李梓萌，許耀順，陳迎春，潘 葉

（中國移動通信集團廣東有限公司，廣東 廣州 510623）

0 引言

算力網(wǎng)絡是以算為中心、網(wǎng)為根基，網(wǎng)、云、數(shù)、智、安、邊、端、鏈深度融合的新型信息基礎設施，實現(xiàn)“算力泛在、算網(wǎng)共生、智能編排、一體服務”的目標，逐步推動算力成為與水電一樣，可“一點接入、即取即用”的社會級服務，達成“算力無所不在、網(wǎng)絡無所不達、智能無所不及”的愿景[1]。

隨著算力網(wǎng)絡的提出，通過打造智能網(wǎng)絡，結合網(wǎng)絡可編程特性和云原生輕量化計算特性，通過弱平臺+強網(wǎng)絡的方式，在平臺的集中控制之余，更多的嘗試通過網(wǎng)絡的分布式協(xié)同來實現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)各種服務的合理調度和資源的有效配置。

1 算力網(wǎng)絡架構

1.1 算力網(wǎng)絡系統(tǒng)架構

算力網(wǎng)絡系統(tǒng)架構由上至下依次可劃分為三個層級：上層為運營服務層，中間層為編排管理層，底層為基礎設施層。運營服務層可提供統(tǒng)一運營、能力封裝、能力開放和算力交易等功能，編排管理層可提供算網(wǎng)統(tǒng)一編排、算網(wǎng)智能化、數(shù)據(jù)湖、基礎算網(wǎng)管理以及人工智能引擎等功能，基礎設施層提供各種硬件，比如分布式算力設備、路由服務器、統(tǒng)一IP 的算網(wǎng)底座、全光底座等[2]。

1.1.1 運營服務層

運營服務層包含服務層、產(chǎn)品層、使能層，對外提供算網(wǎng)產(chǎn)品及服務，主要實現(xiàn)面向用戶的服務能力開放。

運營服務層通過承載計算的各類服務及應用，并可以將用戶對業(yè)務請求（包括算力請求等）參數(shù)傳遞給算力路由層。運營服務層是算力網(wǎng)絡的服務和能力提供平臺，通過將算網(wǎng)原子化能力封裝并融合多種要素，實現(xiàn)算網(wǎng)產(chǎn)品的一體化服務供給，使客戶享受便捷的一站式服務和智能無感的體驗。同時通過吸納社會多方算力，結合區(qū)塊鏈等技術構建可信算網(wǎng)服務統(tǒng)一交易和售賣平臺，提供“算力電商等新模式，打造新型算網(wǎng)服務及業(yè)務能力體系。

1.1.2 編排管理層

編排管理層可理解為“算網(wǎng)大腦+手腳（控制器）”，算網(wǎng)大腦負責統(tǒng)一編排，“手腳”負責對算、網(wǎng)進行調度控制。編排管理層是算力網(wǎng)絡的調度中樞智慧內(nèi)生的算網(wǎng)大腦是編排管理層的核心。通過將算網(wǎng)原子能力靈活組合，結合人工智能與大數(shù)據(jù)等技術，向下實現(xiàn)對算網(wǎng)資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一編排、智能調度和全局優(yōu)化，提升算力網(wǎng)絡效能，向上提供算網(wǎng)調度能力接口，支撐算力網(wǎng)絡多元化服務。

1.1.3 基礎設施層

基礎設施層包括橫向入云、云間、云內(nèi)三段網(wǎng)，云、邊、端三級算等?；A設施層通過解決包括算力度量、算力抽象、算力卸載等算力技術，G-SRv6、智享WAN、OXC、400G 等網(wǎng)絡技術，算力路由、在網(wǎng)計算等算網(wǎng)一體原創(chuàng)技術，打造靈活敏捷、算網(wǎng)融合、智能高效的算網(wǎng)基礎設施。

