东数西算下面向业务的路由策略分析与探索.pdf
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1、东数西算下面向业务的路由策略分析与探索魏汝翔 等热点专题中兴通讯技术2023 年 8 月 第 29 卷第 4 期 Aug.2023 Vol.29 No.4东数西算下面向业务的路由策略分析与探索Analysis and Exploration of Service Oriented Routing Strategies in East-Data-West-Computing Requirement Transfer魏汝翔/WEI Ruxiang,刘琦/LIU Qi,赵广/ZHAO Guang,曹畅/CAO Chang,唐雄燕/TANG Xiongyan(中国联合网络通信有限公司研究院,中国 北京
2、100048)(The Research Institute of China Unicom,Beijing 100048,China)DOI:10.12142/ZTETJ.202304004网络出版地址:http:/ on the demand of various services for computing power and network indicators,combined with the current status of network traffic and the future trends of network traffic development,the rout
3、ing strategy and implementation mechanism including computing power business are analyzed,and the routing strategy oriented to business and computing power distribution under the scenario of east-data-west-computing is explored.A hybrid routing strategy based on service attributes and computing powe
4、r resource distribution is proposed,which divides the whole region into several computing power regions.The centralized routing strategy is adopted between different computing power regions,and the distributed routing strategy is adopted within the computing power regions.The hybrid routing strategy
5、 can provide a secure,flexible,and efficient overall routing strategy.Keywords:east-data-west-computing;computing power network;computing power service;routing strategy引用格式:魏汝翔,刘琦,赵广,等.东数西算下面向业务的路由策略分析与探索 J.中兴通讯技术,2023,29(4):14-18.DOI:10.12142/ZTETJ.202304004Citation:WEI R X,LIU Q,ZHAO G,et al.Analy
6、sis and exploration of service oriented routing strategies in the east-data-west-computing requirement transfer J.ZTE technology journal,2023,29(4):14-18.DOI:10.12142/ZTETJ.2023040041 算力业务的需求指标和分类在数字经济时代,算力如同农业时代的水利、工业时代的电力,既是国民经济发展的重要基础,也是科技竞争的新焦点。算力是设备或平台为完成某种业务所具备的处理业务信息的关键核心能力,包括逻辑运算能力、并行计算能力、神经
7、网络加速能力等1-2。算力业务除了对上述算力资源有要求外,还会根据具体的业务类型,对网络的上下行带宽、时延、抖动、存储等方面有不同的要求。算力业务从应用的角度可以分为计算类、存储类、互动类,这3类业务会互相重叠、交叉3,一种算力业务经常同时属于上述多种分类。不同业务对算力与网络指标的要求不尽相同。总的来说,对于计算类与存储类等对网络时延与抖动要求不高的算力业务,适用于“东数西算”场景,可将海量数据传输到西部进行计算与存储;而对于互动类业务,不适用于东数西算,应合理利用边缘算力,就近提供服务。东数西算对传统基于距离的路由策略提出了新的需求。在路由决策时,不再将所有业务都分配到距离(包括跳数、开销
8、、时延等)最近的节点,而是综合考虑业务属性与算力资源的分布,在已知各类业务对网络指标、算力与存储需求的情况下,通过路由策略对各类业务进行分配:将对实时性要求较低的冷数据分配到西部算力枢纽节点,将对实时性有14东数西算下面向业务的路由策略分析与探索魏汝翔 等热点专题中兴通讯技术2023 年 8 月 第 29 卷第 4 期 Aug.2023 Vol.29 No.4一定要求的温数据分配到东部算力枢纽节点,将对实时性与可靠性要求较高的热数据分配到距离最近的边缘算力节点。2 现网流量对东数西算业务路由策略的影响当前电信运营商的网络流量主要以视频业务为主,预计未来网络流量中视频流量的占比将进一步增加。据O
