一種基于域名解析機制的算力網絡實現方案

趙倩穎，邢文娟，雷波，蔣林濤

（1.中國電信股份有限公司研究院，北京 102209；2.中國信息通信研究院，北京 100191）

1 引言

隨著人工智能（AI）、物聯網等新型技術的迅速發展，以及虛擬現實（VR）/增強現實（AR）、云游戲等新型業務的不斷涌現，信息數據呈爆炸式增長。IDC《未來算力推動企業邁向數字化2.0》白皮書報告，預計2024年全球數據總量將達到142.6 ZB。對各類數字化應用的支撐以及對海量數據進行處理，都需要大量的算力資源[1]。新型業務催生了邊緣計算的誕生，未來算力節點將出現泛在化的特性，云—邊—端多級泛在算力將逐步落地部署并成為典型的算力基礎架構，“隨時隨地，無限算力”成為新興的業務訴求[2]。隨之而來的是網絡流量模型的變化，流量模型從集中式（云—網—端）演進到分布式（云—網—邊—端）。從用戶視角來看，不同位置的資源并不是平等關系，需要綜合考慮用戶到資源距離的不同（即網絡空間距離）、網絡狀況的好壞、資源報價不同等多方面因素選擇最優資源。如何將算力、存儲等資源與網絡結合，更好地為用戶提供最合適的資源服務，成為一個非常重要的研究點，算力網絡應運而生[3]。

算力網絡通過無處不在的網絡連接，整合多級算力、存儲等資源孤島，結合網絡信息（如帶寬、時延等）與不同類型的用戶需求，為用戶提供最佳的資源分配方案，進而實現整網資源的最優化使用。算力網絡可提高云、邊、端多級算力協同工作效率及整網資源利用率，保證服務靈活動態部署和用戶體驗的一致性，用戶無須關心各類基礎資源的位置和部署狀態，由網絡協同調度各類資源。算力網絡作為資源分配與網絡連接的一體化解決方案，將成為未來網絡技術體系的重要組成部分[4]。

2 算力網絡技術路線

算力網絡目前在技術路線上可以分為集中式、分布式和混合式3種。

（1）集中式

集中式的算力網絡實現方案通過算力網絡平臺統一收集全網的算力資源、網絡資源以及其他資源信息，用戶將業務需求發送給該平臺，由平臺利用全局視角進行最優化的資源選擇與分配。典型的集中式方案如SDN集中控制器+NFV編排管理體系方案等。

算力網絡平臺需要收集各類資源信息進行相應的抽象與計算，將算力分配策略發送給用戶和算力資源池，最終通過調度網絡建立相應的傳送通道。因此，算力網絡平臺需要集成原有的網絡管理控制單元、業務與資源編排單元實現算網資源的集中管控。從某種意義上，也可以認為是集成了算網信息與算網策略的新型網絡編排調度系統。

集中式方案實現簡單，網絡控制單元的研發有較成熟的基礎。算力網絡平臺處理能力、可靠性及可擴展性依賴于運營系統對全網資源的管控能力。

（2）分布式

為了在業務狀態頻繁變化時對算力資源進行精細的監控和分配，參照分布式路由協議提出了算力網絡分布式技術路線。分布式方案通過擴展BGP、IGP等路由協議，將當前的資源信息作為路由信息發布到網絡，讓網絡設備參與算力和網絡等資源信息的分發與收集，再由網絡將計算任務報文路由到相應的計算節點，并利用IP報文擴展字段獲取業務需求信息[5]。該方案的實現需要對原有路由協議進行擴展并在原有的網絡設備中擴展資源信息分發與收集的功能。

分布式方案可擴展性好，需要對現有網絡設備進行改造，技術成熟度、標準化程度依賴于網絡設備的更新。對于大規模網絡的支持能力有待進一步驗證。

（3）混合式

混合式方案旨在融合上述兩種方案的優勢，將集中式方案中算力及網絡信息收集的能力下放給算力網絡設備，從而減輕算力網絡平臺的復雜程度。在該方案中，對于算力、網絡等本身具有分布式屬性的資源信息，通過擴展路由協議的方式進行分發收集，關于資源選擇、路徑決策、用戶需求分析以及交易等功能的實現則依賴于集中式的算力網絡平臺。