算網(wǎng)基礎設施層是算力網(wǎng)絡的堅實底座，以高效能、集約化、綠色安全的新型一體化基礎設施為基礎，形成云邊端多層次、立體泛在的分布式算力體系，滿足中心級、邊緣級和現(xiàn)場級的算力需求。網(wǎng)絡基于全光底座和統(tǒng)一IP 承載技術，實現(xiàn)云邊端算力高速互聯(lián)，滿足數(shù)據(jù)高效、無損傳輸需求。用戶可隨時、隨地、隨需地通過無所不在的網(wǎng)絡接入無處不在的算力，享受算力網(wǎng)絡的極致服務。

1.2 算力網(wǎng)絡功能架構

在功能架構方面，算力網(wǎng)絡系統(tǒng)采用了3 層架構：包含能力開放中心、智能編排中心以及算網(wǎng)接入能力底座。通過業(yè)務設計、模型驅動、智能編排、泛在調度等技術，協(xié)同調度算網(wǎng)各域資源實現(xiàn)靈活高效的算網(wǎng)一體化編排。構建算網(wǎng)能力開放中心，開放算網(wǎng)業(yè)務服務能力，為用戶提供社會算力并網(wǎng)、任務式訂購、全局負載均衡、算網(wǎng)解決方案、算網(wǎng)自助服務等能力。構建算網(wǎng)智能編排中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源和算力資源的統(tǒng)一設計、編排，實現(xiàn)算網(wǎng)融合類業(yè)務的一體化、智能化調度開通管理。算網(wǎng)接入底座實現(xiàn)算網(wǎng)資源以及各應用能力資源的統(tǒng)一接入與控制，并提供對算網(wǎng)服務容器化部署調度的支持。接入底座北向開放標準API 能力，智能編排中心通過算網(wǎng)接入底座對算網(wǎng)基礎設施進行操作，包括接入、感知、度量、控制、可視各個環(huán)節(jié)中涉及的全部操作需求[3]。

2 算力網(wǎng)絡系統(tǒng)架構設計

2.1 模塊化設計

傳統(tǒng)的應用單一化、所有代碼混合在一起導致應用包很大，使得運維成本很高，應用的升級也必須在半夜進行，無法做到白天升級，無縫升級。而相對于傳統(tǒng)應用，現(xiàn)行的應用采用了微服務的思想，按照專業(yè)、模塊進行了拆分。各個模塊單獨部署，單獨運行，模塊之間通過服務接口進行通信。模塊化拆分使得整體業(yè)務進行了解耦，相對于業(yè)務流很大的應用可以部署多個節(jié)點或者增加主機資源，極大程度的提高了業(yè)務的性能。由于各個模塊之間是單獨部署的，所以當某個模塊需要升級代碼時只需要停止當前應用，其他模塊正常使用[4]。

2.2 應用與服務解耦

系統(tǒng)應用對前端、后端進行了分離，使得開發(fā)過程中人員分工更加明確，提高了開發(fā)效率，也提高了代碼質量。同時前端、后端單獨部署運行，在有限的資源中提高了各自的性能，給業(yè)務進行了再一次的解耦。

前后端通過服務接口進行通信，前端框架的提升和后端框架的提升互不干擾，也提高了應用的健壯性。在前后端徹底分離解耦這一時期，前端的范圍被擴展，controller 層也被認為屬于前端的一部分。在這一時期，前端：負責View 和Controller 層。服務端（后端）：只負責Model 層，業(yè)務/數(shù)據(jù)處理等[5]。一般服務端人員對前端HTML 結構不熟悉，前端人員也不懂后臺代碼，controller 層采用node.js 的功能進行實現(xiàn)，node.js 適合運用在高并發(fā)、I/O 密集、少量業(yè)務邏輯的場景。最重要的一點是，前端不用再了解其他的語言了，對前端來說，上手效率大大提高。

2.3 數(shù)據(jù)與應用解耦

隨著用戶規(guī)模與使用量劇增，服務器的負載也跟隨急劇提高，此時通過優(yōu)化代碼提高系統(tǒng)的負載能力已經(jīng)無能為力。需要將應用邏輯和數(shù)據(jù)存儲拆分開來，通過應用與數(shù)據(jù)的分離解耦，使系統(tǒng)具備水平線性的低成本擴展能力，這樣做不僅提高了單機的負載能力，也提高了整個系統(tǒng)的容災能力。

