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1、面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書中國電信股份有限公司研究院北京交通大學2024 年 8 月面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書前前言言云網融合是新型數字信息基礎設施的重要底座,代表了信息產業發展的未來方向,是貫徹國家“網絡強國”發展戰略的核心支撐。其所具備的異構網絡資源一體化供給、一體化運營和一體化服務核心特征,突破了現有互聯網“靜態、僵化”的原始設計局限,強化了新型網絡基礎設施在體系架構層面的簡潔、開放、集約設計理念,明確了未來互聯網可持續融合發展的核心要義和前進方向。為推動云網融合的技術發展與應用落地,中國電信研究院聯合北京交通大學開展了新型網絡理論與技術的創新研究工作,首
2、次提出了“面向云網融合的智融標識網絡體系”,攻克了新型網絡環境下的多維標識、資源適配、協同傳輸等基礎性技術難題,基于中國電信云網融合大科創裝置構建了業內首個智融標識網絡系統,成功驗證了跨廣域融合傳輸、確定性組網、算網協同調度等新質網絡能力的特性與優勢,為云網融合的建設提供了原創性的研究思路與技術儲備。本白皮全面闡述了“面向云網融合的智融標識網絡體系與技術”,既包含對云網融合的愿景需求和技術分析,也涵蓋了新型智融標識網絡技術對云網融合理念的賦能與升華。希望本白皮書關于云網融合與新型網絡技術在協同演進方面的探討,為相關行業與產業發展起到拋磚引玉的作用,為我國新型網絡基礎設施建設提供參考,共同推動互
3、網絡信息產業的可持續演進發展。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書目錄一、云網融合愿景及對網絡需求分析.11.1 云網融合能力愿景.11.2 云網融合特色發展方向.21.2.1 提供新業務:算網資源一體化服務.21.2.2 構建新網絡:深度全定制化的云原生網絡.31.2.3 支持新計算:基于數據處理單元組網的新型云計算.41.2.4 服務新管控:實現資源一體化管控的云網操作系統.41.3 云網融合對網絡需求分析.5二、傳統互聯網體系與技術差距分析.72.1 體系結構差距分析.72.2 標識技術體系差距分析.72.3 服務質量保障差距分析.82.4 資源適配差距分析.82.5 服務編排差距
4、分析.8三、智慧融合標識網絡體系架構能力.10四、智慧融合標識網絡體系關鍵技術.134.1 多維標識融合技術.144.2 動態資源彈性適配技術.184.3 異構資源智慧協同技術.234.4 云網深度融合部署技術.26五、智慧融合標識網絡技術試驗案例.315.1 基于標識映射的異構網絡融合高可靠協同傳輸技術.325.2 面向業網協同的智融標識網絡確定性按需組網技術.355.3 面向算網協同的算力服務標識尋址路由技術.38六、總結與展望.41面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書1一、一、云網融合愿景及對網絡需求分析云網融合愿景及對網絡需求分析1.1 云網融合能力愿景云網融合能力愿景云網融合是
5、新型數字信息基礎設施的重要底座,代表了信息產業發展的未來方向。作為網絡、云、算力設施之間的粘合劑,云網融合旨在構建基于計算、存儲、網絡、通信、數字等深度融合的一體化供給、一體化運營、一體化服務網絡系統,強調了新型網絡基礎設施在體系架構層面的簡潔、開放、集約設計理念,倡導了未來互聯網可持續融合發展的核心要義,是支撐我國“網絡強國”戰略的重要基礎。云網融合代表了新時代互聯網技術的新發展理念:在長期不斷演進的過程中,通過持續地吸納新型的通信、網絡、計算等技術,實施虛擬化、云化、服務器等的融合創新與變革,將具有不同特征與不同路徑的信息技術相互滲透、相互影響,最終創造出更加靈活、智能、高效的計算和通信環
6、境。中國電信在 2020 年發布了云網融合 2030 技術白皮書,提出了云網融合的“網隨云動”、“網絡云化”、“云數聯動”三大核心需求,構筑了涵蓋基礎設施、網絡資源、操作系統在內的云網融合發展愿景。經過四年的前沿探索和技術積累,中國電信已經建立了包含電信云網融合大科創裝置在內的一系列云網融合關鍵性基礎設施與系統,在業務形態、商業模式、服務模式等多個層面開展了突破性的應用探索,取得了顯著的階段性成果。隨著新型網絡技術的不斷涌現,大模型、直播等新業務形態的相繼普及,云網融合的理念也在持續地迭代與演進,其在基礎設施、網絡資源、操作系統三個層面的核心能力愿景均較初期有了實質性地革面向云網融合的智融標識
7、網絡體系與技術白皮書2新與升華,具體如下:1)云網基礎設施,其核心能力從初期的互聯互通發展為靈活可擴展的泛在融合:一方面,云網融合連接了空天地海各種網絡類型,通過引入 NFV 和 SDN 等網絡功能虛擬化、網絡可編程技術,以支持對異構網絡智能、靈活地泛在連接;另一方面,云網融合接入了各類泛在終端,通過融合互通技術,以實現對多樣化資源的統一管理。2)異構網絡資源,其核心能力從初期的統一納管發展為需求導向的協同調度:構建涵蓋云資源(DC 內部的計算、存儲等集中式資源)、網絡資源(移動網、物聯網等各類網絡)、數據資源(用戶數據、AI 大模型訓練數據等)和算力資源(主要面向 AI 的訓練業務,如GPU
8、、TPU)等多源異構的豐富資源體系,通過向邊緣的不斷延伸,實現資源的整體調度、統一協作,向用戶提供高性能服務。3)云網操作系統,其核心能力從初期的網絡管控系統發展為貫通應用至網絡的一體化智能服務平臺:通過引入云網大腦和內生安全機制,利用大數據、人工智能等技術解決復雜規劃問題,實現對異構異質資源的統一抽象、統一管理、統一編排和統一優化,為不同應用提供定制化的網絡服務質量保障,滿足各種應用的性能和安全需求。1.2 云網融合特色發展方向云網融合特色發展方向1.2.1 提供新業務:算網資源一體化服務新型云網融合方案為異構算力資源的協同管控與調度提供了新的解決思路。算力資源從類型上可以分為通用算力、超級
9、算力、智能算力、前沿算力等,也可根據其在網絡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提供方,協同管控與調面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書3度受限于資源的異構性、需求的差異性和網絡環境的未知性,存在一定局限。新型云網融合方案,以網絡為平臺,通過構建統一的技術棧,引入算力度量、算力標識、算力路由、算力交易等新型協議,動態聚合多方的算力資源狀態、算力需求信息、數據存儲需求和網絡環境能力等多維要素,協同分析算、存、網資源的聯合業務承載能力,提供一體化的算力資源服務,構建靈活、動態、簡潔、智能的新型算力服務模式,具體如圖 1-1 所示。圖 1-1 算網資源一體化服務示
