算力网络详解 卷1：算网大脑

本书从算力网络的顶层系统设计出发，首先介绍了算力网络的核心功能，然后围绕算网大脑功能对涉及的关键技术实现进行了详细描述。第 1、2 章介绍算力网络技术发展背景与趋势，并深入讲解算力网络与云网的关系；第 3 章系统性地介绍算力网络的体系结构；第 4 章介绍与算网大脑有关联的算网运营交易技术；第 5~9 章详细讲解算网大脑的核心功能：算网一体编排、算网管理调度、算网智能运维、算网智能引擎和算网数字孪生；第 10 章介绍算力网络应用场景；第11 章对算力网络的发展趋势做了展望。

马雷明，现任亚信科技研发中心技术与规划专家。拥有 10 余年通信领域工作经验，负责算力网络、5G 专网等产品研究与规划，对端到端网络系统有深刻理解。

孙杰，现任亚信科技研发中心云网技术与产品规划总监。拥有多年通信行业云网技术与产品规划经验，负责云

网产品的整体技术架构设计与产品创新规划，并为大型企业客户提供数智化转型解决方案及架构设计等咨询服务。

欧阳晔 博士，IEEE Fellow，Verizon Fellow

亚信科技首席技术官、高级副总裁

欧阳晔博士目前在我国领先的电信软件公司亚信科技（1675.HK）担任首席技术官、高级副总裁，全面负责公司的研发与创新工作。加入亚信科技之前，曾任美国第一大移动通信运营商威瑞森（Verizon）电信集团通信人工智能系统部经理及Verizon Fellow。欧阳晔博士在ICT领域拥有丰富的研发与大型团队管理经验，研究领域专注于移动通信、数据科学与人工智能跨学科领域的研发创新与商业化。

欧阳晔博士在工业界与学术界获得多项荣誉与奖励，近期奖项包括2022中国计算机学会CCF科技进步一等奖、2017美国杰出亚裔工程师奖、2019 TM Forum电信业未来数字领袖大奖、2021吴文俊科技进步奖、2020中国人工智能商业领袖奖、2017 IEEE国际大数据会议最佳论文奖、2021美国国家多元化科技领袖奖、2017美国电信业创新大奖和最佳OSS/BSS产品奖、2017北美最佳运营商大数据系统奖、2016美国电信业创新大奖、2015 IEEE无线通信年会“无线通信跨领域贡献奖”、美国总统科学技术与政策办公室电信大数据研究基金等。欧阳晔博士在多个国际标准组织与学术组织任职，包括IEEE、ETSI等多个工作组与会议主席、北京软协人工智能专委会会长、美国斯蒂文斯理工学院职业发展导师、清华大学—亚信科技5G智能联合实验室主任等，并在多个学术会议、期刊担任编委和审稿人。

欧阳晔博士著有40余篇学术论文、13本学术书籍，拥有60余项专利，参与50余项国际标准的制定。欧阳晔博士拥有中国东南大学学士学位、美国哥伦比亚大学硕士学位、塔夫斯大学硕士学位和斯蒂文斯理工学院博士学位。