通過引入Tomcat、MySQL、Cache 等技術組件實現(xiàn)可云化的應用與數(shù)據(jù)分離的技術架構。應用與數(shù)據(jù)分離后將形成應用服務層、分布式數(shù)據(jù)訪問層、分布式數(shù)據(jù)存儲層三層架構。

3 算力網(wǎng)絡的軟件結構層次

3.1 接入層

NGINX+Keepalive：利用NGINX 反向代理實現(xiàn)負載均衡，并使用Keepalive 實現(xiàn)兩臺NGINX 間的主備切換。

SLB/F5：利用SLB/F5 實現(xiàn)應用負載均衡。在具體部署時負載均衡也可考慮使用其他技術替代。

API Gateway：統(tǒng)一網(wǎng)關主要基于SpringCloud Gateway 來實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中統(tǒng)一網(wǎng)關需要實現(xiàn)用戶瀏覽器訪問以及外系統(tǒng)的API 調用兩種方式。因此在開發(fā)里，需要基于SpringCloud Gateway 的Filter 技術實現(xiàn)鑒權功能。同時需要開發(fā)頁面提供調用監(jiān)控功能。

3.2 表現(xiàn)層

React：React 是用于構建用戶界面的JavaScript 庫，起源于Facebook 的內(nèi)部項目，起初用于架設Instagram的網(wǎng)站，目前已經(jīng)成為使用最廣泛的前端框架?；赗eact 框架開發(fā)前端頁面，并實現(xiàn)前后端分離部署。

Echarts：ECharts 基 于html5Canvas，是 一 個 純JavaScript 圖表庫，提供直觀，生動，可交互，可個性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表。創(chuàng)新的拖拽重計算、數(shù)據(jù)視圖、值域漫游等特性大大增強了用戶體驗，賦予了用戶對數(shù)據(jù)進行挖掘、整合的能力。

ECharts 最初由百度團隊開源，目前已由Apache 基金會管理。主要使用此技術實現(xiàn)圖表（柱狀圖、餅圖、折線圖等）展示功能。

AntV：主流開源數(shù)據(jù)可視化技術生態(tài)，包含G2、G6、X6、F2、L7 以及一套完整的圖表使用和設計規(guī)范，豐富的生態(tài)系統(tǒng)+社區(qū)活躍度高+開箱即用。

3.3 應用層

CaffeineCache：Caffeine 是基于Java8 的高性能緩存庫，接近最優(yōu)的緩存庫，Spring5 官方默認采用，性能較其他高2 倍不止。

Spring：Spring 技術是當前使用最廣泛的后端技術框架與組件，主要使用SpringMVC 實現(xiàn)Controller 層，SpringAOP 實現(xiàn)事務控制。應用以SpringBoot 模式構建，使用SpringCloud 作為微服務框架。

SFL4J+Logback：由于log4j 近期出現(xiàn)安全問題，因此采用SFL4J+Logback 作為日志框架。

GID：由于MySQL 本身不具備序列提供的能力，同時存在多個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要提供全局序列。由GID 負責提供全局序列服務。

3.4 平臺層

RocketMQ：是阿里開源技術，目前最流行的、能力強勁的開源消息總線，可內(nèi)嵌到Spring 系統(tǒng)中，同時支持多種傳送協(xié)議。

Nacos：阿里巴巴的一個開源的項目，通過一組簡單的特性集，Nacos 能夠幫助用戶實現(xiàn)服務動態(tài)發(fā)現(xiàn)、服務配置、服務元數(shù)據(jù)及流量管理。Nacos 主要提供三種功能，分別是服務注冊與發(fā)現(xiàn)、動態(tài)配置服務和動態(tài)DNS 服務。

ZooKeeper：一個分布式的、開放源碼的分布式應用程序協(xié)調服務，是Google 的Chubby 一個開源的實現(xiàn)，是Hadoop 和Hbase 的重要組件。它是一個為分布式應用提供一致性服務的軟件，提供的功能包括：配置維護、域名服務、分布式同步、組服務等。

