摘要:进入数字时代,现有云网分离的传统架构已无法满足数字经济蓬勃发展带来的一体化云网服务需求。云网融合作为新型基础设施建设的重要底座,是推动全球数字化转型的必然选择,也是信息通信技术发展的自然趋势。重点分析云网融合产生的背景与发展趋势,深度探讨云网融合的发展逻辑,给出云网融合重要表现形式。通过给出具有云网融合思维的多个新场景,提出包含新业务、新网络、新计算与新管控的云网融合发展愿景,并指出云网融合面临的关键挑战。

关键词:云网融合;算力网络;云网操作系统;云原生网络

0  引言

近年来,随着数字经济迅猛发展,新兴技术与应用的不断涌现使得信息技术向经济社会加速渗透,如何为产业数字化与数字产业化构建一张坚实的信息基础设施成为业界的研究重点,其中云网融合作为新型数字信息基础设施的核心特征与重要底座,代表了信息产业发展的未来方向,成为当前“新基建”的重头戏。但云网融合并不是简单地将以云计算、边缘计算等为代表的计算资源和以4G/5G、光网络、互联网等为代表的网络资源拼接在一起,而是通过新技术变革,使具有不同特征与不同路径的两类信息技术互相渗透、互相影响,最终实现深度融合与创新,从而为数字化转型奠定坚实、安全的基石[1]。目前,大多数研究聚焦云网融合的具体实现,如相关技术、实现方案或创新产品,都未能深入探讨云网融合背后的发展逻辑。因此,本文从云网融合产生的趋势开始,着重分析云网融合的发展目标、表现形式与重点发展方向,最后指出云网融合面临的重要挑战。

1  云网融合是信息技术发展的自然趋势

云网融合理念的提出是由受市场和技术的驱动,信息技术的两大领域——网络与计算,发展到一定阶段后的自然趋势。

(1)随着数字业务发展,特别是互联网业务的发展,大量的应用需要同时使用计算资源与网络资源,而用户已经不满足分别选购多类别的产品,一体化的资源供给的市场需求将不断推动云产品与网络产品的融合供给。因此,云网融合的首要目标是整合两类产品,形成一体化的产品服务。

(2)网络技术与计算技术从独立发展逐步走向了融合共生。伴随光纤通信、数据通信、无线通信等网络技术的发展,网络带宽飞速增长且覆盖范围日益广泛,使得随时随地获取应用、计算与存储服务成为互联网发展的新浪潮,并推动了云计算技术的出现。而在云计算技术成熟与规模应用后,又产生了利用通用化的计算资源去改造复杂、封闭的传统网络,出现了以软件定义网络(Software Defined Network,SDN)/网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术为代表的新型云化网元,并据此发展出如5G定制网、新型城域网等新型网络体系架构。由此可见,两类技术已经交织在一起,共同成为新型信息基础设施的重要底座。

(3)由于算力基础设施从原来的封闭、专用逐步发展到开放、共享,而边缘计算节点的出现,使得服务化的算力节点分布在网络的各个位置。因此,云网融合通过对云网资源的统一管控,将异构计算资源与多层网络资源整合起来,形成一体化运营模式[2]。

综上所述,网络与计算正在从相互独立逐步演进到融合贯通,并出现了以云网融合为代表的新发展,力争将各类资源融合成一体化供给、一体化运营、一体化服务的体系,这既是客户需求变化的必然结果,也是信息技术发展的自然趋势,必将成为网络与计算发展的下一个里程碑。

2  云网融合促进行业发展与服务提升

云网融合是新型信息基础设施的深刻变革,但并不等同于云和网的简单相加,而是多要素汇总整合后的产物。因此,云网融合的核心目标在于通过产品服务、技术演进与运营管控等方面的系统化融合,实现业务形态、商业模式、运维体系、服务模式的升级,来构建简洁、敏捷、开放、融合、安全、智能的新型信息基础设施,从而满足不断发展的产业数字化与数字产业的需求。云网融合的发展大致上可以分为相互独立、协同发展、再到融合贯通三个阶段,并分别围绕着服务、技术、管控三个层次来逐步推进融合发展(见图1)。