目 录

第1章 算力网络概述 1

1.1　算力网络概念2

1.1.1　算力网络的定义 2

1.1.2　算力网络与电力网络 3

1.2　新型数字化经济需求4

1.2.1　人工智能产业化需求 4

1.2.2　分布式多级算力需求 5

1.3　算力网络发展的基础8

1.3.1　算力网络的技术底座 8

1.3.2　“双碳”社会的国际共识 10

1.3.3　算力网络发展的国家政策 11

1.4　算力网络的新应用形态介绍 12

1.4.1　新型算力组合 12

1.4.2　新型算力模式 12

1.5　算力网络产业规划13

1.5.1　算力网络的标准规划 13

1.5.2　中国运营商的算力网络规划 15

第2章 算力网络与云网融合的关系 20

2.1　主流运营商与云商的云网融合发展战略 20

2.2　云网融合技术特点24

2.2.1　云基础设施技术 24

2.2.2　网基础设施技术 28

2.2.3　云网融合管理编排技术 29

2.3　云网融合典型场景33

2.4　从云网融合到算力网络35

2.5　算力网络目标37

第3章算力网络技术体系 40

3.1　算力网络标准体系进展40

3.1.1　ITU标准中的算力网络体系框架 40

3.1.2　CCSA标准中算力网络体系架构 43

3.2　亚信科技算力网络系统参考体系44

3.2.1　系统功能架构 45

3.2.2　系统接口设计 46

3.3　算网运营交易中心50

3.3.1　中心简介 50

3.3.2　功能介绍 50

3.3.3　集成关系 54

3.4　算力网络编排中心54

3.4.1　中心简介 54

3.4.2　功能介绍 55

3.4.3　集成关系 57

3.5　网络管理调度中心57

3.5.1　中心简介 57

3.5.2　功能介绍 57

3.5.3　集成关系 59

3.6　算力管理调度中心59

3.6.1　中心简介 59

3.6.2　功能介绍 60

3.6.3　集成关系 61

3.7　算力网络智能引擎 62

3.7.1　简介 62

3.7.2　功能介绍 62

3.7.3　集成关系 63

3.8　算力网络数字孪生中心64

3.8.1　中心简介 64

3.8.2　功能介绍 64

3.8.3　集成关系 66

3.9　算力网络基础设施66

3.9.1　网络基础设施 66

3.9.2　算力基础设施 68

3.10　业务流程介绍 70

3.10.1　算力网络业务开通 70

3.10.2　算力网络业务变更 72

3.10.3　算力网络业务撤销 74

3.10.4　算力注册并网 75

3.10.5　应用服务部署 76

3.10.6　应用服务自智保证 77

第4章 算力网络运营交易关键技术 79

4.1　多量纲的模型体系催生多形态的算力网络商品 79

4.1.1　三要素体系定义 79

4.1.2　多量纲模型体系 81

4.1.3　多形态算力网络商品 81

4.2　多样化的商业模式促成双驱动的算力网络受理 82

4.2.1　商业模式定义 82

4.2.2　双驱动算力网络受理 84

4.3　区块链的技术底座实现可信任的算力网络交易 85

4.3.1　算力网络存证 86

4.3.2　算力网络通证 87

4.3.3　智能合约 88

4.3.4　交易溯源 89

4.4　沉浸式的用户体验发掘算力网络的新价值 90

第5章算力网络一体编排关键技术91

5.1　算力网络节点评估91

5.1.1　算力网络节点定义 91

5.1.2　算力网络节点性能指标 93

5.1.3　算力网络节点资源指标 98

5.1.4　性能与资源关系模型 103

5.2　算力网络融合资源视图107

5.2.1　算力网络链路 107

5.2.2　算力节点感知 110

5.2.3　算力网络拓扑 113

5.3　算网融合感知114

5.3.1　数据统一采集 115

5.3.2　数据统一存储 117

5.3.3　数据时间粒度 120

5.3.4　跨域数据关联 121

5.3.5　数据开放使用 123

5.4　算力网络一体化编排流程126

5.4.1　业务SLA 127

5.4.2　节点编排决策 129

5.4.3　路径编排决策 133

5.4.4　算网编排方案 135

第6章算力网络管理调度关键技术 138

6.1　SRv6网络管理调度 138

6.1.1　技术架构 138

6.1.2　调度机制 140

6.1.3　能力开放 148

6.2　SD-OTN网络管理调度150

6.2.1　技术架构 150

6.2.2　能力开放 154

6.3　中心云管理调度156

6.3.1　多算力云管理 157

