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中國工程院院士，北京交通大學教授，博士研究生導師，移動專用網絡國家工程研究中心主任，長期從事專用通信網絡理論與工程技術研究等工作。中國電信股份有限公司研究院院長，教授級高級工程師，中國通信學會光通信委員會副主任，長期從事通信網絡技術研究等工作。中國電信股份有限公司研究院云網運營技術研究所副所長，高級工程師，博士，長期從事 IPv6 現網演進與部署等相關研究工作。
摘要：進入數字時代，現有云網分離的傳統架構已無法滿足數字經濟蓬勃發展帶來的一體化云網服務需求。云網融合作為新型基礎設施建設的重要底座，是推動全球數字化轉型的必然選擇，也是信息通信技術發展的自然趨勢。重點分析云網融合產生的背景與發展趨勢，深度探討云網融合的發展邏輯，給出云網融合重要表現形式。通過給出具有云網融合思維的多個新場景，提出包含新業務、新網絡、新計算與新管控的云網融合發展愿景，并指出云網融合面臨的關鍵挑戰。
關鍵詞：云網融合；算力網絡；云網操作系統；云原生網絡
近年來,隨著數字經濟迅猛發展，新興技術與應用的不斷涌現使得信息技術向經濟社會加速滲透，如何為產業數字化與數字產業化構建一張堅實的信息基礎設施成為業界的研究重點，其中云網融合作為新型數字信息基礎設施的核心特征與重要底座，代表了信息產業發展的未來方向，成為當前“新基建”的重頭戲。但云網融合并不是簡單地將以云計算、邊緣計算等為代表的計算資源和以4G/5G、光網絡、互聯網等為代表的網絡資源拼接在一起，而是通過新技術變革，使具有不同特征與不同路徑的兩類信息技術互相滲透、互相影響，最終實現深度融合與創新，從而為數字化轉型奠定堅實、安全的基石。目前，大多數研究聚焦云網融合的具體實現，如相關技術、實現方案或創新產品，都未能深入探討云網融合背后的發展邏輯。因此，本文從云網融合產生的趨勢開始，著重分析云網融合的發展目標、表現形式與重點發展方向，最后指出云網融合面臨的重要挑戰。云網融合理念的提出是由受市場和技術的驅動，信息技術的兩大領域——網絡與計算，發展到一定階段后的自然趨勢。（1）隨著數字業務發展，特別是互聯網業務的發展，大量的應用需要同時使用計算資源與網絡資源，而用戶已經不滿足分別選購多類別的產品，一體化的資源供給的市場需求將不斷推動云產品與網絡產品的融合供給。因此，云網融合的首要目標是整合兩類產品，形成一體化的產品服務。（2）網絡技術與計算技術從獨立發展逐步走向了融合共生。伴隨光纖通信、數據通信、無線通信等網絡技術的發展，網絡帶寬飛速增長且覆蓋范圍日益廣泛，使得隨時隨地獲取應用、計算與存儲服務成為互聯網發展的新浪潮，并推動了云計算技術的出現。而在云計算技術成熟與規模應用后，又產生了利用通用化的計算資源去改造復雜、封閉的傳統網絡，出現了以軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）/網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）技術為代表的新型云化網元，并據此發展出如5G定制網、新型城域網等新型網絡體系架構。由此可見，兩類技術已經交織在一起，共同成為新型信息基礎設施的重要底座。（3）由于算力基礎設施從原來的封閉、專用逐步發展到開放、共享，而邊緣計算節點的出現，使得服務化的算力節點分布在網絡的各個位置。因此，云網融合通過對云網資源的統一管控，將異構計算資源與多層網絡資源整合起來，形成一體化運營模式。綜上所述，網絡與計算正在從相互獨立逐步演進到融合貫通，并出現了以云網融合為代表的新發展，力爭將各類資源融合成一體化供給、一體化運營、一體化服務的體系，這既是客戶需求變化的必然結果，也是信息技術發展的自然趨勢，必將成為網絡與計算發展的下一個里程碑。