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图1  云网融合发展目标与阶段

2.1  云网融合提供一体化服务

实现服务融合是实现云网融合的基础与起点。初期,云网融合的产品主要以云网服务套餐为主,以云产品和网产品的组合来推广云网融合服务;后续,逐渐根据技术、管控等层面的融合进展,在一体化资源供给的基础上,为客户提供“不可拆分”的云网融合产品。当前存在“云调网”和“网调云”两种不同方式实现云网资源互调,从而提供一体化方案。

(1)“云调网”以云业务为入口,利用统一云网管控体系,让用户可以根据云资源使用情况而灵活使用网络资源,实现“一云多网”。

(2)“网调云”则是通过将当前的算力状况和网络状况发布到网络中,算力最优成为选路的准则之一,用户通过网络去访问最佳的算力资源,达到“一网多云”。在实际应用中这两类服务是可以以叠加混合的形式出现。

2.2  云网融合推进技术协同发展

在技术层面,网络技术与计算技术之间互相借鉴,两者都充分利用对方提供的新型能力来升级演进。例如,对于网络发展,云化网元成为构建新型网络的核心元素,推动着网络架构由封闭转向解耦,实现更为灵活、更为弹性的网络架构。而在计算技术发展上,则以分布式云技术为代表,利用网络能力将云计算组件部署到不同的物理位置,再通过统一管控形成一朵云,从而提供最优资源组合。此外,业界还提出了利用网络来加速计算的新思路,如空中计算(利用波形叠加来辅助计算)[3]、在网计算(利用网络架构来加速计算)[4]等。

2.3  云网融合实现资源一体化管控

资源一体化管控是实现云网融合更深层次的体现,通过对云网资源的统一抽象封装与编排管理,将底层基础设施抽象为通用的能力与服务,实现云网资源的一体化管理、调度与部署,从而实现云网逻辑层面的“化学反应”。从开始的云管系统与网管系统互通,到构建统一编排运营系统,再到进阶的云网操作系统,一体化管控将成为云网融合的重要突破点。在传统云网割裂的状态下,通常云资源在云管平台中进行管理分配,网络资源在网管系统中进行管理,相互之间不可见、不可调。云网融合则要求云资源和网络资源从源头上打破系统分立的烟囱,将云和网的资源均在统一的管理体系中实时、高效、准确地提供。同时,云网服务应满足自服务、实时性、自动化的要求,支持按需进行能力开放与服务的自动调用,并基于云网统一的编排调度系统,云网服务能力都可进行灵活的调用组装,从而实现面向不同行业、不同用户需求的定制网云网融合服务场景[1]。

3  云网融合重点发展方向与面临的挑战

云网融合需要采用创新发展的思维,跳出传统IT思维和CT思维的局限,以融合贯通的方式去研究实现方案,下面将分别介绍一些具有特色的新发展方向,以及云网融合发展所面临的挑战。

3.1  新业务:算力资源一体化服务

算力资源可以从类型上分为通用算力、超级算力、智能算力、前沿算力等,也可根据其在网络中的位置分为中心算力、边缘算力、端算力等,而这些算力资源归属于不同运营方。以算力网络技术为代表的新型云网融合方案,则以网络为平台,通过构建统一技术栈,引入算力度量与标识、算力路由、算力交易等新型协议,聚合多方算力资源,从而提供算力资源一体化服务[5],具体参见图2。

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图2  算力资源一体化服务示意

3.2  新网络:云原生网络

云原生网络利用云原生技术架构,将多种网络模式(如有线网络、无线Wi-Fi、无线4G/5G等)中通用的数据库服务、策略服务、鉴权服务、转发服务、接入服务等功能抽象化形成微服务,然后再根据不同业务需求进行编排,从而为用户提供资源共享、弹性伸缩、按需付费的网络服务。预计云原生网络将率先在园区网中得到应用发展。