因此混合式方案對于大規模網絡支持能力較好，但對路由節點以及控制器之間的協同配合要求高，方案成熟周期較長，需要展開大量研究及實踐。

鑒于上述3種算力網絡技術路線的核心思想，本文提出了一種基于域名解析機制的算力網絡實施方案。該方案使用URL語言將算力、存儲等資源劃分成標準化單元并進行統一標識，并根據不同的業務需求進行分配。用戶通過域名解析服務器將分配到的URL標識映射成算力資源節點所對應網絡位置信息，并通過算力網關建立與資源池的網絡連接，從而調用相應的算力、存儲等資源為用戶使用。該方案為算力網絡技術的實現提供了一種新的思路，具有通用性強、易使用、易擴展等特點。

3 基于域名解析技術的算力網絡方案

3.1 域名解析機制方案架構

基于域名解析機制的算力網絡方案主要包含以下六大功能模塊，如圖1所示。

圖1 基于域名解析機制的算力網絡方案架構

? 算力用戶：指利用算力網絡尋找相應的資源或者服務的使用方。通常包括需要使用基礎資源的應用開發平臺，需要使用服務資源的終端用戶。

? 算力資源：指利用算力網絡向其他用戶提供資源或服務的供應者，算力網絡提供者所提供的算力資源呈多級化、泛在化的特點。算力資源池可以是小微型的邊緣計算節點，也可以是大中型的云計算節點或者城域計算節點、超算中心等。

? 算力網關：算力網關可以是物理設備，也可以是虛擬設備，用于算網信息和算力用戶請求的收集和轉發。

? 網絡5.0資源模塊：用戶管理數據通信網網絡資源，一般在網管中設置管理，并在節點中實施，以確?？蓴U展性。

? 算力資源管理平臺：管理算力資源的平臺，與算力網關、網絡5.0資源模塊，進行交互；接受算力用戶的算力資源請求，并發送給算力用戶滿足需求的資源標識。包括算力用戶管理模塊、算力資源管理模塊以及資源選擇和調度模塊。

? 算力域名映射平臺：用于將算力資源的域名（標識的第一個字段為節點的域名）映射成該算力節點的網絡地址。

3.2 算力標識

算力資源信息的標識是算力網絡方案實現的前提。在域名解析方案中，算力的標識需要具有可讀、可分類、可擴展等特性。為了便于算力資源信息的管理，該方案使用URL語言將算力、存儲等資源劃分成標準化單元并進行統一標識。對某一算力資源具體的編碼規則為：算力單元名/算力類別/算力屬性1/算力屬性2/算力屬性3/…，其中，算力單元名為該算力單元的具體名稱，并且具有唯一性，如天翼云N；算力類別即算力的種類或算力的單位，根據目前常見的算力分類方法，可以將算力類別分為：等效核、MIps、函數；算力屬性可以包括算力域、服務器以及可以提供的算力數量。算力標識示例如圖2所示。

圖2 算力標識示例

URL:tianyicloudN/Core/az1/s1/5表示天翼云N資源是可以提供5個等效核算力，位于算力域az1服務器1。

3.3 資源信息收集流程

在域名解析方案中，資源信息的收集依靠集 中式方法，由算力資源主動將池化后的算力標識信息上報給算力資源管理模塊，再由算力資源管理模塊按照資源類型進行分類，生成資源列表。具體實現流程如圖3所示。

首先，算力資源及算力用戶在算力資源管理模塊和算力用戶管理模塊進行可信認證。在確定算力資源和算力用戶可信的前提下，網絡5.0資源模塊為算力資源及用戶建立到網絡邊緣的安全連接，從而確保算力資源及算力用戶的可信安全。其次，算力資源在算力資源管理模塊進行注冊，并向域名解析平臺發送資源域名和其對應的網絡地址。最后，算力資源管理模塊將已注冊的算力資源按照類別進行分類，算力資源的網絡信息將通過網絡5.0資源模塊與算力資源管理平臺實時同步。

