對(duì)云網(wǎng)融合的幾點(diǎn)思考

張宏科 張成良 孫瓊

(1.中國(guó)工程院，北京 100088；2.北京交通大學(xué)，北京 100044；3.中國(guó)電信股份有限公司研究院，北京 102209)

0 引言

近年來，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，新興技術(shù)與應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)使得信息技術(shù)向經(jīng)濟(jì)社會(huì)加速滲透，如何為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化與數(shù)字產(chǎn)業(yè)化構(gòu)建一張堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)設(shè)施成為業(yè)界的研究重點(diǎn)，其中云網(wǎng)融合作為新型數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心特征與重要底座，代表了信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來方向，成為當(dāng)前“新基建”的重頭戲。但云網(wǎng)融合并不是簡(jiǎn)單地將以云計(jì)算、邊緣計(jì)算等為代表的計(jì)算資源和以4G/5G、光網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等為代表的網(wǎng)絡(luò)資源拼接在一起，而是通過新技術(shù)變革，使具有不同特征與不同路徑的兩類信息技術(shù)互相滲透、互相影響，最終實(shí)現(xiàn)深度融合與創(chuàng)新，從而為數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)、安全的基石[1]。

目前，大多數(shù)研究聚焦云網(wǎng)融合的具體實(shí)現(xiàn)，如相關(guān)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方案或創(chuàng)新產(chǎn)品，都未能深入探討云網(wǎng)融合背后的發(fā)展邏輯。因此，本文從云網(wǎng)融合產(chǎn)生的趨勢(shì)開始，著重分析云網(wǎng)融合的發(fā)展目標(biāo)、表現(xiàn)形式與重點(diǎn)發(fā)展方向，最后指出云網(wǎng)融合面臨的重要挑戰(zhàn)。

1 云網(wǎng)融合是信息技術(shù)發(fā)展的自然趨勢(shì)

云網(wǎng)融合理念的提出是由受市場(chǎng)和技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，信息技術(shù)的兩大領(lǐng)域——網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算，發(fā)展到一定階段后的自然趨勢(shì)。

(1)隨著數(shù)字業(yè)務(wù)發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展，大量的應(yīng)用需要同時(shí)使用計(jì)算資源與網(wǎng)絡(luò)資源，而用戶已經(jīng)不滿足分別選購(gòu)多類別的產(chǎn)品，一體化的資源供給的市場(chǎng)需求將不斷推動(dòng)云產(chǎn)品與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的融合供給。因此，云網(wǎng)融合的首要目標(biāo)是整合兩類產(chǎn)品，形成一體化的產(chǎn)品服務(wù)。

(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算技術(shù)從獨(dú)立發(fā)展逐步走向了融合共生。伴隨光纖通信、數(shù)據(jù)通信、無線通信等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬飛速增長(zhǎng)且覆蓋范圍日益廣泛，使得隨時(shí)隨地獲取應(yīng)用、計(jì)算與存儲(chǔ)服務(wù)成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新浪潮，并推動(dòng)了云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)。而在云計(jì)算技術(shù)成熟與規(guī)模應(yīng)用后，又產(chǎn)生了利用通用化的計(jì)算資源去改造復(fù)雜、封閉的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)了以軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Function Virtualization，NFV)技術(shù)為代表的新型云化網(wǎng)元，并據(jù)此發(fā)展出如5G定制網(wǎng)、新型城域網(wǎng)等新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。由此可見，兩類技術(shù)已經(jīng)交織在一起，共同成為新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要底座。

(3)由于算力基礎(chǔ)設(shè)施從原來的封閉、專用逐步發(fā)展到開放、共享，而邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)，使得服務(wù)化的算力節(jié)點(diǎn)分布在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)位置。因此，云網(wǎng)融合通過對(duì)云網(wǎng)資源的統(tǒng)一管控，將異構(gòu)計(jì)算資源與多層網(wǎng)絡(luò)資源整合起來，形成一體化運(yùn)營(yíng)模式[2]。

圖1 云網(wǎng)融合發(fā)展目標(biāo)與階段

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算正在從相互獨(dú)立逐步演進(jìn)到融合貫通，并出現(xiàn)了以云網(wǎng)融合為代表的新發(fā)展，力爭(zhēng)將各類資源融合成一體化供給、一體化運(yùn)營(yíng)、一體化服務(wù)的體系，這既是客戶需求變化的必然結(jié)果，也是信息技術(shù)發(fā)展的自然趨勢(shì)，必將成為網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算發(fā)展的下一個(gè)里程碑。