10、意1.2.2 構建新網絡:深度全定制化的云原生網絡新型云網融合方案天然支持云原生技術架構。云原生技術的下沉應用對云網基礎設施的靈活、開放、可擴展等特性提出了較高的需求,傳統互聯網“靜態、僵化”的局限難以為靈活多變的云原生業務提供穩定的承載能力支撐。新型云網融合方案,通過將多種網絡模式(如有線網絡、無線 Wi-Fi、無線 4G/5G 等)中通用的數據庫服務、策略服務、鑒權服務、轉發服務、接入服務等功能抽象化形成微服務,利用云網融合的網絡泛在互聯的特性與資源深度融合的能力,可以實現多元業務功能的靈活部署、彈性伸縮與按需編排,滿足差異化的業務需面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書4求,為用戶提
11、供一體化的異構跨網互聯、云網資源共享、端網智能適配等服務。預計云原生網絡將率先在園區網中得到應用發展。1.2.3 支持新計算:基于數據處理單元組網的新型云計算新型云網融合方案與數據處理單元(Data Process Unit,DPU)的結合,是網絡與計算互助互益的理想應用模式。DPU 作為 CPU、GPU之后的新型芯片類型,在網絡協議處理、數據加解密、數據壓縮等數據處理任務中具備卓越的性能。通過由基于 DPU 的核心設備來重構新型云網融合方案中的云計算基礎設施,可以通過對異構算力資源的深度高效融合,有效打破計算設備、存儲設備與網絡設備的邊界,實施對計算、存儲、網絡等多類資源與能力的高效融合,在
12、芯片的性能達到極限的情況下,進一步增強云網一體的服務提供效能。1.2.4 服務新管控:實現資源一體化管控的云網操作系統新型云網融合方案中的云網操作系統可以為行業通用的業務和應用提供統一的基礎軟件平臺。云網操作系統是面向云網融合新型信息基礎設施,是實現面向各類異構云網硬件、軟件資源的統一管理與調度的分布式系統。云網操作系統為海量異構的云、網、邊、端、安資源制定了標準的供給模式,通過構建內核層的云網多要素資源抽象、資源管理組件等功能模型,可以實現面向海量異構資源的即插即用,全面深度掌控云網軟硬件資源能力與狀態,完成跨網元資源的統一管理調度。此外,云網操作系統向上層業務提供了歸一化的開放編程接口與服
13、務能力,可面向用戶提供云網多樣化服務的設計與編程開發工具,實現云網業務的快速構建,促進云網融合應用生態的豐富與構建,助力各行各業簡潔按需的產業數字化轉型。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書51.3 云網融合對網絡需求分析云網融合對網絡需求分析云網融合作為新一代信息技術的必然演進方向,作為其基礎的網絡設施與技術也必須隨之發展,從傳統的被動業務承載模式轉變為新型的主動業務智能適配模式,具備高性能、高可用、高智能、高擴展、高安全等新型能力,具體如下:1)網絡高性能:指支撐云業務的性能保障,包括網絡帶寬、網絡時延、網絡丟包率等指標。網絡的性能將直接影響著用戶的QoE/QoS,其提升需要網絡硬件
14、和通信協議的支持。2)業務高可用:一方面,是指支持云網融合的網絡覆蓋范圍廣,需要確?!澳睦镄枰?,哪里就有網”。另一方面,是指云網融合業務持續提供可靠連接服務的能力強,通過 SLA 保障、差異化保障的方式,滿足客戶對網絡質量的特定要求,實現多種等級的服務。3)組網高智能:全面提升網絡的自動化運行、智能化維護,具體包括彈性組網、網絡可編程、故障快速修復、流量自動優化和網絡資源動態調度等。彈性組網:根據業務需求和網絡狀態進行靈活、彈性組網。網絡可編程:通過可編程語言,抽象化網絡服務、協議、性能,使其能夠被結構化標識,提升網絡管理、維護靈活度。故障快速修復和流量自動規劃:網絡發生故障時能夠進行快速定
15、位,并針對故障原因采取及時的修復措施,同時重新規劃業務流量,保障網絡性能問題,避免影響客戶體驗。網絡資源動態優化:網絡控制平面根據云業務和用戶需求等因素實現網絡資源的動態優化。4)適配高彈性:網絡能力服務的三個關鍵特征:一站式開通與面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書6終止、靈活修改和變更服務屬性、實現快速開通、原子能力服務化和整體化網絡供給。這三個特征將帶來更高效的云網絡資源管理,更靈活的服務調整,以及整體網絡供給的質量保證。5)服務高安全:網絡為云業務提供的安全保障,包括地址與標識安全、協議安全和身份安全。地址與標識安全保障地址和標識的真實性和可信性,協議安全采用密碼技術確保通信數據
16、的完整性和機密性,身份安全通過網絡準入控制等手段確保用戶身份的真實和可信。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書7二、二、傳統互聯網體系與技術差距分析傳統互聯網體系與技術差距分析傳統互聯網原理與體系設計于五十多年前,受到當時帶寬、存儲以及算力等軟硬件能力的制約和影響,工作機制相對“靜態、僵化”,難以滿足云網融合發展的新需求。2.1 體系結構差距分析體系結構差距分析傳統互聯網工作機制存在“用戶與網絡、資源與位置、控制與數據”三重綁定等內在特征,對智能、感知、認知、動態等智慧化機制支持嚴重不足,缺少對存儲、計算、傳輸等異構資源的深度融合能力。受傳統互聯網原始設計局限,在現有網絡基礎上進行演進和
17、發展,不僅難以解決網絡移動性、安全性、可擴展性等方面存在的問題,更難以實現對多維異構算網資源的深度融合與高效利用,無法從根本上滿足云網融合對多元化高質量網絡承載的新需求和新挑戰。2.2 標識技術體系差距分析標識技術體系差距分析云網融合對網絡基礎設施提出了新需求,要求將業務需求與網絡資源進行柔性適配,以達到業務與網絡協同的目的,從而提升網絡服務質量和用戶體驗。然而,傳統網絡 IP 標識存在語義承載單一的局限,缺乏多維屬性表征能力以及網絡智慧服務能力,難以有效承載新型云網融合環境下多樣且差異的業務類型和服務需求;現有網絡標識的創新技術(如,身份標識、地理標識、內容標識等)在業務支持普適性、尋址方式
18、靈活性、共存互通兼容性等方面也存在不足,缺少面向多維目標對象的靈活統一標識和尋址方法,已成為現階段網絡基礎設施中制約云網深度融合的主要瓶頸。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書82.3 服務質量保障差距分析服務質量保障差距分析云網融合的應用行業和場景包括智慧城市、智能制造、智慧生活、AR/VR、自動駕駛等新業務,這些業務對網絡服務質量保障有更高要求。傳統 IP 網絡技術采用“盡力而為”的服務模式,難以對時延敏感、大帶寬、高可靠等差異化需求業務提供定制化的精確服務質量保障,無法對新型云網融合業務提供無損確定性、穩定高可靠等高質量傳輸需求,嚴重制約著云網融合系統在公共網絡、行業專網等的應用推