6.3.2　异构算力资源纳管 158

6.3.3　算力资源管理 160

6.3.4　算力资源调度 161

6.4　MEC管理调度 162

6.4.1　MEC组成架构 163

6.4.2　MEC服务 168

6.4.3　MEC能力开放 169

6.5　5G切片管理调度 171

6.5.1　技术简介 171

6.5.2　切片架构 173

6.5.3　关键能力 175

6.6　O-RAN管理调度 180

6.6.1　O-RAN 架构 181

6.6.2　O-RAN 资源控制调度机制 182

6.6.3　O-RAN 能力开放 183

6.7　5GC网络管理调度 185

6.7.1　5GC系统架构 185

6.7.2　5GC 管理调度机制 186

6.7.3　5GC能力开放 189

6.8　算力资源弹性调度191

6.8.1　资源适配 191

6.8.2　资源管理 193

6.8.3　应用管理 195

第7章 算力网络智能运维关键技术 198

7.1　算力网络自智运维管理198

7.1.1　算力网络资源监控 198

7.1.2　算力网络运行智能预警 203

7.1.3　算力网络业务故障自处理 205

7.2　算力网络业务质量保障210

7.2.1　端到端保障体系 210

7.2.2　用户体验模型 211

7.2.3　服务质量模型 212

第8章算力网络智能引擎关键技术 214

8.1　算力网络智能引擎的基本概念214

8.2　算力网络智能引擎的系统组件215

8.3　算力网络引擎的研究现状216

8.4　算力网络智能引擎关键技术217

8.4.1　算力网络节点评估算法 217

8.4.2　算力网络链路评估技术 224

8.4.3　算力网络综合代价函数评估 226

8.5　算力网络智能引擎应用场景示例228

第9章算力网络数字孪生关键技术 231

9.1　应用价值231

9.2　问题现状233

9.3　业务目标234

9.4　核心算法236

9.4.1　分级多层布局 236

9.4.2　混合空间布局 236

9.4.3　纵向多级穿透 237

9.5　关键技术238

9.5.1　3D地理可视化技术 238

9.5.2　网络拓扑可视化技术 239

9.5.3　游戏引擎技术 239

9.6　应用场景240

第10章 应用案例分析与设计 241

10.1　云—边—端算力协同 242

10.1.1　AR/VR业务算网方案 242

10.1.2　公安机关嫌疑犯识别 245

10.2　多云算力协同 248

10.2.1　基于联邦学习的医疗推荐业务场景 248

10.2.2　“东数西算”数据迁移场景 252

10.3　云边算力协同 255

第11章 未来展望 259

“算力网络详解”三部曲书序

当下，数字经济席卷全球，以科技为武器的产业革命深刻地影响着社会的发展进程，人类社会正迎来百年未有之大变局。在疫情这一“黑天鹅”的助推下，全球加速进入以数字化、网络化、智能化为特征的数智信息时代，这一变革重塑着全球的经济结构和竞争格局。

伴随着经济范式的革新，信息基础设施被视为推动经济高质量发展的重要引擎。国家间信息经济的竞争逐渐转变为算力水平的竞争，算力发展成为实现中国科技强国的内在发展需求。因此，要把握算力发展的重大战略机遇，抢占发展主动权。为此，国家在2018年明确提出“新型基础设施建设”之后，相继出台了“东数西算工程”等一系列助力算力基础设施建设的政策和文件，为加快形成高质、经济、可持续的算力提供政策性保障，以迎接数智信息时代的到来。

同时，产、学、研各界一同掀起了算力探讨和研究的热潮。受限于硅基芯片的3纳米单核制程，并且多核设备的芯片架构设计难度大，单一形态和单一算力提供主体的发展陷入了瓶颈期。通过计算联网实现大型计算业务自然成为业界当下的选择之一，只有如此，才能加速驱动算力设施和网络设施走向融合，算力网络这一概念便被提出来了。

算力网络诞生于中国，是国内数字经济领先发展的成果，是具有国际领先水平的重大原创性技术。2022年是算力网络的建设元年，国内电信运营商均把算力网络建设提升到公司战略高度。中国电信构建以云网操作系统为核心的云网体系，围绕资源和数据、运营管理、业务服务、能力开放四个维度分阶段向算力网络迈进。中国移动于2021年11月发布了《中国移动算力网络白皮书》，明确了总体策略和发展实施方案。为加快整合统筹现有资源和能力，推进算力网络建设发展，确定了算力网络发展的三个阶段：泛在协同、融合统一、一体内生。中国联通则以CUBE-Net 3.0为发展愿景，提出构建“算网为基、数智为核、低碳集约、安全可控”的算力网络一体底座，实现6融合的“智能融合”服务。