2 云網(wǎng)融合促進(jìn)行業(yè)發(fā)展與服務(wù)提升

云網(wǎng)融合是新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的深刻變革，但并不等同于云和網(wǎng)的簡(jiǎn)單相加，而是多要素匯總整合后的產(chǎn)物。因此，云網(wǎng)融合的核心目標(biāo)在于通過產(chǎn)品服務(wù)、技術(shù)演進(jìn)與運(yùn)營(yíng)管控等方面的系統(tǒng)化融合，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)形態(tài)、商業(yè)模式、運(yùn)維體系、服務(wù)模式的升級(jí)，來構(gòu)建簡(jiǎn)潔、敏捷、開放、融合、安全、智能的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，從而滿足不斷發(fā)展的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化與數(shù)字產(chǎn)業(yè)的需求。

云網(wǎng)融合的發(fā)展大致上可以分為相互獨(dú)立、協(xié)同發(fā)展、再到融合貫通三個(gè)階段，并分別圍繞著服務(wù)、技術(shù)、管控三個(gè)層次來逐步推進(jìn)融合發(fā)展(見圖1)。

2.1 云網(wǎng)融合提供一體化服務(wù)

實(shí)現(xiàn)服務(wù)融合是實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)融合的基礎(chǔ)與起點(diǎn)。初期，云網(wǎng)融合的產(chǎn)品主要以云網(wǎng)服務(wù)套餐為主，以云產(chǎn)品和網(wǎng)產(chǎn)品的組合來推廣云網(wǎng)融合服務(wù)；后續(xù)，逐漸根據(jù)技術(shù)、管控等層面的融合進(jìn)展，在一體化資源供給的基礎(chǔ)上，為客戶提供“不可拆分”的云網(wǎng)融合產(chǎn)品。

當(dāng)前存在“云調(diào)網(wǎng)”和“網(wǎng)調(diào)云”兩種不同方式實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)資源互調(diào)，從而提供一體化方案。

(1)“云調(diào)網(wǎng)”以云業(yè)務(wù)為入口，利用統(tǒng)一云網(wǎng)管控體系，讓用戶可以根據(jù)云資源使用情況而靈活使用網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)“一云多網(wǎng)”。

(2)“網(wǎng)調(diào)云”則是通過將當(dāng)前的算力狀況和網(wǎng)絡(luò)狀況發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中，算力最優(yōu)成為選路的準(zhǔn)則之一，用戶通過網(wǎng)絡(luò)去訪問最佳的算力資源，達(dá)到“一網(wǎng)多云”。在實(shí)際應(yīng)用中這兩類服務(wù)是可以以疊加混合的形式出現(xiàn)。

2.2 云網(wǎng)融合推進(jìn)技術(shù)協(xié)同發(fā)展

在技術(shù)層面，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算技術(shù)之間互相借鑒，兩者都充分利用對(duì)方提供的新型能力來升級(jí)演進(jìn)。例如，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，云化網(wǎng)元成為構(gòu)建新型網(wǎng)絡(luò)的核心元素，推動(dòng)著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由封閉轉(zhuǎn)向解耦，實(shí)現(xiàn)更為靈活、更為彈性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。而在計(jì)算技術(shù)發(fā)展上，則以分布式云技術(shù)為代表，利用網(wǎng)絡(luò)能力將云計(jì)算組件部署到不同的物理位置，再通過統(tǒng)一管控形成一朵云，從而提供最優(yōu)資源組合。此外，業(yè)界還提出了利用網(wǎng)絡(luò)來加速計(jì)算的新思路，如空中計(jì)算(利用波形疊加來輔助計(jì)算)[3]、在網(wǎng)計(jì)算(利用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來加速計(jì)算)[4]等。