19、廣與部署。2.4 資源適配差距分析資源適配差距分析云網融合提倡的“一體化供給、一體化運營、一體化服務”核心理念,要求網絡基礎設施對異構多維資源進行精細化的管控和適配。然而,傳統網絡體系的“細腰”模型導致應用和網絡僅能通過單一IP 關聯進行靜態資源配置,導致業務和資源適配松散、多樣化業務需求難以理解,難以支持業務意圖的準確表征及資源協同調度;此外,現有網絡技術創新體系“煙囪林立”,節點的跨網交互受限、資源的跨網調度低效,無法適應新型云網融合環境對網絡協同管控的需求,難以滿足日益增長的多元化業務發展。2.5 服務編排差距分析服務編排差距分析云網融合資源類型異構多樣,分布跨越大時空地理位置,任務需求
20、和規模差異巨大,傳統網絡服務模式以被動響應模式為主,缺乏高級智能和靈活兼容的能力,僅能通過在現有設施基礎上增補功能單元以滿足服務的智能按需調度,難以有效兼顧服務的靈活性、網絡的穩定性、運維的復雜性等多方面因素。云網融合環境下的智能服務模式面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書9不僅需要考慮計算、網絡和存儲等多維異構資源,還需要考慮多樣服務豐富的內容類型和復雜的關聯性,通過服務單元解耦兼并、功能邏輯靈活編程、網絡能力按需調度等一系列高擴展的編組模式,實現基于意圖透徹理解的服務功能按需編排和協同部署,滿足提升多樣化網絡服務的部署敏捷性與承載有效性。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書10
21、三、三、智慧融合標識網絡體系架構能力智慧融合標識網絡體系架構能力智慧融合標識網絡是一種新型的網絡體系架構,具備高效傳輸、智能調度、內生安全和可擴展性等能力,能夠接入并深度融合傳輸、計算、存儲等多種異質異構資源。其“統一標識、協同管控、智慧服務”的設計理念與云網融合“一體化供給、一體化運營、一體化服務”的核心要義存在共通之處。智慧融合標識網絡采用“三層”、“三域”總體架構(如圖 3-1 所示):由廣義服務層、映射適配層和融合網絡層共同構成縱向“三層”的架構;由實體域、感控域和知識域共同構成橫向“三域”架構?!叭龑印?、“三域”體系通過動態感知網絡狀態,智能地匹配算力等服務需求,選擇適合的族群及組件
22、來提供相應的服務。圖 3-1 智算融合網絡理論模型“三層三層”:廣義服務層主要負責對各類型服務進行標識和統一描述,以便于統一化業務應用的匹配與查找過程。映射適配層主要負責承接服務標識與族群標識、族群標識與組件標識之間相互映射關系,面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書11通過感知網絡狀態與服務需求來實現服務與網絡資源的動態適配,以便最大化滿足用戶差異化服務需求。融合網絡層主要負責滿足多類型服務在數據傳輸層面的可靠性,主要包括互聯網、衛星網絡、數據中心網絡、超算中心以及泛在算力單元(計算、存儲)、通信設備等,支持 IPv4、IPv6 等在內的異構網絡協議通信,滿足用戶對于各類型服務資源的高效
23、協同利用?!叭蛉颉保簩嶓w域負責格式化描述網絡實體組件與服務、功能等虛擬實體,實現資源命名的統一,相對靜態。感控域負責網絡動態控制、計算與協同,針對于服務行為描述、族群行為描述、組件行為描述等根據智慧決策命令生成的特定行為規則,相對動態。知識域用于收集服務、策略、網絡對象的動態量化映射經驗信息,生成拓撲知識庫、狀態知識庫、功能知識庫等。智慧融合標識網絡通過映射適配層,將廣義服務層與融合網絡層縱向解耦,實現算力服務層面與網絡層面的“縱向”智慧融合,完成對服務資源的智能調度和服務功能的智慧編排。進一步地,通過實體域、感控域和知識域對控制平面和運行平面進行“橫向”解耦,便于“網絡與資源”協同映射,
24、通過融合調度異構資源以提升網絡性能,實現服務可控可管以及資源動態按需調度?!叭龑印?、“三域”智慧融合標識網絡的核心特點在于全網統一化的多類別、多形態標識定義,以及層間、域間的高效匹配映射,可以有效地完成網絡中各個模塊的部署。該種設計一方面有利于網絡為用戶提供可定制化的服務功能,另一方面也有利于為用戶提供虛擬專網來滿足相關服務在可靠性、安全性、可擴展性等方面的需求?!叭龑印?、“三域”智慧融合標識網絡內生支持的多維標識、智能面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書12映射、按需組網、協同傳輸、智能計算、系統安全等功能,為異構網絡和資源的一體化深度融合提供了良好的架構基礎。智慧融合標識網絡的“三層
25、”、“三域”體系架構天然地支撐云網融合發展,從標識基礎上實現了業務與網絡的貫通融合,建立了自頂而下的業網適配、智能管控框架,可支持云網一體的演進式發展和增量化部署,實現從傳統云網堆疊互聯到新型云網一體互融的演進,滿足云網融合環境下的新業務、新網絡、新計算、新管控發展需求,形成具備多維統一標識、資源協同適配、智能服務編排、網絡內生安全等功能的新型網絡體系。從“網絡云化”角度來看,“三層”、“三域”的獨特架構優勢能夠把異構、分布的各類型網絡和資源連接協同成統一的系統平臺,進行靈活的資源統一運營與協同管控,為各類型資源之間的高效連接和調度提升穩定可靠的底層網絡支撐;從“網隨云動”角度來看,智慧融合標
26、識網絡可實現以網絡為中心的云網融合,通過協同利用云基礎設施的強大能力,從而提高網絡的感知、編排、調度等能力,增強網絡的綜合性能。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書13四、四、智慧融合標識網絡體系關鍵技術智慧融合標識網絡體系關鍵技術智慧融合標識網絡以“三層、三域”架構為基礎,異構融合組網為紐帶,智能資源感知與調度為核心,聚焦新型標識體系及解析映射關鍵技術,通過高效的網絡按需自組、資源智能感知、服務協同編排,實現新業務靈活部署、新網絡按需構建、新計算彈性適配、新管控智能運營,為云網融合提供傳-算-存-感等多維能力的一體化支撐。圖 4-1 智慧融合標識網絡技術體系智慧融合標識網絡技術體系如圖
27、 4-1 所示。融合網絡層通過可編程數據平面支持控制與轉發分離,利用“三域”之間的關聯映射實現基于多維統一標識的異構融合組網與按需尋址;映射適配層負責對網絡資源的協同調控,通過感控域與知識域提供的智能資源感知和適配能力,調度實體域的網絡族群,實現算網融合的協同傳輸;廣義服務層基于服務與位置分離的核心理念,通過對算力資源的感知和算力服務的編排完成對算力任務的智能管理,支撐云網融合下的智能計算按需拓展和高效運營。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書144.1 多維標識融合技術多維標識融合技術云網融合場景下,算力狀態以及業務需求多元且復雜。傳統互聯網標識存在語義承載相對單一,缺少面向目標對象的
