,網(wǎng)絡(luò)邊緣連接端設(shè)備，數(shù)據(jù)來(lái)源于端設(shè)備或注入到端設(shè)備。本文中算力資源指能夠提供計(jì)算系統(tǒng)能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和軟件資源。
1.2.2 算力資源種類(lèi)
算力資源可分為直接算力資源、間接算力資源以及算力資源平臺(tái)幾類(lèi)。直接算力資源指可直接用于計(jì)算的計(jì)算資源及存儲(chǔ)資源；間接算力資源指在直接算力資源基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)人的智能創(chuàng)建的具有特定數(shù)據(jù)處理功能的算法和軟件（如圖形處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列、專(zhuān)用集成電路等）；算力資源平臺(tái)是指根據(jù)使用方需求集成多種間接算力資源（算法和軟件資源）組建的平臺(tái)，如針對(duì)個(gè)人使用方的包含使用方自有數(shù)據(jù)（如照片、視頻、作業(yè)、作品、體檢報(bào)告等）存儲(chǔ)管理功能，新映電影、書(shū)籍等推薦功能，個(gè)人日程安排提醒功能等的平臺(tái)。
1.2.3 多種算力資源供給方式并存
算力資源的供給和使用經(jīng)歷了由最初供多人本地共享的大型主機(jī)，到個(gè)人計(jì)算機(jī)、通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)連接互操作的多臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)、通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)格計(jì)算以及利用便攜式計(jì)算機(jī)按需使用算力資源的云計(jì)算6個(gè)階段。當(dāng)前，根據(jù)各自應(yīng)用環(huán)境的不同，以上多種算力資源的供給方式并存。從演進(jìn)方向來(lái)看，算力資源的供給一直遵循著向使用側(cè)使用簡(jiǎn)單、方便、快捷，資源側(cè)分布式集中及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。虛擬化技術(shù)、并行計(jì)算等技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，算力資源的可分割，可并行工作能力的提升，使遠(yuǎn)程供給算力資源成為可能，基于網(wǎng)絡(luò)供給和使用算力資源成為當(dāng)前一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)。
1.3 算力網(wǎng)絡(luò)成為業(yè)界研究熱點(diǎn)
算力網(wǎng)絡(luò)是由中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信在2019年前后提出的概念。中國(guó)電信主導(dǎo)完成的國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)ITU-T Y.2501算力網(wǎng)絡(luò)框架與架構(gòu)將算力網(wǎng)絡(luò)定義為：一種在云、邊、端之間按需分配和靈活調(diào)度計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源以及網(wǎng)絡(luò)資源的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施。從定義來(lái)看，算力網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)寬泛的概念，其核心含義是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配和靈活調(diào)度。算力網(wǎng)絡(luò)一經(jīng)提出便成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)，中國(guó)聯(lián)通于2019年11月發(fā)布《中國(guó)聯(lián)通算力網(wǎng)絡(luò)白皮書(shū)》， 中國(guó)移動(dòng)研究院網(wǎng)絡(luò)與IT技術(shù)研究所于2019年12月發(fā)布《算力感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書(shū)》，中國(guó)移動(dòng)于2022年1月發(fā)布《算力感知網(wǎng)絡(luò)（CAN）技術(shù)白皮書(shū)》（2021年版）。ITU-T SG13、CCSA TC3和CCSA TC614 均針對(duì)算力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行立項(xiàng)研究，但到目前為止，并沒(méi)有以算力網(wǎng)絡(luò)的名義向用戶(hù)提供相應(yīng)的服務(wù)，取而代之的是以具體信息處理服務(wù)的名義向用戶(hù)提供與算力資源相關(guān)的服務(wù)，如視頻處理、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）渲染服務(wù)等。
2 網(wǎng)絡(luò)5.0滿(mǎn)足算力網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求
2.1 算力網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求
算力網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求包括超高帶寬、低丟包率、低延遲、低抖動(dòng)以及高服務(wù)質(zhì)量保證[8]。具體包括轉(zhuǎn)發(fā)路徑的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)可控，時(shí)延抖動(dòng)不隨轉(zhuǎn)發(fā)路徑節(jié)點(diǎn)跳數(shù)累加，即業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)文端到端轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)延有嚴(yán)格上限，抖動(dòng)（即時(shí)延的變化）有嚴(yán)格上限，每條業(yè)務(wù)的時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)有可以測(cè)量的確定性時(shí)延保證；因涉及數(shù)據(jù)的處理，企業(yè)對(duì)算力處理有可信性、價(jià)值可量化、可交易的需求，要求網(wǎng)絡(luò)具有安全可信保障措施；鑒于使用算力資源服務(wù)的終端所采用的接入方式的多樣性，需要網(wǎng)絡(luò)支持多種接入方式；由于在使用算力資源時(shí)，一些數(shù)據(jù)信息處理對(duì)算力資源的使用是連續(xù)的，不允許間斷，為此要求傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性。
