王斌 王旭東

【摘 要】近些您，隨著社會發(fā)展，帶動了我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)階段，“新基建”帶來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的新契機(jī)，數(shù)據(jù)中心作為運(yùn)營商打造云網(wǎng)一體化新型基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為5G+AI時代的新興應(yīng)用提供強(qiáng)大的技術(shù)底座。重點(diǎn)分析面向云網(wǎng)融合發(fā)展的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的新需求，對超大規(guī)模組網(wǎng)、超低時延無損網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)端到端統(tǒng)一承載等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討;最后，給出一種大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)和承載方案，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模數(shù)據(jù)中心;云網(wǎng)融合;無損網(wǎng)絡(luò)

引言

隨著我國互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，全新的工業(yè)大數(shù)據(jù)時代已然到來。這一新時代驅(qū)動著我國電力系統(tǒng)向著信息化、智能化方向不斷邁進(jìn)。作為電力系統(tǒng)關(guān)鍵參與者之一的水電站，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生了大量且種類繁多的設(shè)備運(yùn)行、管理數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析、挖掘此海量數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)學(xué)模型、專家經(jīng)驗(yàn)等，提取高層級分析、評價信息及決策支持信息，建設(shè)智能水電站，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。本文正是基于此目的，分析我國水電站智能一體化數(shù)據(jù)平臺實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)路線。

1闡釋傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的框架

當(dāng)前階段，我國傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由分級互聯(lián)架構(gòu)和大二層架構(gòu)組成。此架構(gòu)是現(xiàn)階段運(yùn)用商使用的主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)IDC業(yè)務(wù)的對外銷售及規(guī)模小的資源池等等。其中，分級互聯(lián)架構(gòu)就是傳統(tǒng)的接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)及核心交換機(jī)組成。而匯聚交換機(jī)下面的網(wǎng)絡(luò)是一個獨(dú)立的分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)要想互相訪問就需要經(jīng)過第三層的核心交換機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。而核心交換機(jī)和匯聚交換機(jī)都是利用堆疊等虛擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行保證業(yè)務(wù)安全可靠完成。DC內(nèi)南北向流量可以提供互聯(lián)網(wǎng)訪問的功能，能夠承載上百臺服務(wù)器。

大二層架構(gòu)主要是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等使用的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是指資源池化邏輯大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。資源池被虛擬后，有些遷移需求就會讓流量大量的增長。所以，為了滿足需求，很多新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生，他們都在數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)旗下，有TRILL（多鏈接透明互聯(lián)）和SPB（最短路徑橋接）等。這些都可以借助路由來計(jì)算大二層組網(wǎng)計(jì)算，能夠擴(kuò)展虛擬局域網(wǎng)。隨著科技的發(fā)展，虛擬化數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也在持續(xù)增大，主要部署方案由VXLAN的大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)也近扁平化。這個架構(gòu)能夠承載上千臺服務(wù)器，主要是融合資源虛擬化、存儲網(wǎng)絡(luò)及IP網(wǎng)絡(luò)融合的資源池。隨著科技的快速發(fā)展，其承載業(yè)務(wù)類型也在不斷增加，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)也遇到了很多技術(shù)難點(diǎn)，需要在后續(xù)的探究下，不斷地攻破。一是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心的業(yè)務(wù)需求更加豐富，帶來了新的挑戰(zhàn)，需要根據(jù)業(yè)務(wù)情況提供差異化的網(wǎng)絡(luò)承載，不是以往以帶寬這種核心驅(qū)動，因此，高效運(yùn)營存在著技術(shù)挑戰(zhàn)。二是對于選擇關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，規(guī)模的可拓展性方面弱。

2一體化平臺的系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1報(bào)表服務(wù)、數(shù)據(jù)補(bǔ)召、斷點(diǎn)續(xù)傳、實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)等都屬于后臺服務(wù)模塊中的服務(wù)

每個服務(wù)模塊依據(jù)數(shù)據(jù)存儲模塊存儲的歷史數(shù)據(jù)與運(yùn)算模板，遵循設(shè)定好的數(shù)據(jù)關(guān)系算法運(yùn)算出結(jié)果，并將運(yùn)算結(jié)果保存到數(shù)據(jù)存儲模塊，方便客戶端獲取相應(yīng)服務(wù)。實(shí)際上，客戶端的服務(wù)模塊就相當(dāng)于三層數(shù)據(jù)平臺結(jié)構(gòu)當(dāng)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示的一層，這一層當(dāng)包含有對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)召，對設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對模式進(jìn)行管理、對生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時化檢測、對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化填報(bào)、對趨勢進(jìn)行分析等一系列功能。另外，客戶端服務(wù)模塊中對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示的那一部分將會在獲取運(yùn)算結(jié)果后，以比較多樣化的方式徹底展示給用戶。