3.3  新计算:基于数据处理单元组网的新型云计算

近期,数据处理单元(Data Process Unit,DPU)成为业界关注的热点,其作为CPU、GPU之后的新型芯片类型,专门用于处理CPU所不擅长的网络协议处理、数据加解密、数据压缩等数据处理任务,进而实现对计算、存储、网络等多类资源的管理与调度工作(见图3)。因此,可以由DPU来组成新型数据中心网络,能够打破计算设备、存储设备与网络设备的界限,重构基础设施层,在芯片的性能以及制造难度达到极限的情况下,进一步释放算力效能。

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图3  基于 DPU 组网的新型云计算示意

3.4  新管控:实现资源一体化管控的云网操作系统

云网操作系统是面向云网融合新型信息基础设施,实现面向各类异构云网硬件、软件资源的统一管理与调度的分布式系统,提供行业通用的云网业务和应用公共服务的基础软件平台(见图4)。一方面,云网操作系统为海量异构云、网、边、端、安的资源提供统一技术底座、供给方式,通过构建内核层的云网多要素资源抽象、资源管理的组件,实现面向海量异构资源的即插即用,从服务器、网元操作系统,到跨网元资源的统一管理调度,实现云网软硬件的全面深度掌控,推动云网软硬件国产化进程,向上层应用提供归一化开放编程接口。另一方面,云网操作系统提供丰富的开放编程接口与服务能力,包括云网服务的设计工具、低代码平台等,可面向用户提供云网多样化服务的设计与编程开发工具,从而可以实现云网业务的快速构建,进而促进应用生态构建,赋能产业数字化转型。此外,云网操作系统也提供面向云网业务运行的系统服务与原生应用,可支持云网应用的生命周期管理和运行维护服务。

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图4  云网操作系统功能视图

3.5  云网融合发展所面临的挑战

当前云网基础设施层已实现初步“对接”,然而云网之间离真正的融合贯通还面临着一系列挑战。

(1)在产品服务层面,现有市面上大多产品未能实现云网深度融合,产品功能的实现实际上由独立的云产品和网产品拼接而成,底层逻辑架构和通用组件依然相互独立。同时,由于云网产品通常是跨域端到端的,要实现端到端、多接入手段的云网融合服务需要复杂的流程,尤其是网络能力的服务化仍然远跟不上云服务能力的自动化水平,传统网络连接服务的开通过程需要有大量的人工流程介入,且网络类型复杂、接入类型多样,要实现端到端、泛在接入、智能化的云网融合综合服务依然困难。

(2)在体系架构方面,当前云网融合方案依然是基于传统互联网TCP/IP的体系架构来构建的,资源和位置绑定、控制与数据绑定、用户与网络绑定等关键问题一直未能得到有效的解决[6]。因此,需要基于新型理论与架构,将多类型网络与异构算力资源抽象成资源描述,并按统一的标识体系整合在一起,从而让用户能够跨资源提供方(如电信运营商、云服务商)灵活使用各类资源。

(3)在集约管控方面,云和网的资源建模、服务抽象、采集控制的手段有较大的差别,各专业的云网服务能力参差不齐,距离达到云网资源一体化管控、一体化调度等还有较大的差距,面向云网一体化的云网操作系统也尚未形成。同时,云网融合目前还处于相对静态、固化的方式运营,应进一步向云网自智、云网融智的方向演进,使得云网融合基础设施实现自生成、自管理、自优化,实现个性化服务的按需供给与灵活化组网的有效支撑,为不同行业与用户提供高效的差异化、定制化通信网络服务。

4  结束语

云网融合将成为信息技术发展的下一个里程碑,在业务数字化、技术融合化、数据价值化的共同作用下,推动相对独立的计算和网络向融合贯通的方向发展。自中国电信于2016年率先在业内提出云网融合的发展思路以来,云网融合理念逐渐成为了业界共识,其内涵与外延也在不断丰富与变化中,当前与高速泛在、天地一体、智能敏捷、绿色低碳、安全可控等方向共同构成了新型信息基础设施的新特征。云网融合是一个长期的、不断演进的过程,需要集合产、学、研、用各方力量,共同探讨,加快关键技术的合作与自主研发,推动应用创新与生态融合,加速新型信息基础设施发展,打通经济社会发展的信息“大动脉”。

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