智能宽带网络网关 (iBNG) 技术白皮书

1 智能宽带网络网关(iBNG) 技术白皮书 (2023) 发布：CMRIIntelligence 主办：中国移动研究院 关于本文档 本白皮书提出了中国移动对智能宽带网络网关(iBNG)的愿景、架构设计、能力要求和未来展望,希望能为业界在与iBNG相关的技术、产品、解决方案等方面的规划设计提供参考和指导。 本白皮书的版权归中国移动所有,任何个人和组织未经许可不得转载本白皮书的任何部分。主要编制者:程伟强、杨新国、阎宇、蒋文英、刘亚思、杨雪、翁思军、李金明。 1 Contents ..............................................................................................................................................................1 1服务需求及发展趋势2 2iBNG技术演进3 3iBNG系统架构6 3.1iBNG体系结构6 3.2iBNG智能飞机7 3.3iBNG控制平面8 3.4iBNG用户平面8 3.5iBNG计算平台9 4iBNG关键技术9 4.1基于AI的内生网络能力9 4.1.1智能服务识别和加速9 4.1.2安全保护10 4.2基于AI服务的计算第一网络服务11 4.2.1计算AI服务的第一个网络推荐11 4.2.2AI服务的无损传输12 4.3基于AI的网络质量保证能力13 4.3.1用户质量闭环管理13 4.3.2网络质量的闭环管理14 5服务方案15 5.1关键应用程序加速15 5.1.1在线游戏加速15 5.1.2实时流媒体的上游加速15 5.1.3基于AIGC的实时交互应用保障16 5.2高品质的办公室私人线路17 5.3面向宽带服务的主动运维18 6进度和计划19 首字母缩略词和缩写21 1服务需求及发展趋势 随着数字化和智能化的推进，宽带网络迅速渗透到每个家庭，并在数字经济的发展中发挥着重要作用。随着云计算机和云游戏的快速发展，客户对计算供应提出了更高的要求。遵循这一趋势，计算网络融合服务获得了快速增长。 人工智能能力的发展也给宽带网络带来了新的机遇和挑战。人工智能技术的应用促进了宽带网络的智能化发展，而各种人工智能服务反过来又需要更高效、更灵活、更可靠的网络连接和服务。这些技术和用户需求推动宽带网络从娱乐中心向多元化中心转变。 技术的发展使宽带网络能够承载更多的信息和数据。随着光纤技术的普及,网络速度和稳定性显著提高,使得宽带网络能够满足更多业务的需求。这种发展趋势使得宽带网络从娱乐中心向多元化中心转变成为可能。用户需求的变化也推动宽带网络向多样化发展。随着社会经济的发展和民生的改善,宽带网络不再仅仅是为了娱乐。 而是延伸到生活的方方面面,如在线教育、远程办公、智能家居、物联网(IoT)等,这些新的应用场景需要宽带网络提供更高效、更稳定、更智能的服务,这就推动了宽带网络从娱乐中心向多元化中心的转型。 随着技术和用户需求的变化，需要新的技术和算法来实现更精细的网络管理和控制，提供更高效、灵活、可靠的网络连接和服务，从而更好地满足用户需求，促进宽带网络的可持续发展。 智能感知能力使宽带网络能够更好地理解和预测用户的需求和行为，从而提供更个性化的服务。例如,可以通过分析用户行为和流量模式来预测用户对新应用或服务的偏好。这样,资源可以被提前分配和优化,以改善用户体验。此外 ，智能感知可以快速准确地检测和处理网络上的异常行为，提高网络的安全性和稳定性。 差别化保证是宽带网络为多样化业务提供不同等级的保证和服务的一种机制。在宽带网络上，不同的业务要求不同的网络性能和服务质量： 强交互服务：流量率较低，但对服务延迟和抖动敏感，包括教育、办公、游戏等服务。 大视频业务：流量速率高，突发大，对业务丢包敏感，包括4K/8K、AR/VR、360度视角等视频内容业务。 