新基建驅(qū)動(dòng)算力中介和算力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

呂聰敏，熊偉，張少侃

（1.廣州杰賽科技股份有限公司，廣州 510310；2.廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣州 510663）

0 引言

本文從推動(dòng)算力資源中介和算力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的因素開(kāi)始進(jìn)行深入分析，然后給出來(lái)整個(gè)算力資源調(diào)度管理和算力資源交易的整體方案。最后，通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的典型的場(chǎng)景來(lái)闡述該方案的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，后續(xù)也將持續(xù)研究算力網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。

1 驅(qū)動(dòng)算力中介和算力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的因素分析

（1）算力資源供需方銜接模式有待突破

2020年疫情的出現(xiàn)，給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的影響，各行各業(yè)的用戶(hù)需要結(jié)合不斷變化的需求來(lái)綜合利用資源。從算力資源角度來(lái)講，其資源供需方的形態(tài)也呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)。算力提供方可以是大型的云服務(wù)商、也可以是中小型的企業(yè)、超算中心等，甚至是個(gè)人。算力資源提供方包括云服務(wù)商、OTT垂直行業(yè)廠商、電信運(yùn)營(yíng)商等，一些市場(chǎng)份額低，但已經(jīng)建設(shè)了相應(yīng)的算力資源提供方也急需把建設(shè)的閑置資源進(jìn)行出租，一些市場(chǎng)份額高但資源缺乏的算力資源提供方也急需擴(kuò)充資源。如何推動(dòng)上游資源提供方的合作是推動(dòng)算力商業(yè)模式邁向成熟、良性發(fā)展的一個(gè)急需解決問(wèn)題。算力消費(fèi)方主要是單位或個(gè)人，關(guān)注于成本、性能以及安全性等。盡管邊緣計(jì)算的出現(xiàn)使得算力消費(fèi)方（指的是單位）對(duì)自身業(yè)務(wù)需求的滿(mǎn)足有了更高的期待，例如VR類(lèi)應(yīng)用、AI業(yè)務(wù)、高性能計(jì)算等，也愿意為此承擔(dān)一定的費(fèi)用，但是讓一些園區(qū)、商圈服務(wù)提供商自建算力池和提供相關(guān)云服務(wù)產(chǎn)品并不現(xiàn)實(shí)。同時(shí)由于邊緣計(jì)算尚未形成規(guī)?；l(fā)展，算力提供方起初建設(shè)和運(yùn)維成本也較高，投資的熱情也會(huì)受限。相應(yīng)的算力消費(fèi)方買(mǎi)單的成本也會(huì)高，這也會(huì)影響算力消費(fèi)方對(duì)該類(lèi)算力的購(gòu)買(mǎi)熱情。整體來(lái)講，算力服務(wù)的提供和需求的銜接，現(xiàn)有的商業(yè)模式和技術(shù)體系有較大的突破空間。

（2）算力資源利用率有待提高

以云計(jì)算、超算為代表的集中式計(jì)算模式給產(chǎn)業(yè)界帶來(lái)了深刻的變革，IT基礎(chǔ)設(shè)施云化減少了企業(yè)投資建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本，但也出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，如：資源閑置、PUE過(guò)高、安全隱私等。諸如數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算中心、超算中心等IT基礎(chǔ)設(shè)施的過(guò)于集中，導(dǎo)致了若干問(wèn)題，使得集中式的云中心建設(shè)規(guī)模和體量正在放緩[3]。邊緣計(jì)算、移動(dòng)邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生并迅速發(fā)展，但泛在算力呈現(xiàn)多級(jí)、分散、無(wú)序化特征，算力越往下分布越廣泛、碎片化、差異化、異構(gòu)化屬性越強(qiáng)，越難以進(jìn)行規(guī)模化管理，難以形成規(guī)?；б?。同時(shí)由于邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施算力異構(gòu)化特征明顯，異構(gòu)加速芯片生態(tài)相對(duì)封閉，編程工具、語(yǔ)言專(zhuān)用，一個(gè)應(yīng)用需要基于多種異構(gòu)芯片開(kāi)發(fā)不同代碼，且代買(mǎi)無(wú)法跨芯片移植。統(tǒng)一的異構(gòu)算力管理涉及不同芯片的加載、抽象、虛擬化、掛載、刪除等一系列生命周期管理工作，需要較長(zhǎng)時(shí)間演進(jìn)成熟。這也將制約算力資源利用率。另外當(dāng)前不同區(qū)域、不同網(wǎng)絡(luò)、不同云池之間的開(kāi)通入口、管理控制、資源調(diào)度相對(duì)獨(dú)立，算力與網(wǎng)絡(luò)較難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)同。流動(dòng)的數(shù)據(jù)源與可能同樣流動(dòng)的算力源之間的動(dòng)態(tài)匹配連接問(wèn)題也較為復(fù)雜，算力的智能隨選、全局優(yōu)化調(diào)度尚未有成熟的解決方案。這也會(huì)制約算力資源的充分有效利用。