28、統一標識方法,使得算力體系中的信息無法有效下沉至網絡中,難以滿足對云網融合場景下網絡組件、服務對象、業務屬性、功能需求等多維度特征的統一標識和表征,從而導致服務間、網絡間、服務與網絡間的管控分離;而并用多個標識體系又會由于標識體系之間的差異,導致網絡難以對各類標識空間進行有效管理,增加跨網協作難度。因此,在智算融合網絡中構建具有多維度表征能力的網絡層標識體,并設計高效的標識空間機制尤為重要。智融標識網絡圍繞云網融合場景下的多維服務統一描述與表征問題進行設計,提出多維標識技術體系?;诂F有的 IP 地址形式建立了多維標識體系,在兼容現有網絡體系的情況下,對多元通信主體對象進行統一表征。(1)多維
29、標識體系設計目標)多維標識體系設計目標云網深度融合要求網絡體系能夠識別和理解算力體系中的多元狀態信息,并根據算力資源狀態的變化,動態的調整尋址和路由策略,因此,為了在網絡層實現對多元算力狀態信息的表征和描述,多維標識體系需要滿足以下三點目標。1)多維屬性的統一表征:為避免異構的網絡標識空間降低網絡對標識空間管控的可擴展性,多維標識體系需要對算力體系中的多元狀態信息進行分類,并使用統一的描述方法進行表征。2)標識空間名址分離:現有 IP 標識具有“位置”和“身份”的二義性問題,使得網絡服務與位置綁定,導致網絡尋址和路由難以動態跟蹤算力狀態的更新。因此,多維標識體系需要將位置與服務語義面向云網融合
30、的智融標識網絡體系與技術白皮書15分離,構造相互獨立的標識空間。(2)多維標識體系架構)多維標識體系架構按照上述設計目標,多維標識體系架構的示意圖如圖 4-2 所示,主要由多維屬性描述池、多維標識空間和多維標識映射機制所組成。圖 4-2 多維標識體系架構多維屬性描述池用于維護算力體系中的多元服務語義和狀態信息,這些信息獨立于網元的位置。從廣義角度看,算力體系中的多元服務語義可以分為四大類多維屬性:設備對象、內容資源、應用服務和時空信息。設備對象屬性用于描述提供或獲取算力服務的物理設備,內容資源屬性用于描述網絡中包含的各種資源,應用服務屬性用于描述算力和網絡體系能夠提供的計算或轉發服務,而時空信
31、息屬性則用于描述與服務相關的區域、時效性等需求信息。多維標識空間采用身份與位置語義分離的形式,構造多維統一用面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書16戶 標 識(Unified Identifier,UID)以 及 網 絡 連 接 標 識(Network-interconnection Identifier,NID),分別用于標識網絡用戶身份要素以及網絡用戶位置要素。UID 主要通過將多維屬性描述池中的各類屬性采用一定的映射機制下沉至網絡層來生成,NID 主要對網絡的接口、隧道信息等網絡位置要素進行描述,其形式可以是隧道的出口地址、分段路由的段標識符(Segment Identifier,
32、SID)等,主要用于實現多維尋址功能在傳統網絡體系下的兼容可部署。多維標識將行為空間與標識空間分離,通過富語義多維標識體系及其映射方法,完成對傳統 IP 等網絡標識的兼容以及多類型服務標識在網絡空間中的協同共存,實現服務與網絡語義的連通,解決了靈活復雜的云網服務需求在網絡層的語義承載問題,使得網絡具備定制化承載復雜多義服務需求的能力,并兼顧高效多樣尋址的性能,實現網絡與服務的智慧協同。(3)多維統一標識設計)多維統一標識設計多維統一用戶標識 UID 基于 IPv6 地址空間開展設計,如圖 4-3所示,包含多維標識前綴字段、類型字段以及多維屬性語義字段。其中,多維標識前綴字段用于表明攜帶該 IP
33、v6 地址為目的地址的數據包為多維標識數據包;類型字段用于表明該多維標識所表征的通信主體對象類型(如設備、內容、服務等)。UID 主要包括設備對象標識(Device Unified Identifier,DUID)和應用服務標識(Service UnifiedIdentifier,SUID),DUID 用于標識網絡中通信設備的身份,通常用于端到端通信業務,SUID 用于標識算力或網絡體系中的應用服務以及內容資源,用于實現面向服務的尋址轉發或面向內容的檢索獲取等業務。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書17圖 4-3 多維統一標識格式多維標識體系具有形式統一的標識空間和格式,避免了網絡因承
34、載多個異構標識空間而產生管控問題。在部署方面,多維標識體系無需對現有網絡的協議棧進行修改,從而實現對絕大多數應用的兼容。(4)多維標識按需尋址)多維標識按需尋址傳統網絡層 IP 標識的尋址語義相對單一僵化,難以高效支撐多元化語義(如面向服務內容、面向地理區域、面向計算能力等)的通信需求,現有方法通常借助應用層方式,但受限于傳統網絡資源適配松耦合特征,導致尋址通信效率較低。此外,目前的改進方案大都集中于基于 TCP/IP 體系結構的路由協議改進,無法改變 IP 地址語義承載單一的根本問題,難以支持未來云網深度融合的可持續發展。智融標識網絡基于多維標識的富語義特征及其服務與網絡天然連通特性,設計面
35、向網絡層融合的異構標識高效按需尋址方法,以服務模式標記對多維度服務需求進行類型化表征,引導網絡層按需采用最優方式進行多維尋址與轉發,實現智慧路由和決策。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書184.2 動態資源彈性適配技術動態資源彈性適配技術為了滿足面向云網融合的多元化新生業務在業務需求適配、網絡狀態感知和業網融合調度方面的迫切需求。智融標識網絡通過動態地感知網絡狀態、查找服務匹配用戶需求,從而部署合理的功能族群和網絡組件,為用戶提供定制化的服務,并且引入行為匹配、行為聚類、行為博弈與決策等機制,靈活適配需求,協同調度資源,實現業網協同的確定性按需組網,有效提高資源利用率和系統安全性,降低
36、網絡能耗,改善用戶體驗。為了實現這一目標,利用智融標識網絡中的智慧服務層,引入服務功能鏈智能編排技術,管理各類場景下的應用服務,對服務需求進行感知、對服務進行智慧查找和動態匹配;利用資源適配層,引入帶內網絡遙測和基于深度學習的隊列管理技術,結合用戶需求和網絡實時狀態,實現對網絡資源的動態適配和控制,并構建可定制化的功能族群及其專用路徑,例如高安全族群、高帶寬族群、低時延族群等;利用網絡組件層,引入動態隧道管理技術,提供網絡組件實體和各類服務與功能,同時提供靈活化的路由控制和數據轉發。(1)異構資源動態感知)異構資源動態感知智融標識網絡設計了多維標識對異構資源的統一表述方法,對多維資源進行抽象描
37、述和衡量,形成業務層可理解、網絡層可路由的多維資源表述范式。智融標識網絡的整體感知流程如圖 4-4 所示,通過引入云網一體的異構資源多模認知機理,有效收集、感知、處理網絡中產生的海量數據,發掘業務屬性、用戶行為和網絡資源狀態等因素間的關聯規律,設計智能感知機制,實現對多形態異構資源狀態的細粒度精準感知,面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書19實時掌控網絡運行狀態。圖 4-4 云網融合下異構資源感知(2)云網資源彈性適配)云網資源彈性適配在異構資源動態感知的基礎上,智融標識網絡根據網絡節點功能,資源分布情況,在智融標識網絡映射適配層建立動態標識統一表征的資源協同映射機制;提出聯動優化驅動的