亚信科技基于国际标准与国内电信运营商对算力网络的定义与规划，结合东数西算、AR/VR/XR等多类典型算力网络场景，自主设计研发了算力网络产品体系，汇集了亚信科技在算力网络领域的创新研究成果，赋能通信运营商构建算力网络，助推东数西算工程落地。“算力网络详解”三部曲以亚信科技算力网络产品为基础，并结合相关场景和实践案例，全面介绍算力网络中智能编排调度、能力开放运营和大数据应用等关键功能和技术，从下往上贯穿整个算力网络系统架构，是国内首套详细回答算力网络两个核心问题——“算力网络怎么建”和“算力网络怎么用”——的书。非常荣幸能将此阶段性成果和经验以图书的形式与行业伙伴们进行分享，共同促进算力网络的繁荣发展。

我国信息科技领域经历了从全面落后到奋力追赶的阶段，目前正处在争创领先的大背景下，未来必然会面临巨大的困难和挑战。亚信科技诞生之时就以“科技报国”为己任，在过去近30年的发展中始终不忘初心，砥砺前行，站立在技术的发展潮头。未来，我们将继续坚持以技术创新为引领，与业界合作伙伴们共同努力，为提升我国信息科技和应用水平、实现“数字中国”贡献力量。

高念书

2022年9月于北京

前 言

随着数字化经济的发展，算力日益成为经济发展的重要动力，是支撑数字经济发展的坚实基础。基础算力、智能算力、超算算力等多类型异构算力支撑千行百业的数字化转型，涌现出如智慧城市、智慧能源、智能制造各类算力应用。数字化转型中新应用对算力供给提出低时延、广覆盖、大量级的应用要求。目前单一的端、边、云算力供给无法有效地满足新业务的算力要求。

从2020年起，中国政府围绕算力统筹发展，发布了《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》《新型数据中心发展三年行动计划（2021—2023年）》等纲领性指导文章。2022年3月全国两会明确提出筑牢数字底座，推进“东数西算”工程落地。“东数西算”工程目标在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群。“东数西算”工程是国家层面为了应对未来数字化经济算网一体的新型信息基础设施。算力网络技术是支撑新型算网一体基础设施的关键技术。

算力网络技术是面向未来算力和网络融合的新技术领域，是ICT行业发展的必然趋势。目前包括国际电信联盟（ITU）、中国通信化标准协会（CCSA）等在内的标准组织已经完成了算力网络需求与架构定义，但在具体系统模块功能设计方面仍处于探索阶段。亚信科技作为数字化经济发展的引领者，在云计算、通信网络、企业应用等多方面都有深厚的技术积累。亚信科技坚信算力网络会在未来数字经济发展中发挥关键作用，并积极进行算力网络相关的创新研究与产品开发。

亚信科技认为算力网络将算力融入网络，以网络作为纽带，融合人工智能、大数据、区块链等通用目的技术组合，使得算力通过网络连接实现云—边—端的最优化协同与调度，最终实现有网即有算，有网络接入的地方即有算力可提供。从算网资源编排调度角度讲，算力网络通过对异构、多层级算力的感知能力，大、中、小等多供应商、多层次算力，构建良性的算力市场竞争环境，最小化算力使用代价；从算网成效角度讲，在算网拓扑的任何一个接入点，算力网络可为用户的任何计算任务灵活、实时、智能匹配并调用最优的算力资源，从而实现云—边—端anywhere与anytime的多方算力需求。

算力网络是ICT行业发展的新趋势，是面向未来算力和网络融合的新技术领域。亚信科技精心打造了“算力网络详解”三部曲，包括：

●《算力网络详解卷1：算网大脑》(即本书)，详细介绍在算力网络中面对应用需求如何实现算力资源和网络资源的联合优化。

●《算力网络详解卷2：算网PaaS》，详细介绍算力网络能力如何通过PaaS平台进行纳管、开放、运维和运营，最终实现算力网络技术和商业价值的落地。

●《算力网络详解卷3：算网大数据》，主要讲解面向算力网络的大数据关键技术，以及这些技术是怎么赋能算力网络的。

本书为亚信科技“算力网络详解”三部曲中的第一本，由亚信科技产品研发中心编写，编写组成员还包括王淑玲博士、杨先磊、吴晶、杨爱东，同时感谢朱多智、王迎、杨川、王志刚、陈赫赫、曾港、陈果、边森、齐宇、雷霆为本书出版所做的工作。由于水平有限，时间仓促，不足之处在所难免，请读者不吝告知，不胜感激。

编者

2022年9月