2.2 網(wǎng)絡(luò)5.0能夠滿(mǎn)足算力網(wǎng)絡(luò)的需求
網(wǎng)絡(luò)5.0是2018年我國(guó)自主提出并研發(fā)的第5代數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)5.0基于“以網(wǎng)絡(luò)為中心、能力內(nèi)生”的核心主旨，通過(guò)打造新型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系，賦予網(wǎng)絡(luò)確定性、可信、安全等屬性，使網(wǎng)絡(luò)具備按需可達(dá)、按需服務(wù)、安全可信等內(nèi)在能力，按質(zhì)連通分散的計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)等資源，構(gòu)建一體化的信息與通信技術(shù)（Information and Communications Technology，ICT）基礎(chǔ)設(shè)施。特別是在確定性方面，網(wǎng)絡(luò)5.0提出多技術(shù)協(xié)同的多類(lèi)型多級(jí)別確定性承載能力，支撐差異化應(yīng)用場(chǎng)景（如大規(guī)模連接、有限域等）。網(wǎng)絡(luò)5.0支持確定性路由，通過(guò)管理面或控制面對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理和控制。網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)5.0網(wǎng)管）管理網(wǎng)絡(luò)資源有兩個(gè)渠道：一種是通過(guò)管理面，由網(wǎng)管（網(wǎng)絡(luò)5.0采用分層分布形式的網(wǎng)管體系）根據(jù)源地址和目的地址（確定路由）確定該通信通過(guò)的網(wǎng)元設(shè)備；另一種是由網(wǎng)管對(duì)相應(yīng)網(wǎng)元設(shè)備配置網(wǎng)絡(luò)資源（通過(guò)網(wǎng)管資源配置命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)元可以提供資源則確認(rèn)，否則拒絕）。網(wǎng)絡(luò)5.0在設(shè)計(jì)之初就將支撐ICT融合網(wǎng)絡(luò)（算力網(wǎng)絡(luò)）作為能力之一，充分考慮了算力資源服務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的各種需求。網(wǎng)絡(luò)5.0具有承載按需提供算力資源服務(wù)的算力網(wǎng)絡(luò)能力。
3 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)
3.1 重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)分析
互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展得益于業(yè)務(wù)和承載相分離的發(fā)展方式，當(dāng)前基于IP的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的提供基本上采用重疊網(wǎng)形態(tài)進(jìn)行。采用重疊網(wǎng)形態(tài)組建業(yè)務(wù)網(wǎng)，可以使業(yè)務(wù)網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)者在充分利用承載網(wǎng)絡(luò)信息傳輸能力的基礎(chǔ)上，更加關(guān)注用戶(hù)對(duì)業(yè)務(wù)的需求，從而促進(jìn)業(yè)務(wù)網(wǎng)的發(fā)展。同時(shí)，業(yè)務(wù)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)信息流量流向方面的變化，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)和性能方面進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，可以將業(yè)務(wù)網(wǎng)的承載工作做得更好。
算力網(wǎng)絡(luò)不僅關(guān)注信息數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)向用戶(hù)提供算力資源服務(wù)，隸屬于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)范疇。算力網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)于算力資源基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是二者的融合，算力網(wǎng)絡(luò)在提供服務(wù)時(shí)需要算力資源與網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)調(diào)調(diào)度和配合。采用重疊網(wǎng)形態(tài)組建算力網(wǎng)絡(luò)，從市場(chǎng)上來(lái)看有需求，從技術(shù)上來(lái)看有基礎(chǔ)，是組建算力網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)選方式。
3.2 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)
