算网一体网络架构及技术体系展望白皮书

前言为推动国家新基建战略的落实和“东数西算”工程走向纵深，中国移动系统打造以5G、算力网络、智慧中台为重点的新型信息基础设施，创新构建“连接+算力+能力”新型信息服务体系，制定了算力网络总体发展策略，明确了核心理念、场景展望、发展路径以及技术体系，提出了“泛在协同”、“融合统一”和“一体共生”的三个发展阶段。算网一体是算力网络发展的目标阶段，是计算和网络两大学科深度融合形成的新型技术簇，是融合贯通多要素的一体化服务，是实现算力网络即取即用社会级服务愿景的重要途径。本白皮书旨在面向算网一体的演进，研判基于网络和计算深度融合的算网一体发展路径，从网络架构及技术创新发展的角度，提出算网一体的设计原则、定义、特征以及体系架构，并以此为基础阐述了算网一体的关键技术和发展前景。本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。编写单位：中国移动研究院 中国移动算网一体网络架构及技术体系展望白皮书（2022）目录目录............................................................................................................................11算网一体的背景.................................................................................................................11.1驱动力.............................................................................................................................11.2产业发展.........................................................................................................................12算网一体发展研判及设计原则.........................................................................................32.1趋势研判.........................................................................................................................32.2路径研判.........................................................................................................................32.3设计原则.........................................................................................................................53算网一体的定义和架构....................................................................................................63.1定义和特征.....................................................................................................................63.2体系架构.........................................................................................................................64算网一体演进的八大关键技术问题.................................................................................94.1网络和计算资源的统一度量.........................................................................................94.2网络和计算的协同感知..............................................................................................104.3算网一体的灵活按需调度..........................................................................................114.4“转发即计算”的在网计算模式..............................................................................114.5高效公平的算网一体交易平台..................................................................................124.6算网一体的确定性服务..............................................................................................124.7算网一体的自优化和自运维能力..............................................................................134.8算网一体与6G网络协同设计....................................................................................145算网一体的挑战和展望..................................................................................................14缩略语列表..................................................................................................................16参考文献......................................................................................................................18 中国移动算网一体网络架构及技术体系展望白皮书（2022）11算网一体的背景1.1驱动力政策驱动：2020年4月国家发改委发布“新基建”战略，明确包含信息基础设施、融合基础设施等。2021年5月多部委联合印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》，提出建设全国一体化算力网络国家枢纽节点，加快实施“东数西算”工程，提升跨区域算力调度水平，构建国家算力网络体系。算力和网络作为信息基础设施的两大核心要素，通过相互促进、深度融合推动算力网络持续演进。需求驱动：新型应用对网络和计算提出了更高品质要求，例如超高清AR/VR、智能驾驶、智慧医疗等要求极低时延、极低丢包、大带宽的网络资源以及高精度、低处理时延等计算资源。对网络和计算单方面性能优化已无法满足应用需求，且网、算资源隔离的形态不利于资源利用率的提升。业务需求驱动网、算不断融合，打破算网界限，通过算网一体提升整体性能。技术驱动：传统网络面临单一学科理论难以突破的挑战，例如香农定理和摩尔定律已经触及极限、冯式架构出现存储墙功耗墙问题。多学科交叉融合是创新的重要途径，跨领域融合经常呈现出“1+1>2”的效果，正成为领域创新发展的新动力和源泉。随着技术的发展，DOICT融合趋势逐渐清晰，网络和计算一体化将助力突破单领域发展瓶颈，实现算网跨越式发展。1.2产业发展随着数字经济时代新技术的不断涌现，推动基础设施、算力和网络编排、业务运营管理向算网一体化方向演进和发展。中国移动在2018年启动了算力网络关键技术算力感知网络CAN[1][2]的研究、标准化和试点部署验证；2019年和2020年发布了算力感知网络系列白皮书；2021年联合华为、中兴等11家合作伙伴发布了《算力网络白皮书》[3]，确立了算力网络为全新发展计划；2022年发布了《算力网络技术白皮书》[4]，阐述了算力网络的十大技术发展方向和核心技术体系，包括面向算网一体的原创技术体系和技术路线。中国电信发布的《云网融合2030 中国移动算网一体网络架构及技术体系展望白皮书（2022）2技术白皮书》和中国联通发布的CUBE-Net3.0网络体系中，也都把“算力网络”作为公司未来网络演进的重要方向。国内外组织已经逐步开展在算网融合方面的相关工作。在国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）包含有5项标准的算力网络国际标准体系已初步建立，并形成统一术语——算网融合CNC（ComputingandNetworkConvergence），覆盖了IMT-2020及未来网络、NGNe（NextGenerationNetworkEvolution，下一代网络演进）、新型计算等技术领域，涉及需求、架构、服务保障、信令协议、管理编排等方向。在国际互联网工程任务组（InternetEngineeringTaskForce,IETF），2019年2月成立了在网计算研究组COINRG（ComputinginNetworkResearchGroup），主要面向数据中心，研究在网计算技术的需求和应用场景。2022年3月，算力感知网络（ComputingAwareNetwork,CAN）的工作组筹备会BoF（BirdsofaFeather）在IETF第113次会议中召开，引起IETF主席、IRTF主席、路由域工作组主席等专家的热烈关注。第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject,3GPP）面向R19也开始提出算力感知网络（CAN）等相关立项和讨论。国内行业组织如CCSA（ChinaCommunicationsStandardsAssociation，中国通信标准化协会）、中国通信学会、网络5.0联盟、IMT-2030(6G)推进组纷纷启动算网一体相关标准的制定。2020年9月，网络5.0产业联盟成立了“算力网络特设工作组”。2021年7月，中国通信学会成立算网融合标准工作组，开始算网融合领域的团标制定。2022年1月，CCSA正式成立了算网融合标准推进委员会（TC621），积极推动算网融合标准实施和产业化。IMT-2030(6G)网络技术工作组已正式启动6G网络中的算网一体需求和关键技术研究。2022年1月，中国移动牵头成立了多样性算力产业及标准推进委员会（TC622），致力于推动多样性算力软硬件生态繁荣、带动中国计算产业成熟。2021年6月，在第五届未来网络大会上，中国移动主导的《算力感知架构和技术体系创新》，成功入选中国通信学会2021年未来网络领先创新科技成果。同时在峰会上展示了业界首个算力感知网络概念原型系统。