38、異構資源適配方法以及智融聯合優配的多路傳輸控制方法。具體包含:1)提出多維聯合的動態資源彈性適配方法,從多層面動態迭代生成網絡多維資源統一的矢量化表征,并提出屬性動態自更新機制;進而提出“族群網絡”彈性協同映射方法,實現網絡中功能族群與網絡組件的高效智能映射。2)探索聯合優化機制,提高智能體在時變網絡環境下的資源分布優化性能。設計資源分布質量評估函數、給出對應優化為題、做出決策后的可改進評估并給出決策價值的更新,利用公式不斷進行迭代,直至智能體能夠通過信息交互達成全局共識,從而實現時變網絡下異面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書20構資源的泛在動態優化。3)利用多路徑優勢,研究基于流模型
39、的主動切換負載均衡方法和跨域層協感知的數據調度方法,突破傳統網絡傳輸擁塞控制滯后的現狀,結合智慧融合標識網絡的發展趨勢,設計基于狀態標識的流量控制機制,為用戶提供可靠性強、時延邊界可控的端到端傳輸服務。圖 4-5 資源彈性適配技術資源適配技術(見圖 4-5)以資源感知技術為基礎,將異構資源進行標準化,在終端設備側,通過設備類型、應用類型以及流量數據特征等信息,對不同設備的意圖分析和不同應用對資源的要求,以狀態映射、資源映射、數據分析的手段將轉發、存儲、計算等異構資源的動態狀態與用戶的動態需求結合,從實時性、帶寬、不同的組網策略與資源適配策略。通過衡量網絡業務需求與各節點能提供資源的適配程度來衡
40、量策略的優劣,以此為依據構建資源分配機制,當網絡負載狀況良好時,實現負載的均衡化,當負載狀況不佳時,進行資源獲取優先級排序。并通過可編程路由設備進行定制化轉發策略,從而最終實現全網異構資源的深度融合及服務需求和可用資源的按需適配,有效提升全網異構資源的利用率。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書21(3)基于標識的云網服務編排)基于標識的云網服務編排從服務表征的角度出發,服務編排技術(見圖 4-6)建立服務信息知識庫,該知識庫主要作用是分析網絡中的業務信息,根據設備類型、用戶類型、流量特征等信息,分析該項業務對傳輸、存儲、計算等資源的需求,并根據對不同資源需求的數量定義不同的服務類型。達
41、成數據-服務的映射。服務感知及表征的核心在于如何從多層面對設備類型、服務需求、傳輸數據做出分析,形成合理的資源評估體系以及服務分類體系。將不同的網絡數據流或傳輸任務抽象為不同的服務標識,代表了終端設備對于算力服務、存儲服務和網絡服務的需求。圖 4-6 智融標識網絡服務編排技術網絡設備將獲取到的業務信息通過網絡進行請求發送,將不同的端設備信息和服務需求信息嵌入到網絡體系中服務請求處理組件中,當端設備對網絡資源進行請求時,將請求數據包先發送到服務編排組件中,服務編排組件將從知識庫中查詢該類型服務的存儲、傳輸、計算等需求,根據服務轉發服務請求到對應的網絡資源設備中。面向云網融合的智融標識網絡體系與技
42、術白皮書22智融標識網絡提出基于計算、網絡和存儲多資源維度的一體化度量方法,面向復雜多樣化的算網服務需求,提出意圖與知識聯合驅動的算網服務需求智能映射模型,如圖 4-7 所示。一方面,知識平面將網絡中的數據有機地構成知識圖譜,結合預訓練模型,共同應用于意圖解析及轉譯過程,形成具有更高智能性的云網服務需求映射模型。另一方面,知識域包含大量自然語言處理相關的服務知識,能夠理解處理各類服務描述和網絡相關的自然語言意圖。圖 4-7 意圖與知識聯合驅動的算網服務需求智能解析映射模型通過標識化技術及資源適配技術,在傳輸過程中對網絡中流量的動態監控與實時分析,根據用戶使用文字、語音、圖像等不同形式的數據傳輸
43、服務,從網絡業務的時延需求,算力需求、存儲需求、帶寬需求等方面構建統一的資源標識,構建網絡流量算網服務映射器使用戶的網絡需求及算力需求可表征化,根據用戶的不同需求,給用戶提供邊緣服務器、小型算力中心、云計算數據中心等不同的算力節點資源,以及 4G、5G、有線網絡等不同的傳輸手段。從而方便網絡能更加智能化的為用戶提供按需的計算和傳輸服務編排,使用戶被動適應網絡的形勢向網絡主動適配用戶轉變。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書234.3 異構資源智慧協同技術異構資源智慧協同技術(1)異構網絡協同傳輸)異構網絡協同傳輸當今的網絡環境下,隨著網絡設備的種類和數量增多,通信業務要求也變得多樣化。網
44、絡最初的目標是盡力而為的增加網絡傳輸數據量。但隨著各種實時應用的普及,網絡通信現在不僅僅要考慮傳輸的帶寬、鏈路狀態等,還需要同時考慮異構設備的計算、存儲等資源以保障各種不同類型用戶的多樣化需求,在跨網數據傳輸的延遲減小可靠性提高的同時提升計算能效。另一方面,單一網絡存在弱覆蓋區,無線信號波動性大,難以提供高可靠低時延的網絡保障。尤其是面向高速移動場景、應急通信場景等特殊應用場景,網絡傳輸高動態和不穩定等問題愈加凸顯。因此,需要協同異構異質傳輸方式,為業務需求匹配充足的網絡傳輸能力。智融標識網絡在融合網絡層將不同網絡設備和資源抽象成為網絡組件。對于現網種類繁多且數量豐富的異構接入組件,直接進行并
45、行利用并不是最大化提升網絡利用率的方法。這是因為多個異構接入組件間的時延行為差異和傳輸速率行為差異對吞吐量具有很大負面影響,嚴重削減多接入組件并行聯動帶來的帶寬增益。因此,智融標識網絡遵循“業務分類-資源適配-協同傳輸”的服務流程,為用戶提供最匹配需求的傳輸族群。具體來說,為了更加高效地為特定網絡服務匹配傳輸組件,需要三個步驟(見圖 4-8):一是根據對應用戶應用,為數據流量打上服務標識(SUID);二是根據行為特征將相似程度高的組件聚合為資源適配層中的某一傳輸族群;三是根據該服務的特征以及當前網絡的狀態,將網絡流量動態地映射到最佳網絡組件族群。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書24圖
46、 4-8 智融標識網絡協同傳輸技術智融標識網絡協同傳輸技術向用戶提供無感的高質量協同傳輸,支持應急通信、軌道交通等多元化業務承載?;谝粚Χ鄻俗R分離映射與多路協同,實現軌道交通等高移動復雜環境下的數據業務高可靠實時傳輸。智融標識網絡協同傳輸包括聚合、主備、冗余三種模式。其中聚合模式是將多條路徑的帶寬聚合起來,以實現更高的總帶寬,從而提高數據傳輸速度;主備模式是為了解決路徑故障時的容災需求,在主要路徑故障時自動切換到備用路徑,以保證數據傳輸的連續性;冗余模式通過在多條路徑上同時發送相同的數據,來實現數據傳輸的高可靠性和低延遲。三種協同傳輸模式各有特點,適用于不同的應用場景和業務需求。根據應用需求