基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，是部署于網(wǎng)絡(luò)5.0之上的重疊網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方可以獨(dú)自建立各自管理的算力網(wǎng)絡(luò)域，可被稱(chēng)為基于網(wǎng)絡(luò)5.0的多域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)。若在網(wǎng)絡(luò)5.0之上建立一個(gè)統(tǒng)一的算力網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一建設(shè)統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)，此種方式可被稱(chēng)為基于網(wǎng)絡(luò)5.0的單域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)。
3.2.1 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的多域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)
圖1為基于網(wǎng)絡(luò)5.0的多域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。
圖1 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的多域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖
如圖1所示，分布式連接到網(wǎng)絡(luò)5.0的，由不同算力資源擁有方提供的算力資源組成的算力資源池分別由算力管理中心1和算力管理中心2進(jìn)行管理和運(yùn)營(yíng)。由算力管理中心1及其管理運(yùn)營(yíng)的算力資源池1組成一個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)域，由算力管理中心2及其管理運(yùn)營(yíng)的算力資源池2組成另一個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)域。兩個(gè)域分別獨(dú)立向用戶(hù)終端提供算力資源服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)管理中心配合算力管理中心為使用算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的用戶(hù)終端分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)5.0資源。兩個(gè)域的算力資源可以依據(jù)兩個(gè)算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者之間的協(xié)議來(lái)相互借用并為用戶(hù)終端提供算力資源服務(wù)。
3.2.2 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的單域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)
圖2為基于網(wǎng)絡(luò)5.0的單域重疊網(wǎng)絡(luò)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。
圖2 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的單域重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖
如圖2所示，算力資源1到算力資源4是不同算力資源提供方提供的算力資源，這些算力資源可以是直接算力資源，也可以是間接算力資源，這些算力資源在算力管理中心中通過(guò)算力資源在網(wǎng)絡(luò)中的位置（地址）和可度量的算力資源進(jìn)行管理。
在基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)的算力網(wǎng)絡(luò)中，算力資源管理和網(wǎng)絡(luò)管理相對(duì)獨(dú)立，算力管理中心管理算力資源，網(wǎng)絡(luò)管理中心管理網(wǎng)絡(luò)資源。算力管理中心不具備對(duì)網(wǎng)絡(luò)5.0資源的管理能力，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)5.0的網(wǎng)絡(luò)管理中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源提出請(qǐng)求，由網(wǎng)絡(luò)5.0的網(wǎng)絡(luò)管理中心來(lái)實(shí)施調(diào)度。
用戶(hù)終端是算力服務(wù)的消費(fèi)者，通過(guò)向算力管理中心提交終端在網(wǎng)絡(luò)中的位置（地址）、要使用的可度量的算力和要求的網(wǎng)絡(luò)能力（包括數(shù)據(jù)傳輸速率、最大時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)）等相關(guān)信息來(lái)申請(qǐng)使用算力服務(wù)。
3.3 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的算力網(wǎng)絡(luò)相關(guān)方
基于網(wǎng)絡(luò)5.0的算力網(wǎng)絡(luò)涉及算力資源擁有方、網(wǎng)絡(luò)5.0運(yùn)營(yíng)方、算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方和算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使用方。
3.3.1 算力資源擁有方
算力資源擁有方是算力網(wǎng)絡(luò)向使用方提供的算力資源的擁有者。算力資源擁有方將自身所擁有的算力資源注冊(cè)到所選擇的算力資源服務(wù)提供方所建的服務(wù)平臺(tái)，由算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方將算力資源擁有方的算力資源提供給使用方使用。算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方需根據(jù)算力資源擁有方和算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方之間的協(xié)議向算力資源擁有方支付因使用其所申報(bào)的算力資源的費(fèi)用。