2 算力供需實(shí)現(xiàn)方案

結(jié)合能源企業(yè)和電商行業(yè)的商業(yè)運(yùn)作模式，我們可以類(lèi)比算力資源也迫切需要算力中介或者算力交易服務(wù)平臺(tái)的建立。電力行業(yè)中，從發(fā)電到輸電再到用電，分為發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)公司與用電用戶(hù)。發(fā)電企業(yè)包括核電、水電、火電、風(fēng)電等多種大中型的發(fā)電廠來(lái)生產(chǎn)電力資源，也存在中小型的發(fā)電企業(yè)。電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)輸變配售電，將電力傳輸?shù)角Ъ胰f(wàn)戶(hù)，用戶(hù)無(wú)需知道自己用的電來(lái)自哪家電廠，不用關(guān)心電廠的生產(chǎn)成本變動(dòng)影響電費(fèi)支出，只需按照電力消費(fèi)進(jìn)行付費(fèi)即可[4]。這種模式大大降低了電力資源的供需對(duì)接成本，也給供給產(chǎn)業(yè)鏈上各類(lèi)角色的業(yè)務(wù)發(fā)展提供了充分的空間，利于產(chǎn)業(yè)鏈的均衡發(fā)展。

同樣的，電子商務(wù)行業(yè)的電商平臺(tái)也是聚合上游各大中小賣(mài)家，提供全品類(lèi)商品，極大豐富上游供給鏈，同時(shí)為買(mǎi)家提供多維度的綜合服務(wù)、多渠道觸點(diǎn)直達(dá)用戶(hù)需求方。電商平臺(tái)大大方便了全社會(huì)的商務(wù)供需對(duì)接交易，降低了商務(wù)成本。

類(lèi)比上述兩種模式，未來(lái)算力資源供需對(duì)接也可以借鑒這種模式，通過(guò)算力中介服務(wù)商來(lái)提供算力一體化解決方案和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，通過(guò)算力網(wǎng)絡(luò)提供算力資源供給的技術(shù)方案，同時(shí)基于區(qū)塊鏈的算力資源交易平臺(tái)提供可信的算力資源交易，將社會(huì)各類(lèi)閑置的算力資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理調(diào)度和交易，構(gòu)建良性的算力資源商業(yè)模式。

（三）聊天法。該方法指的就是在教學(xué)中教師通過(guò)和學(xué)生嘮家常完成作文教學(xué)。教師需要提前準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)熱門(mén)內(nèi)容與視頻片段營(yíng)造輕松的聊天氛圍，每一名學(xué)生都可以在這個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)言，討論大家之所想。在輕松溝通、互相交流中鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力與語(yǔ)言組織能力。

當(dāng)前電信運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合設(shè)備商陸續(xù)提出算力網(wǎng)絡(luò)、算力感知網(wǎng)絡(luò)等概念，算力網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)對(duì)算網(wǎng)融合發(fā)展趨勢(shì)提出的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其基于無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)連接將動(dòng)態(tài)分布的計(jì)算資源互聯(lián)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、算力等多維度資源的統(tǒng)一協(xié)同調(diào)度，使海量的應(yīng)用能夠按需、實(shí)時(shí)調(diào)用不同地方的計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)連接和算力在網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化，提供一致的用戶(hù)體驗(yàn)。算力網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)是為了提高端、邊、云三級(jí)計(jì)算的協(xié)同工作效率，算力網(wǎng)絡(luò)側(cè)重點(diǎn)為智能機(jī)器服務(wù)，將以算力作為服務(wù)提供給用戶(hù)。

算力供需的整個(gè)實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。

整個(gè)算力供需的實(shí)現(xiàn)邏輯分為三個(gè)步驟：

●資源尋址。主要是以網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)來(lái)分發(fā)資源信息，實(shí)現(xiàn)資源信息交互。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)在接收到的所有信息中選擇最優(yōu)的路徑作為通往該資源池的路徑。資源尋址又分為三個(gè)層面的資源尋址，包括基礎(chǔ)資源尋址、算法資源尋址和應(yīng)用資源尋址。其中基礎(chǔ)資源尋址主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)尋找最佳的算力、存儲(chǔ)、傳送等基礎(chǔ)資源。算法資源尋址是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)尋找最佳的算法，將算法進(jìn)行封裝與算力結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分發(fā)，用戶(hù)可根據(jù)自己需求選擇。應(yīng)用資源尋址則是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)尋找最佳的應(yīng)用提供方，把應(yīng)用信息和控制信息進(jìn)行一定關(guān)聯(lián)，使得用戶(hù)可以找到最優(yōu)的應(yīng)用資源，例如CDN、直播分發(fā)節(jié)點(diǎn)等。

●資源交易。以區(qū)塊鏈新型交易模式，構(gòu)建算力交易平臺(tái)促進(jìn)算力賣(mài)家和買(mǎi)家實(shí)現(xiàn)多方異構(gòu)資源的價(jià)值交換。算力交易流程主要分為兩大方面，一是零散算力資源納管，即算力節(jié)點(diǎn)上報(bào)并注冊(cè)自己的算力能力信息，由算力交易平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估并加入?yún)^(qū)塊鏈認(rèn)證。二是提供算力服務(wù)，算力使用者提出使用請(qǐng)求，算力交易平臺(tái)根據(jù)需求給出資源交易視圖，并返回報(bào)價(jià)，經(jīng)使用者選擇后簽訂交易合約，則可由算力平臺(tái)調(diào)度算力資源為買(mǎi)家提供算力服務(wù)。