智能计算服务：具有高吞吐量和弹性，需要 面向服务的接口。此类服务包括自然语言、机器视觉和生成AI服务。 常见宽带业务：对网络KPI不敏感，包括互联网接入、下载和常见OTT视频业务。智能感知和差异化保障，可以更好地满足不同服务的要求，提高服务效率和用户满意度。 2iBNG技术演进 在运营商网络上,BRAS位于城域网的边缘。它是宽带接入网与城域骨干网的连接点，是用户通过固网接入实现各种宽带和数据业务的入口，是控制用户网络行为的策略执行点。由于其特殊的身份，复杂的功能和大量的数量，BRAS成为整个IP传输网络智能转换的关键NE和智能，开放网络的核心表示。BRAS的智能化演进直接影响着智能网业务的发展，如图2-1所示。 图2-1BRAS在网络上的位置 随着家庭宽带用户和智能终端数量的急剧增加，新业务 -如4K高清，家庭办公，在线教育，云游戏和物联网（IoT）-发展迅速。传统的BRAS由于专用性和通用性差，无法实现资源池化或弹性伸缩，无法满足不同应用的差异化SLA保障要求。此外，传统的BRAS还面临着资源利用率低、运维复杂、新业务推出缓慢等一系列运营困难。 在过去的20年中，BRAS架构不断演进，以满足不同阶段的业务需求，演进分为三个阶段：第一阶段基于IP，第二阶段基于SDN，第三阶段基于AI（如图2-2所示）。 图2-2BRAS技术架构演进 BRAS1.0：转发控制集成BRAS系统 转发-控制一体化BRAS集计算和转发于一体,基于专用硬件进行转发。传统的BRAS最初是基于ATM交换机设计的，支持ATM上的PPP(PPPoA)接入。由于ATM被IP取代，传统的BRAS是基于路由器体系结构设计的。用户访问管理功能被添加到路由器以支持用户地址分配、认证、计费和授权、转发用户流量和实施策略。BRAS支持PPPoE和IPoE访问模式。为了提高用户访问性能，BRAS通过多核CPU提供PPPoE和IPoE拨号管理，并处理这两种拨号协议的状态机。网络处理器(NP)用于用户业务的高速转发。图2-3显示了转发-控制一体化BRAS系统的物理架构。 图2-3转发控制一体化BRAS系统的物理架构 BRAS2.0：CU分离vBRAS系统 基于SDN和NFV技术、CT和IT技术优势以及运营商的实际场景需求，vBRAS系统实现了转发平面与控制平面的分离、控制平面的虚拟化和集中化、虚拟和物理转发平面的共存。CU分离vBRAS系统由控制平面BRAS-CP 、转发平面BRAS-UP以及控制平面和用户平面之间的标准接口组成。图2-4显示了CU分离vBRAS系统的逻辑架构。 图2-4CU分离vBRAS系统的逻辑架构 BRAS-CP是一个用户控制管理网元，提供用户管理、认证、授权、计费管理、地址管理、PPP/DHCP拨号管理、UP管理、配置管理等功能。 BRAS-UP是L3网络边缘和用户策略执行NE。它提供硬件转发引擎功能，例如流量转发，QoS和流量统计收集，以及管道控制平面功能，例如单播路由协议，多播路由协议和MPLS（LDP/TE）。 BRAS3.0:iBNG 家庭服务逐渐从传统的语音和WebInternet访问转变为 多维、交互式和专线服务。不同的网络SLA要求对BRAS提出了更高的挑战。目前,BRAS无法感知用户体验,即无法感知真实的用户体验。他们只能依靠客户投诉或故障报告。然而，大多数用户对服务体验恶化保持沉默。这可能会导致客户流失。此外，差别化的服务保障无法落实。不同的服务需要不同的SLA,但是不能识别不同的服务,并且不能针对不同的服务实施差异化的SLA调度和保证。此外，质量管理没有智能闭环，质量检测能力不足，质量故障排除没有指导，质量问题关闭没有很好地实现。 