3.3.2 網(wǎng)絡(luò)5.0運(yùn)營(yíng)方
算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的支撐，網(wǎng)絡(luò)5.0是連接使用方與重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)所提供的算力資源的通道。在提供算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)5.0運(yùn)營(yíng)方一方面可以作為服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)承載者，另一方面也可以通過(guò)自建算力資源管理中心聚合自己所擁有的算力資源以及其他算力資源擁有方所擁有的算力資源并向使用方提供算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)5.0運(yùn)營(yíng)方既是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方也是算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方。
3.3.3 算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方
算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方是算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供方，負(fù)責(zé)搭建算力管理中心,聚集、管理、運(yùn)營(yíng)連接到網(wǎng)絡(luò)上的算力資源，向使用方提供算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方可以是獨(dú)立的算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方，也可以是算力資源擁有方或網(wǎng)絡(luò)5.0運(yùn)營(yíng)方。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)5.0之上可以有一個(gè)或多個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)絡(luò)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方向使用方提供服務(wù)。算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方可依據(jù)自身所提供的算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向算力資源使用方收取費(fèi)用。根據(jù)算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方與網(wǎng)絡(luò)5.0運(yùn)營(yíng)方之間的協(xié)議確定使用方在使用算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)因使用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方的網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)用合并到算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)費(fèi)用之中，由算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使用方一并向算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方支付還是由使用方分別向算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方單獨(dú)支付相應(yīng)的費(fèi)用。
3.3.4 算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使用方
算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使用方是算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的使用方，在使用算力網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)，使用方需要連接到網(wǎng)絡(luò)，向算力網(wǎng)絡(luò)提出算力資源服務(wù)請(qǐng)求，在算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方為其配置了所需的算力資源后，將自身需要處理的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿懔Y源所在地點(diǎn)，使用算力資源對(duì)所提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)。算力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方需為使用服務(wù)提供方提供的服務(wù)向服務(wù)提供方支付相應(yīng)的費(fèi)用。
3.4 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景分析
根據(jù)使用方需求的不同，基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景主要分為以下幾類(lèi)。
（1）直接算力資源服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景：該場(chǎng)景主要滿(mǎn)足使用方在特定的時(shí)間范圍內(nèi)需要進(jìn)行信息化服務(wù)平臺(tái)搭建、特定業(yè)務(wù)系統(tǒng)（如視頻會(huì)議系統(tǒng)）搭建、存儲(chǔ)或備份自身所擁有數(shù)據(jù)信息的需要，向使用方提供直接算力資源服務(wù)。