2.2企業(yè)上云要求數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)具備云網(wǎng)融合能力

云計(jì)算的發(fā)展加速了企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，企業(yè)上云是大勢所趨。對于中小企業(yè)，不僅能減小成本投入，還能縮短業(yè)務(wù)上線周期。隨著產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的加速發(fā)展，政府、大中企業(yè)客戶也成為云計(jì)算市場增長的主要拉動力量。對于政企大客戶而言，更傾向于使用混合云成為上云的主要路徑，一些敏感企業(yè)數(shù)據(jù)仍保留在私有云或者專屬云中。目前，運(yùn)營商紛紛開展云專網(wǎng)、云專線、SD-WAN等云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)，加強(qiáng)云網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)。與大網(wǎng)協(xié)同，公有云、私有云、混合云等連接對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。隨著云計(jì)算應(yīng)用及混合云、多云的普及，要求數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)具備云網(wǎng)融合能力，能夠簡化管理、自動開通、靈活部署，滿足云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)“一點(diǎn)受理、自動開通、統(tǒng)一運(yùn)維、自助隨選”等新型業(yè)務(wù)需求。

2.3超大規(guī)模組網(wǎng)

云數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)中心一般情況下要作為單一資源池，為十萬臺服務(wù)器服務(wù)。要滿足超大規(guī)模組網(wǎng)的可靠性和擴(kuò)展性，同時要考慮自動化管控、架構(gòu)設(shè)計(jì)等。主要采用IP-CLOS架構(gòu)、基于EBGP的大規(guī)模路由組織及“SDN+OpenStack”云網(wǎng)一體管控。

2.4AI等新興技術(shù)應(yīng)用對數(shù)據(jù)中心提出超低時延無損需求

隨著深度學(xué)習(xí)算法的突破，人工智能技術(shù)發(fā)展步入了快車道。深度學(xué)習(xí)依賴海量的樣本數(shù)據(jù)和強(qiáng)大的計(jì)算能力，也推動高性能分布式存儲和高性能計(jì)算的發(fā)展。高效的AI訓(xùn)練需要非常高的網(wǎng)絡(luò)吞吐來處理大量的數(shù)據(jù)，大量的數(shù)據(jù)將會在計(jì)算、存儲節(jié)點(diǎn)之間傳送。通常情況，在低于10%鏈路帶寬利用率的低負(fù)載流量環(huán)境下，流量突發(fā)引起的網(wǎng)絡(luò)的分組丟失率也接近1‰，而這1‰的分組丟失在AI運(yùn)算系統(tǒng)中直接帶來的算力損失接近50%。隨著業(yè)務(wù)負(fù)載增加，數(shù)據(jù)中心分布式“多打一”流量逐步增多，網(wǎng)絡(luò)分組丟失也越來越嚴(yán)重。分組丟失和時延引起的網(wǎng)絡(luò)重傳會進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，使模型訓(xùn)練的效率大大下降，甚至導(dǎo)致訓(xùn)練的失敗。

服務(wù)器技術(shù)的快速發(fā)展帶動了數(shù)據(jù)中心計(jì)算、存儲能力的飛速提高，隨著存儲介質(zhì)讀寫速度和計(jì)算能力的提升，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通信時延成為性能進(jìn)一步提升的瓶頸。特別是面向HPC、分布式存儲、AI應(yīng)用等新型業(yè)務(wù)場景，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)架構(gòu)因擁塞易出現(xiàn)分組丟失帶來的網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸異常凸顯。構(gòu)建零分組丟失、超高吞吐、超低時延的無損網(wǎng)絡(luò)，是未來數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的一大典型需求及特征。

結(jié)語

我們預(yù)測未來電力系統(tǒng)必將朝著智能化方向發(fā)展，建設(shè)智能水電站已成為水電行業(yè)迫切的現(xiàn)實(shí)需求，這是在技術(shù)進(jìn)步和全世界分布式能源、新能源被發(fā)掘開采后的必然趨勢。工業(yè)大數(shù)據(jù)時代的到來必將推動水電站智能一體化數(shù)據(jù)平臺的建成，從而改變水電站各自動化系統(tǒng)間無直接交流的現(xiàn)狀，避免淪為信息孤島的情況，該平臺將以其高效快捷的數(shù)據(jù)整合處理功能和開放自由的體系結(jié)構(gòu)消除電廠之間的信息斷層，實(shí)現(xiàn)信息共享?；诖藬?shù)據(jù)平臺，可提供給用戶系統(tǒng)、全面的分析結(jié)果。通過本文的分析，為該平臺的搭建提供了理論上的借鑒。

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（作者單位：遼寧省信息中心）