为了解决上述问题，BRAS3.0（即iBNG）应运而生，iBNG不仅支持BRAS广泛的用户访问控制和多业务承载能力，还支持强大的路由协议、组播、VPN和大容量转发能力，是一款全业务路由器，iBNG通过智能能力提供以下改进： 智能服务感知和智能运维：通过内置或外部智能硬件，iBNG可以实时检测服务质量并执行AI分析和 通过基于用户体验、网络质量、网元质量的大数据分析，实现智能运维，更精准地处理用户和网络问题。 内置计算、应用和差异化计算服务功能：iBNG使用AI功能在每个用户的基础上识别和分发应用程序，处理应用程序策略并提供可视化管理。此外，iBNG使用G-SRv6和切片等技术为不同的应用提供差异化的SLA保证。对于家庭宽带和政府和企业服务，iBNG通过内置计算提供设备端计算服务，通过计算调度改善用户服 务体验，提高资源池利用率。 质量保证和攻击防御能力：iBNG基于大数据分析，实现基于AI的智能运维，确保网络稳定可靠运行，内置AI能力，智能流量识别算法可用于识别攻击，并将攻击报告给安全平台，安全平台确认后，提供流量分流策略进行流量清理。 通过前面的改进，iBNG实现网络精细化管控，提高网络的智能化感知和差异化保障能力，推动宽带网络由娱乐中心向多元化中心转变，带动宽带网络可持续发展。 3iBNG系统架构 3.1iBNG体系结构 iBNG采用尖端的“三个平面+一个平台”架构和“智能赋能网络，网络提高智能”的概念。智能和网络的强大结合在很大程度上提高了计算第一网络的能力。iBNG架构由智能平面、控制平面(CP)、用户平面(UP)和边缘计算平台组成。通过充分和深入地集成AI功能，iBNG拥有三项技术： 智能识别与调度技术：智能应用识别和路由选择、攻击识别和防御、差异化网络SLA保障。 计算第一网络推荐和传输技术：计算能力智能推荐、AI服务弹性传输、差异化计算服务。 质量分析和保证技术：基于AI的智能运维，用户质量和网络质量闭环管理，网络运行稳定可靠。图3-1显示了iBNG的逻辑架构。 图3-1iBNG的逻辑架构 3.2iBNG智能飞机 作为iBNG的智能大脑，AI智能平面通过协调网络和计算资源，实现不同用户和应用的智能网络和计算能力调度、智能安全防御以及用户和网络的智能运维。智能平面包括智能操作、智能感知和智能签名数据库。 智能操作 智能运营是提供智能调度、智能防御、智能运维等功能的综合性技术方案。智能调度功能通过云网一体化调度 、资源优化分配，实现网络因子和云因子的统一计算，实现边缘计算能力和中心计算能力的协同，保证计算资源的均衡调度。此外,智能调度功能基于用户体验分析和网络SLA质量提供差异化的网络SLA调度。智能防御功能基于安全签名库，实现智能防御，并在用户面实时动态发布网络防御策略，保障网络稳定运行。智能运维功能收集用户体验分析大数据、网络SLA质量分析大数据、NE质量分析大数据，使 AI赋能智能运维，实现用户质量闭环管理和网络质量分析。 智能感知 基于大数据模型和AI训练推理能力，智能平面协同控制平面和用户平面实现应用体验分析，基于运营数据实现QoE差分析功能。采用自动E2E闭环机制实现AI赋能的智能运维，实现闭环用户质量提升和闭环网络质量提升，确保网络可靠稳定运行。 智能签名数据库 智能签名库是iBNG的AI知识中心，智能飞机利用强大的AI能力，从大数据中挖掘和训练各种知识数据库，提供应用签名库、运维大模型、安全签名库等多种知识数据库，引导智能感知和 化运营，满足宽带网络的智能化和差异化需求。 3.3iBNG控制平面 iBNG控制平面用于网元管理、控制和分析，实现网元的运维、硬件、软件、服务和告警管理、iBNG用户的访问控制和流量管理、网元内健康分析、接口级流量统计分析、网元内资源分析等功能。 NE管理 提供设备配置、告警、性能、链路和QoS等传统管理功能(FCAPS)，并为传统网络提供自动化的E2E服务配置功能。 访问控制 为iBNG访问用户提供访问控制、用户管理、身份验证、授权和记帐(AAA)、地址管理、UP管理、流量管理和转发策略管理等功能。 NE分析 提供实时数据采集、状态感知、