47、、網絡環境和系統特性,制定優化的傳輸策略,從而突破 4G/5G、WiFi、衛星網絡等異構網絡資源跨網協同難題,保障高移動環境下高數據率、高可靠實時傳輸,提高網絡資源利用率。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書25(2)基于組件聚類的輕量化協同控制)基于組件聚類的輕量化協同控制近年來,隨著無線接入技術的不斷演進與網絡設備接口數量的顯著增長,為協同傳輸技術的研發奠定了堅實的技術基石。然而,簡單疊加異構網絡雖帶來了一定的技術便利,卻也引發了系統功耗攀升的問題。在當前“生態優先、節約集約、綠色低碳高質量”的發展理念下,如何有效破解高質量傳輸需求與計算、存儲、網絡資源成本之間的矛盾,構建綠色、可持
48、續的網絡基礎設施,成為了網絡建設領域的核心議題。圖 4-9 基于組件聚類的輕量化協同控制傳統的多鏈路傳輸技術往往聚焦于路徑優化與流分配問題的解決,卻在一定程度上忽略了協議輕量化性能的評估,這無疑抬高了技術應用門檻,加劇了資源受限環境下的應用難度,限制了其應用場景的廣泛性。智融標識網絡則另辟蹊徑,通過對具有相似或相關網絡行為的組件進行聚類,以網絡族群的形式實現了跨資源的協同傳輸。其中,針對輕量化目標的網絡傳輸組件聚類策略,成為破解協同傳輸技術在實際應用中資源瓶頸的關鍵所在。為了全面評估不同的傳輸族群,創新性地提出了“聯合增益”動態評估指標,該指標綜合考慮了業務服務質量與傳輸能耗,旨在工程實踐中實
49、現傳輸性能與路徑冗余之間的最佳平衡。具體而言,在保證面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書26較高傳輸性能的同時,盡量減少不必要的路徑冗余,從而為帶寬聚合提供科學的決策依據。在實際通信流程中,各傳輸組件會根據當前的行為描述與上一傳輸周期的反饋信息,進行優先級排序。隨后,依據業務需求,在優先級隊列中匹配一系列連續的傳輸組件,將這些組件聚類成下一傳輸周期內的核心網絡族群,并確保輸出的族群符合聯合增益的最優解。每輪傳輸結束后,會對傳輸組件的狀態進行更新,將網絡族群內的組件狀態精確標記為活躍、靜默或釋放,以實現資源的高效管理與利用。4.4 云網深度融合部署技術云網深度融合部署技術智慧融合標識網絡以
50、替代兼容的方式解決現有云網資源深度融合部署的難題。方案具體包含:智融標識網絡新型網絡節點核心設備與系統研制以及異構網絡深度融合方案設計。(1)新型網絡節點核心設備與系統研制)新型網絡節點核心設備與系統研制根據第三章的網絡體系架構,智慧融合標識網絡的原型系統總體架構如下圖 4-10 所示。廣義服務層負責服務的解析映射,映射適配層負責網絡族群編排與智能路由控制,融合網絡層包含兩類智算網絡組件:智融核心路由器與智融接入路由器。其中智融接入路由器作為用戶側設備,負責異構用戶的網絡接入。智融核心路由器作為網絡側設備,實現異構網絡融合和資源調度。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書27圖 4-10
51、智融標識網絡原型系統總體架構1)廣義服務層與資源適配層的功能模塊:)廣義服務層與資源適配層的功能模塊:整個系統的控制平面功能主要由服務映射服務器、需求解析服務器、組件聚合服務器與資源適配服務器完成。其中,服務映射服務器是系統的管理與控制中心,與多個模塊進行交互,起到神經中樞的作用;需求解析服務器進行用戶需求的解析,得到相應場景下的需求參數,以進行后續的算法決策;組件聚合服務器負責實時感知底層網絡狀態(包括網絡資源信息和節點資源信息),實現控制平面對底層網絡組件的集中式控制和自動化管理;資源適配服務器根據服務請求和云網資源狀態計算最近部署策略,將其轉換成詳細的網絡配置和命令。2)智融接入路由器:
52、)智融接入路由器:融合網絡層的用戶接入設備,基于開放的白盒網絡設備架構進行研制,將網絡中的物理硬件和操作系統進行解耦,讓標準化的硬件配置與智算融合網絡相關協議進行組合匹配,具有靈活、高效、可編程等特點,極大的方便了智算融合網絡相關協議的實現。整體架構如圖 4-11 所示,主要分為硬件基礎、基礎軟件平臺、芯片接口和操作系統四個部分。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書28圖 4-11 智融標識網絡轉發設備整體架構3)智融核心路由器:)智融核心路由器:融合網絡層的核心交換設備,主要進行跨網協同傳輸、可編程轉發邏輯與數據面流量監控、容器網絡的組網與流量準入。首先,考慮到多種異構接入網的融合需求
53、,核心路由器裝載基于可變長標識的跨網協同傳輸技術。使用可編程數據平面技術實現異構標識地址、網絡協議類型的統一轉發。再通過設計標識地址映射條目關系、協議類型轉換關系來指導數據平面轉發,進而完成異構接入網與未來智融標識核心網之間的互聯互通。(2)異構網絡深度融合方案設計)異構網絡深度融合方案設計融合部署方案(見圖 4-12)主要分為三個階段:異構網絡兼容融合、異構網絡融合控制和智融標識網絡完整運行。第一階段,利用所設計的網關設備實現異構網絡的初步兼容性融合;第二階段,利用智融標識網絡的多維標識技術以及關鍵設備實現跨網資源的協同調度,實現深入融合。第三階段,利用所設計的設備以及標識映射等技術對所有網
54、絡資源進行重新的統一命名與標識,并進行全網融合的規?;ㄐ趴刂婆c管理,實現新型智融標識網絡部署。三個階段循序漸進,支撐驗證新型智融標識網絡的研究與應用示范。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書29圖 4-12 異構網絡深度融合部署方案具體來講,智融標識網絡部署方案第一階段目標為實現異構網絡兼容融合。此階段各網絡仍然使用各自的網絡協議與通信結構。根據所研制的智融路由器構建與互聯網并行的智融標識網絡,實現異構網絡的兼容融合。智融路由器既可以負責異構網絡通信間的協議轉換,實現網絡間的簡化兼容互聯,也可以在進行數據通信功能的基礎上嵌入算力模塊,在需要計算任務進行傳輸的同時,于排隊期間進行數據包信
55、息的讀取與計算,提高任務處理效率。智融標識網絡部署第二階段目標為實現異構網絡融合控制。此階段在第一階段的基礎上增加融算路由器數量,并且推動全網資源的統一標識與命名。此時,替代傳輸互聯網作用,實現全網資源的直接指令控制,初步實現智融標識網絡建設。所有異質異構網絡以及資源按照智融標識網絡命名格式進行拓撲位置、資源屬性的一體化處理。在各個網絡的具體執行過程按照各自網絡架構進行處理,整體網絡按照智融標識網絡體系架構進行改造處理。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書30智融標識網絡部署的第三階段目標是對全網進行智融標識網絡體系以及關鍵技術的改造與應用。利用智融標識網絡路由器對全網路由器進行替換,形