2.3 云網(wǎng)融合實(shí)現(xiàn)資源一體化管控

資源一體化管控是實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)融合更深層次的體現(xiàn)，通過對(duì)云網(wǎng)資源的統(tǒng)一抽象封裝與編排管理，將底層基礎(chǔ)設(shè)施抽象為通用的能力與服務(wù)，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)資源的一體化管理、調(diào)度與部署，從而實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)邏輯層面的“化學(xué)反應(yīng)”。從開始的云管系統(tǒng)與網(wǎng)管系統(tǒng)互通，到構(gòu)建統(tǒng)一編排運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，再到進(jìn)階的云網(wǎng)操作系統(tǒng)，一體化管控將成為云網(wǎng)融合的重要突破點(diǎn)。在傳統(tǒng)云網(wǎng)割裂的狀態(tài)下，通常云資源在云管平臺(tái)中進(jìn)行管理分配，網(wǎng)絡(luò)資源在網(wǎng)管系統(tǒng)中進(jìn)行管理，相互之間不可見、不可調(diào)。云網(wǎng)融合則要求云資源和網(wǎng)絡(luò)資源從源頭上打破系統(tǒng)分立的煙囪，將云和網(wǎng)的資源均在統(tǒng)一的管理體系中實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確地提供。同時(shí)，云網(wǎng)服務(wù)應(yīng)滿足自服務(wù)、實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化的要求，支持按需進(jìn)行能力開放與服務(wù)的自動(dòng)調(diào)用，并基于云網(wǎng)統(tǒng)一的編排調(diào)度系統(tǒng)，云網(wǎng)服務(wù)能力都可進(jìn)行靈活的調(diào)用組裝，從而實(shí)現(xiàn)面向不同行業(yè)、不同用戶需求的定制網(wǎng)云網(wǎng)融合服務(wù)場(chǎng)景[1]。

3 云網(wǎng)融合重點(diǎn)發(fā)展方向與面臨的挑戰(zhàn)

云網(wǎng)融合需要采用創(chuàng)新發(fā)展的思維，跳出傳統(tǒng)IT思維和CT思維的局限，以融合貫通的方式去研究實(shí)現(xiàn)方案，下面將分別介紹一些具有特色的新發(fā)展方向，以及云網(wǎng)融合發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。

3.1 新業(yè)務(wù)：算力資源一體化服務(wù)

算力資源可以從類型上分為通用算力、超級(jí)算力、智能算力、前沿算力等，也可根據(jù)其在網(wǎng)絡(luò)中的位置分為中心算力、邊緣算力、端算力等，而這些算力資源歸屬于不同運(yùn)營(yíng)方。以算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的新型云網(wǎng)融合方案，則以網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，通過構(gòu)建統(tǒng)一技術(shù)棧，引入算力度量與標(biāo)識(shí)、算力路由、算力交易等新型協(xié)議，聚合多方算力資源，從而提供算力資源一體化服務(wù)[5]，具體參見圖2。

圖2 算力資源一體化服務(wù)示意

3.2 新網(wǎng)絡(luò)：云原生網(wǎng)絡(luò)

云原生網(wǎng)絡(luò)利用云原生技術(shù)架構(gòu)，將多種網(wǎng)絡(luò)模式(如有線網(wǎng)絡(luò)、無線Wi-Fi、無線4G/5G等)中通用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、策略服務(wù)、鑒權(quán)服務(wù)、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、接入服務(wù)等功能抽象化形成微服務(wù)，然后再根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求進(jìn)行編排，從而為用戶提供資源共享、彈性伸縮、按需付費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。預(yù)計(jì)云原生網(wǎng)絡(luò)將率先在園區(qū)網(wǎng)中得到應(yīng)用發(fā)展。

3.3 新計(jì)算：基于數(shù)據(jù)處理單元組網(wǎng)的新型云計(jì)算

近期，數(shù)據(jù)處理單元(Data Process Unit，DPU)成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)，其作為CPU、GPU之后的新型芯片類型，專門用于處理CPU所不擅長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)壓縮等數(shù)據(jù)處理任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等多類資源的管理與調(diào)度工作(見圖3)。因此，可以由DPU來組成新型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，能夠打破計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的界限，重構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施層，在芯片的性能以及制造難度達(dá)到極限的情況下，進(jìn)一步釋放算力效能。

圖3 基于DPU組網(wǎng)的新型云計(jì)算示意

3.4 新管控：實(shí)現(xiàn)資源一體化管控的云網(wǎng)操作系統(tǒng)

云網(wǎng)操作系統(tǒng)是面向云網(wǎng)融合新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)面向各類異構(gòu)云網(wǎng)硬件、軟件資源的統(tǒng)一管理與調(diào)度的分布式系統(tǒng)，提供行業(yè)通用的云網(wǎng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用公共服務(wù)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)(見圖4)。一方面，云網(wǎng)操作系統(tǒng)為海量異構(gòu)云、網(wǎng)、邊、端、安的資源提供統(tǒng)一技術(shù)底座、供給方式，通過構(gòu)建內(nèi)核層的云網(wǎng)多要素資源抽象、資源管理的組件，實(shí)現(xiàn)面向海量異構(gòu)資源的即插即用，從服務(wù)器、網(wǎng)元操作系統(tǒng)，到跨網(wǎng)元資源的統(tǒng)一管理調(diào)度，實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)軟硬件的全面深度掌控，推動(dòng)云網(wǎng)軟硬件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，向上層應(yīng)用提供歸一化開放編程接口。另一方面，云網(wǎng)操作系統(tǒng)提供豐富的開放編程接口與服務(wù)能力，包括云網(wǎng)服務(wù)的設(shè)計(jì)工具、低代碼平臺(tái)等，可面向用戶提供云網(wǎng)多樣化服務(wù)的設(shè)計(jì)與編程開發(fā)工具，從而可以實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速構(gòu)建，進(jìn)而促進(jìn)應(yīng)用生態(tài)構(gòu)建，賦能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。此外，云網(wǎng)操作系統(tǒng)也提供面向云網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的系統(tǒng)服務(wù)與原生應(yīng)用，可支持云網(wǎng)應(yīng)用的生命周期管理和運(yùn)行維護(hù)服務(wù)。