3.4 算力資源申請及分配流程

算力資源申請及分配流程分為以下4步，如圖4所示。

圖4 資源申請及分配流程

第一步，算力用戶向管理模塊發送算力申請。用戶申請算力資源的格式為：算力類型/服務等級/算力資源數量，算力用戶管理模塊向資源選擇調度模塊發送算力資源請求。資源選擇調度模塊從算力資源管理模塊獲取資源信息。

第二步，資源選擇調度模塊根據算力用戶請求以及資源信息，分配最佳資源給算力用戶，并與網絡5.0資源模塊確認路徑信息，更新相應資源表項。

第三步，算力用戶管理模塊根據資源選擇結果向算力用戶發送算力節點標識URL。算力用戶將算力節點標識的第一個字段（算力資源域名），發給算力域名映射平臺，經過算力域名映射平臺解析，獲得該算力節點的網絡地址。

第四步，算力用戶通過算力域名解析平臺返回的網絡地址經算力網關和網絡5.0與分配的算力資源建立確定性連接。

4 關鍵技術

4.1 域名解析技術

網絡上的計算機通過IP地址進行定位，使用具體的網絡空間IP地址可以定位到對應的主機。由于IP地址難于記憶，便出現了替代IP地址的域名。通過域名并不能直接訪問某臺主機或服務，需要經過一個從域名轉換到IP地址的解析過程，這個過程就是域名解析[6]。在算力網絡方案中使用域名解析技術，可以實現算力域名到算力資源網絡地址的轉換，采用該方案可以保證算力資源的易讀性而且在網絡地址發生變化時不影響算力域名。

4.2 算力度量技術

算力度量技術是實現算力網絡的前提，為算力的感知、管控、服務提供基礎和標準。算力度量，顧名思義是算力的量化，即使用某個單位衡量計算資源的大小。算力的度量包括兩方面：一是量化異構的算力資源，二是對業務算力需求的量化。算力的度量與電力等其他資源不同，它的度量方式更加復雜，其原因包括：由于算力資源的異構性，算力資源尚未有統一的單位；其次，同種計算能力在不同的場景下性能不同，不能僅依靠某個場景該類算力資源的性能判斷算力資源的大??；業務場景復雜，單個場景所需的計算資源種類存在多樣性，需求量化復雜。因此，試圖將所有算力資源單位進行統一面臨很大困難。近期在算力度量方向，可以根據特性場景及資源類型進行歸類，力求尋找簡化、通用的算力度量與建模方案為算力網絡服務奠定基礎[7]。

4.3 算力交易

算力交易技術包含對業務需求的實時智能感知及分析，以及根據業務需求為其匹配最佳資源，實現算力使用者和算力提供者之間的資源交換。除此之外，算力交易還包括：算力計費即通過綜合考慮資源的建設成本、維護成本、稀缺性、競合關系指定合理價格，并依據算力、網絡等資源的占用情況生成算力消費者的支付賬單以及算力供應商的收入賬單；可信交易即確保算力供應商服務資源的可靠性，以及借助區塊鏈等新型技術實現交易的真實有效可溯源；交易視圖生成即如何以每個算力消費者為中心，生成可供其選擇最佳資源組合的視圖，視圖中應包含可供選擇資源組合的算力、存儲、網絡等信息。

4.4 算力編排技術

算力編排技術指將用戶的業務需求轉化為算力資源需求，通過統一整合全網的算力、網絡以及其他資源信息，根據用戶的資源需求以全局視角進行最優化的資源選擇與分配策略。進一步地，根據算力編排模塊輸出，對不同位置、不同歸屬、不同結構等算力資源進行算力調度，按需進行資源切換。

5 結束語

在網絡和計算深度融合的大趨勢下，網絡演進的核心需求需要網絡和計算相互感知、高效協同，算力網絡將實現泛在計算互聯，實現云、網、邊高效協同[8]。在此基礎上，本文探索了一種基于域名解析機制的算力網絡方案，為各種算力資源分配統一的標識，根據不同的用戶需求為用戶匹配對應的資源，并證實了此方案的可用性及有效性。未來6G時代，隨著業務需求與商業模式的不斷發展，計算資源與網絡資源將會進一步融合，算力網絡將迎來更大的發展空間。