56、成區別于 IP 的新型通信標識,對全網資源進行直接的通信與管控,而不需要協議轉換等。將 4G5G衛星等無線通信設備功能、有線通信設備功能以及超算中心網絡、數據中心網絡通信功能融合到智融路由器中,實現各種網絡的靈活通信轉換與管控。此外,在智融路由器中實現動態路由、流量控制、融合網絡多路協同傳輸、網絡編碼、網絡分片、等智能控制算法應用。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書31五、五、智慧融合標識網絡技術試驗案例智慧融合標識網絡技術試驗案例面向云網融合新需求,中國電信研究院聯合北京交通大學移動專用網絡國家工程研究中心,依托中國電信云網融合大科創裝置,開展了面向云網融合的智融標識網絡體系與技術的
57、實驗驗證。該實驗以移動專用網絡國家工程研究中心為管控中心進行對接,構建了業界首個多維融合標識的廣域新型融合標識網絡系統,重點進行了“基于標識的算網跨域協同傳輸試驗”、“基于標識的確定性網絡關鍵性技術試驗”和“基于標識的算網聯合調度試驗”三項新型云網融合網絡與業務的功能和性能實驗,成功驗證了智慧融合標識網絡技術對云網融合的關鍵支撐能力。圖 5-1 基于大科創裝置的智融標識網絡試驗驗證拓撲在實驗系統方面,本次實驗所涉及的演示驗證網絡(見圖 5-1)面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書32貫通北京-廣州兩地(全程 2000 余公里),首次在廣域網云網融合環境中系統性搭建了智融標識新型網絡功能組
58、件(包含,連接標識功能模塊組、擁塞控制功能模塊組、多路服務功能模塊組以及驗證支持功能模塊組等)。在應用驗證方面,本次實驗針對跨廣域的異構協同傳輸、確定性組網、算網融合調度三個層面,驗證了包括標識解析、數據傳輸、網絡安全和擁塞控制等在內的一系列智融標識新型網絡技術的可靠性和實用性,展示了新型智慧融合標識網絡在云網融合場景中的優勢。實驗結果表明,智慧融合標識網絡能有效匯聚異構網絡資源,按需滿足多元業務柔性適配需求,完成一體化的算網能力聯合調度,對云網融合新技術和業務的應用發展起到基礎性的支撐保障作用。5.1 基于標識基于標識映射映射的的異構網絡融合高可靠協同傳輸技術異構網絡融合高可靠協同傳輸技術本
59、實驗旨在探究在高移動性、高動態條件下異構網絡的協同傳輸機制,實現跨區跨域的高效數據傳輸,并評估協同傳輸在復雜環境下的性能、穩定性和可靠性。在中國電信大科創裝置中嵌入智融協同傳輸路由器和智融協同服務器等新型網絡設備,并且在電信廣州園區部署 4G/5G 網絡及衛星網絡接入環境,實驗測試環境如圖 5-2。圖 5-2 基于標識映射的異構網絡融合高可靠協同傳輸技術實驗測試環境面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書33實驗在分析高移動性、高動態性環境對異構網絡融合協同傳輸影響的基礎上,設計了基于標識映射的異構網絡融合高可靠協同傳輸技術架構;在中國電信大科創裝置上搭建實驗平臺,模擬了高移動性、高動態性和
60、跨區跨域的環境,對協同傳輸機制進行全面的性能測試和評估。電信大科創裝置連接中國電信廣州園區和北京園區,實現超大規模網絡連接;智融協同傳輸路由器、智融協同服務器、4G/5G 一致性測試儀、無線損傷儀器、固網損傷儀等設施部署于廣州園區,實現終端設備的接入網跨異構鏈路協同;多媒體應用服務器/客戶端、視頻展示終端部署于北京園區,提供跨廣域互聯的業務應用展示。實驗要求支持豐富的異構網絡類型,包括衛星網絡、4G、5G、Wi-Fi、以太網等;對比單網傳輸,能夠做到多網系協同傳輸時,丟包率更低,傳輸性能更加穩定。此外,為分析高鐵環境下信道條件惡化對通信造成的影響,使用無線損傷儀模擬了高鐵場景下的信號變化,包括
61、速度變化、信號強度變化和信號切換等情況,對網絡性能進行了測試。(a)單路帶寬與聚合帶寬對比(b)單路時延與聚合時延對比圖 5-3 智融標識網絡協同傳輸系統能力測試結果面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書34圖 5-4 智融標識網絡協同傳輸聚合效果智融標識網絡協同傳輸系統能力測試結果表明,對比傳統傳輸方案,協同傳輸可以有效提升整體帶寬,降低時延,避免可能出現的鏈路性能瓶頸,如圖 5-3 所示。同時,協同效果下的鏈路性能波動更加平穩,顯示出了更為穩定的數據傳輸能力。協同傳輸聚合效率高達93%,可用穩定帶寬性能顯著上升,如圖 5-4 所示。聚合、主備、冗余三種傳輸模式均能正常工作,顯示出協同傳
62、輸技術在面對網絡波動和異常情況時具有良好的魯棒性和自動恢復能力。圖 5-5 面向高鐵場景的智融標識網絡傳輸時延測試結果面向高鐵場景的智融標識網絡傳輸能力測試結果如圖 5-5 所示,表明協同傳輸能夠有效提升傳輸能力。傳統傳輸方案時延達到1000ms 以上,而協同傳輸時延基本穩定在 400ms 以下,時延指標降低 60%。同時,異構網絡融合協同傳輸相對于傳統傳輸方案在視頻通面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書35話業務上顯示出優秀的穩定性和性能優勢,協同傳輸視頻業務通話穩定且無明顯中斷。經過大量實驗驗證,在高鐵環境通信信號波動條件下,時延降低比率高于 50%。這些測試結果表明,智融標識網絡協
63、同傳輸系統能夠有效對抗特殊應用場景下包括高速移動、信號波動、基站切換等因素造成的傳輸性能下降。5.2 面向業網協同的智融標識網絡確定性按需組網技術面向業網協同的智融標識網絡確定性按需組網技術針對現有 IP 網絡難以提供服務與網絡的智能感知與動態適配,難以為不同業務提供確定性保障的問題,借助大科創裝置,結合智融標識網絡體系,研究驗證能夠感知適配業務需求并實現業務精準確定性承載的關鍵技術,滿足中國電信未來云網融合和業務發展需求。圖 5-6 智融標識網絡承載網組網拓撲基于電信大科創裝置構建了一個從北京到廣州跨越 2000 公里的無人機巡檢與數據實時回傳場景,實現無人機視頻流直播、航線在線更新、飛行數
64、據采集三種不同業務,進行北京到廣州的遠距差異化確定性承載。如圖 5-6 所示,通過部署智融標識路由交換設備、智融標識網絡控制器和網絡感知終端,實現秒級網絡狀態感知和傳輸路徑的面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書36按需動態切換,保障業務流的確定性傳輸。其中,電信大科創裝置連接中國電信研究院廣州園區和北京園區,提供多條跨廣域互聯的承載網傳輸路徑;智融標識路由交換設備和網絡狀態感知終端成對部署在廣州園區和北京園區,提供基于標識映射的承載網傳輸能力和基于標識的實時帶內遙測能力;智融標識網絡控制器部署于廣州園區,提供基于標識的承載網管控策略和配置接口。表 5-1 基于標識的帶內遙測與其他技術在智