圖4 云網(wǎng)操作系統(tǒng)功能視圖

3.5 云網(wǎng)融合發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)前云網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層已實(shí)現(xiàn)初步“對(duì)接”，然而云網(wǎng)之間離真正的融合貫通還面臨著一系列挑戰(zhàn)。

(1)在產(chǎn)品服務(wù)層面，現(xiàn)有市面上大多產(chǎn)品未能實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)深度融合，產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上由獨(dú)立的云產(chǎn)品和網(wǎng)產(chǎn)品拼接而成，底層邏輯架構(gòu)和通用組件依然相互獨(dú)立。同時(shí)，由于云網(wǎng)產(chǎn)品通常是跨域端到端的，要實(shí)現(xiàn)端到端、多接入手段的云網(wǎng)融合服務(wù)需要復(fù)雜的流程，尤其是網(wǎng)絡(luò)能力的服務(wù)化仍然遠(yuǎn)跟不上云服務(wù)能力的自動(dòng)化水平，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)的開通過程需要有大量的人工流程介入，且網(wǎng)絡(luò)類型復(fù)雜、接入類型多樣，要實(shí)現(xiàn)端到端、泛在接入、智能化的云網(wǎng)融合綜合服務(wù)依然困難。

(2)在體系架構(gòu)方面，當(dāng)前云網(wǎng)融合方案依然是基于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP的體系架構(gòu)來構(gòu)建的，資源和位置綁定、控制與數(shù)據(jù)綁定、用戶與網(wǎng)絡(luò)綁定等關(guān)鍵問題一直未能得到有效的解決[6]。因此，需要基于新型理論與架構(gòu)，將多類型網(wǎng)絡(luò)與異構(gòu)算力資源抽象成資源描述，并按統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)體系整合在一起，從而讓用戶能夠跨資源提供方(如電信運(yùn)營(yíng)商、云服務(wù)商)靈活使用各類資源。

(3)在集約管控方面，云和網(wǎng)的資源建模、服務(wù)抽象、采集控制的手段有較大的差別，各專業(yè)的云網(wǎng)服務(wù)能力參差不齊，距離達(dá)到云網(wǎng)資源一體化管控、一體化調(diào)度等還有較大的差距，面向云網(wǎng)一體化的云網(wǎng)操作系統(tǒng)也尚未形成。同時(shí)，云網(wǎng)融合目前還處于相對(duì)靜態(tài)、固化的方式運(yùn)營(yíng)，應(yīng)進(jìn)一步向云網(wǎng)自智、云網(wǎng)融智的方向演進(jìn)，使得云網(wǎng)融合基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)自生成、自管理、自優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)的按需供給與靈活化組網(wǎng)的有效支撐，為不同行業(yè)與用戶提供高效的差異化、定制化通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

云網(wǎng)融合將成為信息技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)里程碑，在業(yè)務(wù)數(shù)字化、技術(shù)融合化、數(shù)據(jù)價(jià)值化的共同作用下，推動(dòng)相對(duì)獨(dú)立的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)向融合貫通的方向發(fā)展。自中國(guó)電信于2016年率先在業(yè)內(nèi)提出云網(wǎng)融合的發(fā)展思路以來，云網(wǎng)融合理念逐漸成為了業(yè)界共識(shí)，其內(nèi)涵與外延也在不斷豐富與變化中，當(dāng)前與高速泛在、天地一體、智能敏捷、綠色低碳、安全可控等方向共同構(gòu)成了新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的新特征。

云網(wǎng)融合是一個(gè)長(zhǎng)期的、不斷演進(jìn)的過程，需要集合產(chǎn)、學(xué)、研、用各方力量，共同探討，加快關(guān)鍵技術(shù)的合作與自主研發(fā)，推動(dòng)應(yīng)用創(chuàng)新與生態(tài)融合，加速新型信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，打通經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的信息“大動(dòng)脈”。