云網融合是新型信息基礎設施的深刻變革，但并不等同于云和網的簡單相加，而是多要素匯總整合后的產物。因此，云網融合的核心目標在于通過產品服務、技術演進與運營管控等方面的系統化融合，實現業務形態、商業模式、運維體系、服務模式的升級，來構建簡潔、敏捷、開放、融合、安全、智能的新型信息基礎設施，從而滿足不斷發展的產業數字化與數字產業的需求。云網融合的發展大致上可以分為相互獨立、協同發展、再到融合貫通三個階段，并分別圍繞著服務、技術、管控三個層次來逐步推進融合發展（見圖1）。
實現服務融合是實現云網融合的基礎與起點。初期，云網融合的產品主要以云網服務套餐為主，以云產品和網產品的組合來推廣云網融合服務；后續，逐漸根據技術、管控等層面的融合進展，在一體化資源供給的基礎上，為客戶提供“不可拆分”的云網融合產品。當前存在“云調網”和“網調云”兩種不同方式實現云網資源互調，從而提供一體化方案。（1）“云調網”以云業務為入口，利用統一云網管控體系，讓用戶可以根據云資源使用情況而靈活使用網絡資源，實現“一云多網”。（2）“網調云”則是通過將當前的算力狀況和網絡狀況發布到網絡中，算力最優成為選路的準則之一，用戶通過網絡去訪問最佳的算力資源，達到“一網多云”。在實際應用中這兩類服務是可以以疊加混合的形式出現。在技術層面，網絡技術與計算技術之間互相借鑒，兩者都充分利用對方提供的新型能力來升級演進。例如，對于網絡發展，云化網元成為構建新型網絡的核心元素，推動著網絡架構由封閉轉向解耦，實現更為靈活、更為彈性的網絡架構。而在計算技術發展上，則以分布式云技術為代表，利用網絡能力將云計算組件部署到不同的物理位置，再通過統一管控形成一朵云，從而提供最優資源組合。此外，業界還提出了利用網絡來加速計算的新思路，如空中計算（利用波形疊加來輔助計算）、在網計算（利用網絡架構來加速計算）等。資源一體化管控是實現云網融合更深層次的體現，通過對云網資源的統一抽象封裝與編排管理，將底層基礎設施抽象為通用的能力與服務，實現云網資源的一體化管理、調度與部署，從而實現云網邏輯層面的“化學反應”。從開始的云管系統與網管系統互通，到構建統一編排運營系統，再到進階的云網操作系統，一體化管控將成為云網融合的重要突破點。在傳統云網割裂的狀態下，通常云資源在云管平臺中進行管理分配，網絡資源在網管系統中進行管理，相互之間不可見、不可調。云網融合則要求云資源和網絡資源從源頭上打破系統分立的煙囪，將云和網的資源均在統一的管理體系中實時、高效、準確地提供。同時，云網服務應滿足自服務、實時性、自動化的要求，支持按需進行能力開放與服務的自動調用，并基于云網統一的編排調度系統，云網服務能力都可進行靈活的調用組裝，從而實現面向不同行業、不同用戶需求的定制網云網融合服務場景[1]。云網融合需要采用創新發展的思維，跳出傳統IT思維和CT思維的局限，以融合貫通的方式去研究實現方案，下面將分別介紹一些具有特色的新發展方向，以及云網融合發展所面臨的挑戰。算力資源可以從類型上分為通用算力、超級算力、智能算力、前沿算力等，也可根據其在網絡中的位置分為中心算力、邊緣算力、端算力等，而這些算力資源歸屬于不同運營方。以算力網絡技術為代表的新型云網融合方案，則以網絡為平臺，通過構建統一技術棧，引入算力度量與標識、算力路由、算力交易等新型協議，聚合多方算力資源，從而提供算力資源一體化服務，具體參見圖2。