65、融標識網絡確定性按需組網試驗中成功實現了基于標識的網絡狀態感知性能提升(見表 5-1),與 PING 技術對比,感知數據包可根據需求選擇不同傳輸路徑,感知終端數據庫實時變化,存儲當前網絡的吞吐量、帶寬和時延等狀態信息?;跇俗R的網絡狀態感知較PING 有廣度和精度提升?;跇俗R的帶內遙測能力(支持節點上載豐富網絡狀態)可針對任意路徑、任一跳進行網絡感知,為構建高精度感控網絡提供有力的基礎。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書37圖 5-7差異化確定性傳輸折線圖基于服務標識的差異化確定性傳輸能力可以為業務提供多種不同延遲和帶寬的傳輸路徑(見圖 5-7)。無人機視頻流直播、航線在線更新、飛行
66、數據采集三種服務的差異化需求映射到多樣化服務標識,為業務提供豐富的傳輸路徑選擇。智融標識路由設備能夠根據業務的傳輸需求,高效地將服務標識與傳輸路徑進行匹配。智融標識網絡控制器可以快速構建和拆除確定性路徑,計算并生成策略,并在秒級內部署這些策略。當網絡狀態發生變化時,該系統可以實現秒級鏈路感知、標識映射更新控制和秒級動態確定性傳輸路徑變更,實現業務的確定性保障傳輸(圖 5-8)。圖 5-8 確定性傳輸保障前和保障后對比效果面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書38實驗結果表明,基于服務標識的感知和控制技術可分別滿足不同業務的長距離確定性傳輸需求,體現了標識網絡面向業網協同的確定性按需組網能力
67、?;诟兄拇_定性傳輸系統相較于傳統 IP 網絡在業務連接感知、網絡資源計算建模、確定性路由保障、轉發策略維護等方面具有顯著優勢。在網絡狀態急劇惡化情況下,業務傳輸的服務滿足率達到 96.11%,服務滿足率較傳統 IP 網絡提升 29.44%。驗證了在基于感知和控制的確定性網絡服務能力方面具有新質能力和優勢。5.3 面向算網協同的算力服務標識尋址路由技術面向算網協同的算力服務標識尋址路由技術近年來,不斷發展的云計算、人工智能等技術帶來了大量的計算密集型應用。然而,這些應用受到本地算力有限的制約,必須依賴廣泛的網絡計算資源來完成任務。因此,網絡與算力的選擇共同決定了最終服務的性能。為實現網內任務
68、的高效部署,相關研究嘗試將網絡調度與計算能力相結合。然而,傳統 TCP/IP 網絡架構的網絡層標識僅具有身份和位置語義,并不具備描述算力和服務信息的能力;目前基于算力服務的網絡層尋址和轉發機制主要依賴額外的應用層功能或協議(如DNS)來實現,但這種方式將算力和算力服務信息放置在應用層,導致網絡無法感知這些信息并進行服務的精細化調度。鑒于現有技術局限,利用智融標識網絡提出的多維標識融合技術,基于 IPv6 的豐富地址空間設計一種面向算力服務的新型網絡標識。該標識由多維服務屬性生成,承載了抽象的算力服務,能夠表征差異化服務需求,同時解耦了服務與資源的靜態分配關系。通過將算力和服務信息嵌入網絡層標識
69、,使其直接作用于網絡層轉發,以提高算力服務的整體獲取效率。在此算力服務標識設計基礎上,提出了基于多維標識的算網協同面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書39機制,利用該標識描述服務需求,結合網絡對算網資源的感知,進行聯合調度,從而實現算力服務的高效獲取。為保障方案對現有網絡和應用的透明性,通過隧道技術設計了算力服務標識的跨廣域網傳輸方案,提出了“服務”標識與“主機”標識的映射機制,確保端到端的有狀態連接。實驗對原型系統的算網聯合調度性能進行測試。實驗結果表明,算力服務標識能夠有效支持面向服務的網絡資源調度。在動態變化的算網資源狀態下,算力服務標識相較于傳統 IP 標識在服務獲取效率、服務穩
70、定度等方面具有顯著優勢。圖 5-9 基于大科創高性能網絡的算力服務標識原型系統跨域組網方案具體地,為驗證方案的可行性與合理性,方案在 2024 年 5 月至7 月期間,基于大科創裝置的新一代算力子裝置,在北京、廣州兩個園區,利用典型計算業務開展遠距離算力服務標識算網聯合調度試驗,試驗拓撲如圖 5-9 所示。首先進行了可用算力服務獲取、算力服務標識生成和查詢等系統基礎功能試驗。其次,試驗在動態算網資源場景下開展算網聯合調度測試。整體方案的設計和實現貫徹增量部署、循序演進思想,在充分發揮算力服務標識調度優勢的同時,保障對于現有網絡的兼容性,實現多種算力業務在網內的透明調度。面向云網融合的智融標識網
71、絡體系與技術白皮書40實驗結果表明,標識原型系統能夠在網絡層實現對算力資源與服務的表征,具備可用算力服務注冊和維護,算力服務標識生成和查詢等能力。當網內計算資源發送變化后,IP 標識無法表征計算資源情況,使網絡無法及時更新調度決策,服務性能變差。相比之下,算力服務標識對資源感知、服務描述的天然優勢,使網絡能夠及時更新算網資源狀態,并結合標識描述的服務需求,合理地調度算力服務,直觀減少用戶任務的處理時間,增強用戶體驗。試驗初步驗證了基于算力服務標識調度網內算力服務的功能,網絡能夠利用算力服務標識實現服務的算力資源獲取,在調度過程中兼顧目標服務器的算力和網絡性能表現。試驗結果表明(見圖 5-10)
72、,算力服務標識在動態算網資源場景下,算力任務的平均響應時間較傳統 IP 標識降低 20%以上,多次發起的算力服務穩定度提升 25%以上,算力服務需求資源保障率提升 20%以上。圖 5-10 算力服務標識與 IP 標識的穩定度與服務獲取效率對比(左)和算力服務標識與 IP標識的性能對比圖(右)面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書41六、六、總結與展望總結與展望云網融合作為信息產業發展的未來方向,通過在長期不斷演進的過程中不斷吸納先進的信息、網絡、計算等前沿技術,正逐步形成具備一體化供給、一體化運營、一體化服務典型特征的新型數字信息基礎設施。其底層網絡支撐也將從傳統的被動業務承載模式轉變為新
73、型的主動業務智能適配模式,強化異構網絡融合、異質資源協同、智慧服務保障等方面的能力,為云網融合提供新的解決方案和技術方法。中國電信研究院聯合北京交通大學移動專用網絡國家工程研究中心共同開展的“面向云網融合的智融標識網絡體系與技術”研究工作,依托中國電信云網融合大科創裝置,首次在廣域網云網融合環境中實現了新型網絡技術和典型業務功能的系統性實驗,成功驗證了智慧融合標識網絡技術對云網融合的關鍵支撐能力以及云網融合典型業務功能的可行性和有效性。未來,本聯合團隊將繼續鞏固在云網融合產業中的技術優勢,把握云網融合技術在智能計算、智慧城市、工業互聯網等領域中的機遇,積極推動云網融合技術體系的標準化工作與垂直行業落地應用,攜手產業合作伙伴不斷完善云網基礎設施建設,推動云網融合新基建賦能產業結構持續升級,形成基于云網融合的信息領域新質生產力,為各行各業的用戶提供更加高效、安全和智能的一體化服務,助力國家快速完成從“網絡大國”到“網絡強國”的轉變。面向云網融合的智融標識網絡體系與技術白皮書1