9、mdia网络流量报告预测4,2019年视频流量占全球总流量的76%,到2024年,视频流量将占到总流量的80%。据爱立信移动市场报告预测5,到2025年,移动视频流量在移动数据总流量中的占比将从2019年的略高于60%增长到近75%。从用户角度来看,视频业务主要以下行流量为主。无论是当前主流的短视频、社交媒体视频等业务,还是不断发展的4K、8K等超高清视频点播类业务,均需要占用大量的网络下行带宽。此外,虚拟现实(VR)、混合现实(MR)等新兴业务也对网络的下行带宽提出了很高的要求。当前中国电信运营商城域网流量主要以下行流量为主。以中国联通为例,在城域网家庭宽带流量中,上行流量与下行流量比值大约
10、为13;在移动互联网流量中,上行流量与下行流量比值大约为17。据中国信息通信研究院的监测报告6,2022年第1季度,中国5G平均用户下载速率为304.8 Mbit/s、平均用户上传速率为49.6 Mbit/s;4G平均用户下载速率为 27.8 Mbit/s、平均用户上传速率为 2.9 Mbit/s;Wi-Fi平均用户下载速率为179.7 Mbit/s、平均用户上传速率为36.3 Mbit/s。当前主流的固网宽带业务、移动网络4G或5G业务、移动终端通过Wi-Fi上网等业务的下载速率远远高于上传速率。随着未来视频业务占比的不断增加,网络下行带宽与上行带宽仍然会存在利用率不均衡的问题。对于计算类与
11、存储类的算力业务,东数西算可以将东部的海量数据从用户侧通过网络传输到西部算力枢纽节点,这需要占用大量的网络上行带宽。对于以下行流量为主的电信运营商网络而言,东数西算刚好能够复用当前电信运营商的城域网带宽。此外,远程医疗、高清直播等业务对网络带宽的需求也主要集中在上行带宽。如果在路由决策时能够分开考虑上下行带宽利用率,电信运营商的网络带宽将会得到更充分的利用。因此,在路由决策时除了要满足业务对算力、时延、带宽等业务属性的需求外,还要充分、有效地利用电信运营商的网络资源以及国家算力枢纽节点的资源。3 算力业务的路由策略分析软件定义网络(SDN)的出现,给多业务场景中的路由策略制定提供了新的思路7。
12、SDN与传统网络的区别体现在转发平面和控制平面的解耦。相较于传统网络,SDN架构下的控制层可以利用编程的方法对数据层面的转发行为进行控制,从而更加灵活地管理网络。基于IPv6段路由(SRv6)可以实现报文转发路径的可编程。同时,采用SRv6技术可以简化网络结构,实现网络之间的无缝衔接。这使得路由能力不再割裂8,并可以结合SDN控制器实现业务的路由决策。基于SRv6算力路由技术的相关行业标准已完成初稿的编制,正在意见征求中。算力业务的集中式路由决策正是利用SDN与SRv6的思想,首先通过组合使用边界网关协议段路由连接状态(BGP-LS)、随流检测(iFIT)、Telemetry等技术,实现网络上
13、下行带宽利用率、时延、抖动、丢包率等网络指标的实时检测9;然后通过算力感知等技术获取全网的算力及存储信息;再根据不同业务对算力及网络性能的需求,通过控制器依次为各种业务分配最优路径。目前来看,算力业务的集中式路由决策的标准化及设备性能等都较为成熟1。集中式路由决策的方式需要控制系统掌握全网实时的详细信息,根据不同的业务类型以及用户对业务服务级别协议(SLA)的不同需求,将业务分配到能够满足用户对算力、存储及网络能力需要的节点。全网设备及链路众多,算力与网络信息的及时更新,对控制层的计算、存储都提出了较高的要求。例如,当因业务的分配或完成而导致网络指标或算力资源发生变化时,或因新设备上线、原设备
14、掉线以及链路通断状态的改变引起网络拓扑结构变化时,都需要控制层及时更新网络信息,重新完成路径规划再将信息下发至网络头节点。这一过程所需的时延会极大地影响用户体验,甚至影响业务的正常运行。与集中式路由决策相对的是分布式路由决策。分布式路由决策由网络中的路由器设备完成路由决策与转发。这其中的关键在于对算力的感知与标识,以及如何将计算能力与网络状态信息发布到全网。为了解决上述问题,计算优先网络(CFN)的概念被提出10-11。CFN延续了传统分布式路由协议的设计思路,通过对网络架构和协议的改进,将计算能力与网络资源作为路由信息发布到网络,并路由到相应的计算节点,从而实现计算能力与网络资源的优化和高效
15、利用。CFN的核心功能在于算力资源感知和算力任务调度。由电信运营商与部分业内主流厂商提出的算力网络 算力路由协议技术要求:OSPF协议扩展当前已在中国通信标准化协会(CCSA)立项。该标准定义了开放式最短路径优先(OSPF)相关协议的扩展选项,如OSPFv2/OSPFv3协议。这些协议能够携带算力信息和网络信息,推动了分布式算力路由决策的标准化工作。15东数西算下面向业务的路由策略分析与探索魏汝翔 等热点专题中兴通讯技术2023 年 8 月 第 29 卷第 4 期 Aug.2023 Vol.29 No.4分布式路由决策具有良好的扩展性,但实现起来比较复杂。目前,算力编排与网络控制等方面的标准化
16、工作还未完成12,距离应用还很远。此外,将算力服务标识、路径规划、路由决策等控制权交由网络中分散的节点设备,容易导致业务流量被篡改、攻击。两种路由决策的对比如表 1所示。目前,3家电信运营商联合高校、企业正在起草行业标准算力网络算力路由协议技术要求。该标准定义了算力信息和网络信息的感知和通告方法,给出集中式与分布式两种通告方式的优点及其应用场景,并重点针对算力网络集中式控制器提出相关的技术要求。随着算力网络国家枢纽节点的建设,算力资源将向三大区域集中:西部算力枢纽节点、东部算力枢纽节点、各地市的边缘算力节点。各区域的地理位置及它们之间的网络连接基本不变,但区域内部的算力资源与这些资源之间的网络
17、连接将随着算力网络的发展而不断变化。若采用集中式路由决策,那么上述算力资源与网络连接的频繁改变会严重影响控制器的信息更新与路径规划;若采用分布式路由决策,则无法通过全局统一的管控与路径规划来实现业务路径的全局最优。4 东数西算下面向业务的路由策略探索为了解决上述问题,本文中我们结合两种现有的路由策略,在东数西算场景下探索出一种基于业务属性与算力资源分布的混合式路由决策方式。我们将国家算力枢纽节点、区域边界节点等重要算力区域中的关键设备,以及电信运营商各城域网、骨干网中的核心设备集中管理。基于自身的分布式路由决策能力,这些关键设备能够感知所在的算力区域中各种网元设备的算力及相互网络指标等信息,然
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