（2）間接算力資源服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景：該場(chǎng)景主要滿(mǎn)足使用方對(duì)數(shù)據(jù)信息處理的特定需求，向使用方提供包含具有處理數(shù)據(jù)信息特定需求的軟件在內(nèi)的間接算力資源服務(wù)，如向使用方提供VR/AR渲染服務(wù)、在線翻譯、車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息處理服務(wù)、視頻/音頻信息處理服務(wù)等。
（3）使用方定制的間接算力資源平臺(tái)服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景：該場(chǎng)景主要根據(jù)使用方需求為使用方構(gòu)建具有多功能信息處理和服務(wù)功能的平臺(tái)，為使用方提供相對(duì)時(shí)間比較長(zhǎng)的算力資源服務(wù)，如為企業(yè)使用方進(jìn)行員工信息管理服務(wù)，為個(gè)人使用方進(jìn)行學(xué)習(xí)資料的維護(hù)、管理和推薦服務(wù)等的算力資源服務(wù)。
3.5 重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一算力資源標(biāo)識(shí)
如圖3所示，在重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)中,統(tǒng)一資源定位符（Universal Resource Locator，USRI）用來(lái)標(biāo)識(shí)抽象或物理算力資源的一個(gè)緊湊字符串，其中的I（Identifier）是統(tǒng)一算力資源標(biāo)識(shí)符，可以唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)算力資源；統(tǒng)一資源定位符（Universal Resource Locator，URL）是一種定位資源的主要訪問(wèn)機(jī)制的字符串，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的URL必須包括protocol、host、port、path、parameter、anchor，URL 中的L（Locater）是統(tǒng)一資源定位符，提供找到該資源的確切路徑；USRI包括URL、統(tǒng)一算力IT資源名稱(chēng)（Universal Suanli IT Resource Name，USIRN）和統(tǒng)一算力CT資源名稱(chēng)（Universal Suanli CT Resource Name，USCRN）3個(gè)類(lèi)別，URL是URI的子集，所以URL一定是URI，而URI不一定是URL。USIRN 通過(guò)特定命名空間中的唯一名稱(chēng)、算力IT屬性或ID來(lái)標(biāo)識(shí)資源。USCRN 通過(guò)特定命名空間中的唯一名稱(chēng)、算力CT屬性或ID來(lái)標(biāo)識(shí)資源。
圖3 算力網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一算力資源標(biāo)識(shí)
4 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的算力網(wǎng)絡(luò)可信安全
基于網(wǎng)絡(luò)5.0的算力網(wǎng)絡(luò)可信安全由網(wǎng)絡(luò)5.0所具有的內(nèi)生安全能力來(lái)保證。圖4為網(wǎng)絡(luò)5.0內(nèi)生安全網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。
圖4 網(wǎng)絡(luò)5.0內(nèi)生安全網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)
內(nèi)生安全能力資源池負(fù)責(zé)產(chǎn)生和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全能力，例如基于網(wǎng)絡(luò)5.0的溯源、抗DDoS攻擊、審計(jì)等。安全能力接收平臺(tái)完成內(nèi)生安全能力的最終部署目標(biāo)，例如網(wǎng)絡(luò)邊界、用戶(hù)層等�？尚沤尤胝J(rèn)證服務(wù)端用于認(rèn)證接入網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備。邊界路由負(fù)責(zé)不同安全域之間需要實(shí)現(xiàn)信任的共識(shí)。在基于網(wǎng)絡(luò)5.0的算力網(wǎng)絡(luò)中，算力資源節(jié)點(diǎn)、算力資源用戶(hù)終端必須是網(wǎng)絡(luò)5.0的可信用戶(hù)才能承擔(dān)向算力資源使用方提供算力資源服務(wù)或接收算力網(wǎng)絡(luò)所提供的算力資源服務(wù)。
從網(wǎng)絡(luò)5.0的角度來(lái)看，基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)絡(luò)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)中連接到網(wǎng)絡(luò)5.0上的設(shè)備（包括使用方終端、算力資源節(jié)點(diǎn)、算力管理中心節(jié)點(diǎn)等）均需是網(wǎng)絡(luò)5.0的可信終端。從而可利用網(wǎng)絡(luò)5.0所具有的安全可信保障能力實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)的可信安全。
5 算力資源申報(bào)相關(guān)業(yè)務(wù)流程
對(duì)于重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)，供算力網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的算力資源由算力資源擁有方采用申報(bào)的方式匯聚到算力資源管理中心。同時(shí)，在算力網(wǎng)絡(luò)正常提供服務(wù)期間，算力資源擁有方可以針對(duì)未處于使用狀態(tài)的已經(jīng)申報(bào)到算力網(wǎng)絡(luò)的算力資源進(jìn)行更新操作。與算力資源申報(bào)相關(guān)的業(yè)務(wù)流程包括算力資源申報(bào)業(yè)務(wù)流程和算力資源更新業(yè)務(wù)流程。
5.1 算力資源申報(bào)業(yè)務(wù)流程