●資源調(diào)配。用戶(hù)與資源池完成交易后，網(wǎng)絡(luò)控制面完成資源調(diào)配，并更新網(wǎng)絡(luò)中分發(fā)的各類(lèi)算力信息，同時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求變化或用戶(hù)位置變化而彈性調(diào)整并提供新的資源。

圖1 算力供需實(shí)現(xiàn)邏輯架構(gòu)圖

3 典型場(chǎng)景分析

車(chē)聯(lián)網(wǎng)作為5G網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，主要依托5G 蜂窩網(wǎng)、路側(cè)單元（Road Site Unite，RSU），激光傳感器、雷達(dá)、攝像頭等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車(chē)與人、車(chē)、路、網(wǎng)立體網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。從車(chē)聯(lián)網(wǎng)的安全需求出發(fā)，安全類(lèi)業(yè)務(wù)的時(shí)延要求是20ms，自動(dòng)駕駛的時(shí)延需求是5ms，利用5G網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)面下沉和MEC平臺(tái)的部署可有效解決車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息超低時(shí)延交互、大數(shù)據(jù)量的短回路傳輸和處理[5]。整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)算力供需實(shí)現(xiàn)邏輯架構(gòu)圖

整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括四大部分，分別是端、管、邊、云。

端：主要是車(chē)載終端（支持Uu口通信和PC5接口通信）。

管：指的是車(chē)載終端利用路側(cè)單元或者5G基站與MEC之間的通信。其上行方向，可通過(guò)Uu口與5G基站進(jìn)行通信，也可以通過(guò)PC5接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到路側(cè)的RSU設(shè)備，由RSU設(shè)備將上行數(shù)據(jù)發(fā)送給基站，進(jìn)而與MEC連通。下行方向，邊緣節(jié)點(diǎn)MEC將數(shù)據(jù)流或決策信息發(fā)送給5G基站，由5G基站將數(shù)據(jù)發(fā)給相應(yīng)的終端或廣播信息給周?chē)?chē)輛，實(shí)現(xiàn)信息回傳。

邊：指的是MEC節(jié)點(diǎn)，MEC通過(guò)與5G網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)面UPF的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，支持大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)如高精度地理圖、新聞娛樂(lè)等緩存在MEC單元供端側(cè)下載，同時(shí)也支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全類(lèi)業(yè)務(wù)，即通過(guò)路側(cè)各類(lèi)探頭采集數(shù)據(jù)上報(bào)到MEC單元進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策，然后將決策結(jié)果回傳到RSU或通過(guò)5G基站廣播給周?chē)?chē)輛，滿(mǎn)足車(chē)聯(lián)網(wǎng)低時(shí)延安全類(lèi)業(yè)務(wù)需求。

云：是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的管控中心，起到交通大腦作用，主要是統(tǒng)籌管理下級(jí)通信單元之間協(xié)作通信，同時(shí)也支持對(duì)交通大數(shù)據(jù)量的分析類(lèi)業(yè)務(wù)。

在車(chē)聯(lián)網(wǎng)輔助駕駛場(chǎng)景中，特別是對(duì)于車(chē)輛外部由于遮擋、盲區(qū)等視距外的道路交通情況，需要通過(guò)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)獲取該車(chē)輛位置周邊的全面路況交通信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，對(duì)于有安全隱患的車(chē)輛發(fā)出警示信號(hào)，輔助車(chē)輛安全駕駛。當(dāng)本地的邊緣節(jié)點(diǎn)過(guò)載時(shí)，輔助安全駕駛通知會(huì)發(fā)生延遲，可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。這時(shí)需要借助于算力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)全網(wǎng)的算力資源進(jìn)行調(diào)配和任務(wù)遷移，結(jié)合第2節(jié)提到的算力供需實(shí)現(xiàn)方案可以將時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)如車(chē)載娛樂(lè)從本地節(jié)點(diǎn)調(diào)度到其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，以降低本地節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，使得低時(shí)延業(yè)務(wù)在本地優(yōu)先處理，保證其用戶(hù)體驗(yàn)和可用性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文給出了算力網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景、總體架構(gòu)方案和典型的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著5G商用的深入推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能終端、感知及交互技術(shù)的迅速發(fā)展，新基建的大力推動(dòng)，多重因素共振將推動(dòng)計(jì)算能力以前所未有的程度深入到人們的生活，并改變?nèi)藗兊纳?。算力網(wǎng)絡(luò)作為B5G/6G的前沿研究技術(shù)之一，也正式的拉開(kāi)了云網(wǎng)融合2.0的序幕，未來(lái)針對(duì)于算力網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)研究、產(chǎn)品研發(fā)、商業(yè)模式都將持續(xù)推進(jìn)，后續(xù)也將持續(xù)關(guān)注和研究算力網(wǎng)絡(luò)具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。