ELK：elastic 公司提供的一套完整的日志收集以及展示的解決方案，是三個產(chǎn)品的首字母縮寫，分別是ElasticSearch、Logstash 和Kibana。ElasticSearch 簡 稱ES，它是一個實時的分布式搜索和分析引擎，它可以用于全文搜索，結構化搜索以及分析。它是一個建立在全文搜索引擎ApacheLucene 基礎上的搜索引擎，使用Java 語言編寫。Logstash 是一個具有實時傳輸能力的數(shù)據(jù)收集引擎，用來進行數(shù)據(jù)收集、解析，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給ES。Kibana 為Elasticsearch 提供了分析和可視化的Web 平臺。它可以在Elasticsearch 的索引中查找，交互數(shù)據(jù)，并生成各種維度表格、圖形。

3.5 存儲層

MySQL：關系型數(shù)據(jù)庫，資源模塊、采集模塊以及運營模塊使用MySQL 作為數(shù)據(jù)庫。

InfluxDB：InfluxDB 是一個由InfluxData 開發(fā)的開源時序型數(shù)據(jù)。它由Go 寫成，著力于高性能地查詢與存儲時序型數(shù)據(jù)。InfluxDB 被廣泛應用于存儲系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，告警實時數(shù)據(jù)等場景。使用Influx 記錄性能指標數(shù)據(jù)，用于歷史指標查詢、分析場景。

Kafka：是一種分布式隊列，相對于RocketMQ、ActiveMQ 等常見隊列技術，具備更高效的特點，在指標數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)等大規(guī)模數(shù)據(jù)場景下更為適用。因此采用Kafka 作為分布式隊列技術作為消息中心。

Redis：Redis 是一款目前使用最廣泛的開源分布式緩存，使用ANSIC 語言編寫、遵守BSD 協(xié)議、支持網(wǎng)絡、可基于內(nèi)存、分布式、可選持久性的鍵值對（Key-Value）存儲數(shù)據(jù)庫，并提供多種語言的API。使用Redis作為分布式緩存，用于存儲共享Session、資源實例、工單過程數(shù)據(jù)等。

4 算力網(wǎng)絡應用

通過算力網(wǎng)絡可實現(xiàn)在5G 時代通過“聯(lián)接+計算”的經(jīng)營模式擺脫以管道模式為代表的流量經(jīng)營，可在社會、行業(yè)和家庭等場景發(fā)揮重要作用[6]。

4.1 社會應用

算力網(wǎng)絡可提供基于數(shù)據(jù)、計算、智能、綠色、網(wǎng)絡融合發(fā)展的新型共享服務模式，廣泛服務于智能科學模擬、數(shù)字化政府治理、平臺型算力共享等場景，提供安全可信的服務保障。

4.2 行業(yè)應用

算力網(wǎng)絡通過深度融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、邊緣計算、數(shù)字孿生等技術要素，全面助力行業(yè)數(shù)字化轉型。如智慧交通、智慧醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等場景。

4.3 家庭應用

算力網(wǎng)絡可以通過極致可靠的網(wǎng)絡連接，協(xié)同調度云計算、邊緣計算、智能終端等多級算力，以更高的算力性能和更低的終端成本，實現(xiàn)算力對應用的加持，為家庭提供智能化、沉浸式服務內(nèi)容和體驗。如VR 互動、云游戲、新媒體直播、家庭安防等場景。

5 結語

綜上所述，隨著數(shù)字經(jīng)濟時代的到來，我國需要將自己打造成為一個網(wǎng)絡強國，這樣才能夠更好地進行戰(zhàn)略部署工作，有效利用信息技術進行產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的建設，這樣能夠在很大程度上提升我國數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展水平，更好地去進行需求的創(chuàng)造，利用算力網(wǎng)絡來進行數(shù)字時代的開展。通過網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢來創(chuàng)造數(shù)字經(jīng)濟的美好未來，實現(xiàn)算力網(wǎng)絡技術的高效運用。