圖5為算力資源申報(bào)業(yè)務(wù)流程。由算力資源擁有方向算力資源管理中心發(fā)起資源申報(bào)請(qǐng)求，算力資源管理中心收到申報(bào)請(qǐng)求消息后向算力資源擁有方發(fā)送算力資源申報(bào)響應(yīng)消息。算力資源申報(bào)業(yè)務(wù)流程的具體說(shuō)明如下。
圖5 算力資源申報(bào)業(yè)務(wù)流程
（1）算力資源申報(bào)請(qǐng)求：算力資源擁有方主動(dòng)向算力資源管理中心申報(bào)可提供服務(wù)的算力資源及其位置（地址）。算力資源申報(bào)請(qǐng)求中攜帶的參數(shù)有：算力資源端口名（一個(gè)或多個(gè)地址段）、算力資源端口（一個(gè)/多個(gè)）速率、算力資源內(nèi)網(wǎng)性能（時(shí)延和抖動(dòng)）、算力資源類(lèi)別（直接算力資源/間接算力資源/間接算力服務(wù)平臺(tái)）、算力資源量（可度量的單位數(shù)量）。
（2）算力資源申報(bào)響應(yīng)：算力資源管理中心向算力資源擁有方發(fā)送申報(bào)請(qǐng)求響應(yīng)，算力資源申報(bào)響應(yīng)中包含確認(rèn)受理或不接受申報(bào)的信息。
算力資源受限于目前的可度量性。算力資源度量方式如下。
（1）直接算力資源采用數(shù)學(xué)計(jì)算能力（MIPS、FMIPS）和CPU等效計(jì)算核數(shù)兩種度量單位。
（2）間接算力資源（如軟件算力和平臺(tái)算力資源）采用等效并發(fā)數(shù)/s。
5.2 算力資源更新業(yè)務(wù)流程
算力資源擁有者可對(duì)已經(jīng)申報(bào)到算力資源管理中心的自有算力資源進(jìn)行增、刪、改。其中，只能針對(duì)算力網(wǎng)絡(luò)未處于使用狀態(tài)的算力資源進(jìn)行刪、改。算力資源更新業(yè)務(wù)流程如圖6所示，具體描述如下。
圖6 算力資源的增、刪、改流程
5.2.1 算力資源更新請(qǐng)求
算力資源擁有方向算力資源管理中心發(fā)送算力資源增、刪、改請(qǐng)求消息。算力資源增、刪、改請(qǐng)求消息中包含一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，如算力資源端口名（一個(gè)/多個(gè)地址段），算力資源端口（一個(gè)/多個(gè)）速率，算力資源內(nèi)網(wǎng)時(shí)延，增、刪、改算力資源類(lèi)別（直接算力資源/間接算力資源）以及擬增、刪、改的算力資源量（可度量的單位數(shù)量）。
5.2.2 算力資源更新響應(yīng)
算力資源管理中心向算力資源擁有方發(fā)送算力資源增、刪、改響應(yīng)，算力資源增、刪、改響應(yīng)中包含確認(rèn)受理或不接受信息。
5.3 算力資源使用相關(guān)業(yè)務(wù)階段
算力資源使用相關(guān)業(yè)務(wù)階段包括算力資源申請(qǐng)階段、算力資源使用階段和算力資源釋放階段。
算力資源申請(qǐng)階段完成算力資源使用方申請(qǐng)算力資源，算力網(wǎng)絡(luò)為算力資源使用方分配算力資源，算力資源節(jié)點(diǎn)配置算力資源以及網(wǎng)絡(luò)5.0為算力資源使用方配置網(wǎng)絡(luò)資源，并將分配給算力資源使用方的算力資源節(jié)點(diǎn)地址發(fā)送給算力資源使用方的任務(wù)。在該階段只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)5.0管理設(shè)備可以為算力資源管理中心為算力資源使用分配的算力資源配置滿(mǎn)足算力資源服務(wù)所需要的網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，算力資源管理中心才可以為算力資源使用方發(fā)送所分配的算力資源信息，若網(wǎng)絡(luò)5.0管理設(shè)備無(wú)法為算力資源管理中心擬分配的算力資源配置合適的網(wǎng)絡(luò)資源，算力資源管理中心需要重新為算力資源使用方分配算力資源。
算力資源使用階段是指算力資源使用方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)5.0分配的網(wǎng)絡(luò)資源到算力資源節(jié)點(diǎn)使用算力資源的階段。該階段算力資源使用方根據(jù)自身需求使用算力資源節(jié)點(diǎn)的算力資源，算力資源可位于一個(gè)或多個(gè)算力資源節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將使用算力資源需要提交的數(shù)據(jù)信息或使用算力資源后輸出的數(shù)據(jù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)5.0傳輸?shù)剿懔Y源使用方或算力資源使用方要求的相應(yīng)位置，或者將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到算力資源（算力資源中的存儲(chǔ)資源）中。
算力資源釋放階段是指算力資源使用方使用完算力資源后，算力網(wǎng)絡(luò)將其所使用的算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源釋放，供其他使用方在需要時(shí)使用。
6 基于網(wǎng)絡(luò)5.0的算力網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)
經(jīng)過(guò)多年技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，算力資源基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)論在規(guī)模上還是在能力上均有很大的提升，但是將算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同起來(lái)為使用方提供滿(mǎn)意的算力資源服務(wù)還面臨諸多挑戰(zhàn)，需要業(yè)界專(zhuān)業(yè)人員探索和研究。
6.1 異構(gòu)算力資源統(tǒng)一管理和應(yīng)用問(wèn)題
本文所述算力資源服務(wù)場(chǎng)景中，算力資源可隸屬于不同的擁有者。鑒于目前提供算力資源設(shè)施的廠家比較多，不同廠家生產(chǎn)的算力資源設(shè)施架構(gòu)各異，在獨(dú)立使用單廠家產(chǎn)品時(shí)對(duì)資源的管理和分配由廠家開(kāi)發(fā)完成，使用起來(lái)方便可行，但對(duì)異構(gòu)算力資源設(shè)施進(jìn)行管理和使用可能會(huì)出現(xiàn)不兼容的問(wèn)題，影響到具體服務(wù)提供。