云原生網絡利用云原生技術架構，將多種網絡模式（如有線網絡、無線Wi-Fi、無線4G/5G等）中通用的數據庫服務、策略服務、鑒權服務、轉發服務、接入服務等功能抽象化形成微服務，然后再根據不同業務需求進行編排，從而為用戶提供資源共享、彈性伸縮、按需付費的網絡服務。預計云原生網絡將率先在園區網中得到應用發展。近期，數據處理單元（Data Process Unit，DPU）成為業界關注的熱點，其作為CPU、GPU之后的新型芯片類型，專門用于處理CPU所不擅長的網絡協議處理、數據加解密、數據壓縮等數據處理任務，進而實現對計算、存儲、網絡等多類資源的管理與調度工作（見圖3）。因此，可以由DPU來組成新型數據中心網絡，能夠打破計算設備、存儲設備與網絡設備的界限，重構基礎設施層，在芯片的性能以及制造難度達到極限的情況下，進一步釋放算力效能。云網操作系統是面向云網融合新型信息基礎設施，實現面向各類異構云網硬件、軟件資源的統一管理與調度的分布式系統,提供行業通用的云網業務和應用公共服務的基礎軟件平臺（見圖4）。一方面，云網操作系統為海量異構云、網、邊、端、安的資源提供統一技術底座、供給方式，通過構建內核層的云網多要素資源抽象、資源管理的組件，實現面向海量異構資源的即插即用，從服務器、網元操作系統，到跨網元資源的統一管理調度，實現云網軟硬件的全面深度掌控，推動云網軟硬件國產化進程，向上層應用提供歸一化開放編程接口。另一方面，云網操作系統提供豐富的開放編程接口與服務能力，包括云網服務的設計工具、低代碼平臺等，可面向用戶提供云網多樣化服務的設計與編程開發工具，從而可以實現云網業務的快速構建，進而促進應用生態構建，賦能產業數字化轉型。此外，云網操作系統也提供面向云網業務運行的系統服務與原生應用，可支持云網應用的生命周期管理和運行維護服務。
當前云網基礎設施層已實現初步“對接”，然而云網之間離真正的融合貫通還面臨著一系列挑戰。（1）在產品服務層面，現有市面上大多產品未能實現云網深度融合，產品功能的實現實際上由獨立的云產品和網產品拼接而成，底層邏輯架構和通用組件依然相互獨立。同時，由于云網產品通常是跨域端到端的，要實現端到端、多接入手段的云網融合服務需要復雜的流程，尤其是網絡能力的服務化仍然遠跟不上云服務能力的自動化水平，傳統網絡連接服務的開通過程需要有大量的人工流程介入，且網絡類型復雜、接入類型多樣，要實現端到端、泛在接入、智能化的云網融合綜合服務依然困難。（2）在體系架構方面，當前云網融合方案依然是基于傳統互聯網TCP/IP的體系架構來構建的，資源和位置綁定、控制與數據綁定、用戶與網絡綁定等關鍵問題一直未能得到有效的解決[6]。因此，需要基于新型理論與架構，將多類型網絡與異構算力資源抽象成資源描述，并按統一的標識體系整合在一起，從而讓用戶能夠跨資源提供方（如電信運營商、云服務商）靈活使用各類資源。（3）在集約管控方面，云和網的資源建模、服務抽象、采集控制的手段有較大的差別，各專業的云網服務能力參差不齊，距離達到云網資源一體化管控、一體化調度等還有較大的差距，面向云網一體化的云網操作系統也尚未形成。同時，云網融合目前還處于相對靜態、固化的方式運營，應進一步向云網自智、云網融智的方向演進，使得云網融合基礎設施實現自生成、自管理、自優化，實現個性化服務的按需供給與靈活化組網的有效支撐，為不同行業與用戶提供高效的差異化、定制化通信網絡服務。云網融合將成為信息技術發展的下一個里程碑，在業務數字化、技術融合化、數據價值化的共同作用下，推動相對獨立的計算和網絡向融合貫通的方向發展。自中國電信于2016年率先在業內提出云網融合的發展思路以來，云網融合理念逐漸成為了業界共識，其內涵與外延也在不斷豐富與變化中，當前與高速泛在、天地一體、智能敏捷、綠色低碳、安全可控等方向共同構成了新型信息基礎設施的新特征。云網融合是一個長期的、不斷演進的過程，需要集合產、學、研、用各方力量，共同探討，加快關鍵技術的合作與自主研發，推動應用創新與生態融合，加速新型信息基礎設施發展，打通經濟社會發展的信息“大動脈”。
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