6.2 算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)調(diào)調(diào)度問(wèn)題
算力資源的使用實(shí)際上就是利用算力資源所具有的計(jì)算和存儲(chǔ)能力對(duì)使用方的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或存儲(chǔ)。一些使用方需求如VR/AR 渲染服務(wù)需要實(shí)時(shí)地將使用方需要進(jìn)行渲染的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿懔Y源，同時(shí)經(jīng)過(guò)渲染后的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)地傳輸?shù)绞褂梅绞褂�。在該過(guò)程中，除了算力資源服務(wù)方需要根據(jù)使用方請(qǐng)求的服務(wù)分配相應(yīng)的算力資源外，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方也需要根據(jù)算力資源服務(wù)提供確定的帶寬和服務(wù)質(zhì)量保證，為此支撐基于網(wǎng)絡(luò)的算力資源服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)方需要與算力資源服務(wù)提供方協(xié)同調(diào)度算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源。另一些使用方一次可能需要大量的算力資源（如基礎(chǔ)科學(xué)研究數(shù)據(jù)），這些算力資源可能分布在不同位置的算力資源節(jié)點(diǎn)上，一方面需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)分布式的算力資源，另一方面需要同時(shí)在這些分布式部署的算力資源節(jié)點(diǎn)之間協(xié)調(diào)滿(mǎn)足算力資源使用時(shí)所需要的網(wǎng)絡(luò)資源。還有一些算力資源應(yīng)用（如多點(diǎn)實(shí)時(shí)視頻會(huì)議應(yīng)用）需要多個(gè)算力節(jié)點(diǎn)之間同時(shí)處理不同的視頻數(shù)據(jù)，同時(shí)這些算力節(jié)點(diǎn)之間還需要實(shí)時(shí)交互式地傳遞實(shí)時(shí)處理后的視頻信息流，這樣一方面需要提供多點(diǎn)的算力資源，另一方面需要同時(shí)提供多點(diǎn)之間網(wǎng)狀的保證質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)資源。
上述典型的算力資源使用場(chǎng)景均需算力資源和網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)籌管理和協(xié)調(diào)調(diào)度。
6.3 服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)題
傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主要是信息傳輸服務(wù)，評(píng)價(jià)服務(wù)質(zhì)量主要可以從信息傳輸?shù)耐暾浴踩�、時(shí)效性等幾個(gè)方面進(jìn)行。信息傳輸強(qiáng)調(diào)的是信息的透明性（源端信息和宿端信息的一致性）。而對(duì)于基于網(wǎng)絡(luò)的算力資源服務(wù)，除了直接算力資源服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景外，使用方接收到的數(shù)據(jù)信息是算力網(wǎng)絡(luò)所提供的經(jīng)過(guò)算力資源處理過(guò)的數(shù)據(jù)信息，使用方輸入到算力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)與算力網(wǎng)絡(luò)返回給使用方的數(shù)據(jù)是不相同的。而對(duì)于直接算力資源服務(wù)來(lái)講，使用方使用服務(wù)的體驗(yàn)好壞還與使用方對(duì)直接算力資源的熟悉程度和使用水平有關(guān)。如何評(píng)價(jià)算力資源服務(wù)的質(zhì)量有待業(yè)界進(jìn)一步研究。
6.4 算力網(wǎng)絡(luò)的度量計(jì)價(jià)問(wèn)題
如在GB/T 34077.2—2021基于云計(jì)算的電子政務(wù)公共平臺(tái)管理規(guī)范第2部分：服務(wù)度量計(jì)價(jià)中所規(guī)定的那樣，當(dāng)前云計(jì)算服務(wù)的度量計(jì)價(jià)方式大多采用按月/年的時(shí)間段，根據(jù)使用云計(jì)算服務(wù)的內(nèi)容進(jìn)行度量計(jì)價(jià)，基本采用類(lèi)似包月的方式進(jìn)行。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的使用費(fèi)用則完全由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用的度量計(jì)費(fèi)方式進(jìn)行收費(fèi)。沒(méi)有將計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的使用協(xié)調(diào)組合進(jìn)行度量計(jì)價(jià)，也沒(méi)有針對(duì)短時(shí)間使用云計(jì)算服務(wù)的度量計(jì)價(jià)方式。
7 結(jié)束語(yǔ)
算力網(wǎng)絡(luò)可為用戶(hù)提供基于網(wǎng)絡(luò)的算力資源服務(wù)，算力網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè)和應(yīng)用將為用戶(hù)提供更為便利的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施�；诰W(wǎng)絡(luò)5.0的重疊網(wǎng)形態(tài)算力網(wǎng)絡(luò)目前還處在研究推進(jìn)階段，挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)并存。但有理由相信，經(jīng)過(guò)業(yè)界研究人員的不斷創(chuàng)新和努力，不久的將來(lái)，使用算力資源就如同使用電和水一樣按需便利。
