智能化宽带网络网关（iBNG）技术白皮书

1 智能化宽带网络网关 （iBNG）技术白皮书 （2023年） 发布单位：中移智库 编制单位：中国移动通信研究院 前言 本白皮书旨在提出中国移动对于智能化宽带网络网关（iBNG）的愿景、架构设计、能力要求和后续展望。希望能够为产业在规划设计智能化宽带网络网关（iBNG）相关技术、产品和解决方案时提供参考和指引。 本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 目录 1.业务需求及发展趋势2 2.iBNG技术演进3 3.iBNG系统架构7 3.1iBNG整体架构7 3.2iBNG智能面8 3.3iBNG管控面9 3.4iBNG转发面9 3.5iBNG算力平台10 4.iBNG关键技术11 4.1基于AI内生的网络能力11 4.1.1业务智能识别及加速11 4.1.2安全防护12 4.2基于AI业务的算力网络服务13 4.2.1AI业务算网推荐13 4.2.2AI业务无损承载13 4.3基于AI的网络质量保障能力14 4.3.1用户质量闭环管理14 4.3.2网络质量闭环管理16 5.业务场景17 5.1关键应用加速17 5.1.1网络游戏加速17 5.1.2网络直播上行加速17 5.1.3生成式AI实时交互应用保障18 5.2精品办公专线19 5.3宽带业务主动运维20 6.进展及计划21 缩略语列表23 1.业务需求及发展趋势 随着数字化、智能化的深入发展，宽带网络正加速渗透到千家万户，成为数字经济发展的重要支撑。同时，云电脑、云游戏快速发展，客户对算力供给也提出了更高的要求。在这样的趋势下，算网融合业务得到了快速发展。 AI能力的发展也给宽带网络带来了新的机遇和挑战，一方面，AI技术的应用推动了宽带网络的智能化发展，另一方面，各种AI业务也需要更高效、更灵活和更可靠的网络连接和服务。技术和用户需求两大因素驱动宽带网络从娱乐中心转变为多元化中心的发展趋势。 首先，技术的发展使得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，网络的速度和稳定性都有了极大的提升，使得宽带网络能够满足更多业务的需求。这种发展趋势为宽带网络从娱乐中心转变为多元化中心提供了可能。 其次，用户需求的变化也促使宽带网络向多元化方向发展。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，用户对宽带网络的需求已经不再仅仅是娱乐，而是拓展到了生活的各个方面，例如在线教育、远程办公、智慧家庭、物联网等。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，从而推动了宽带网络从娱乐中心向多元化中心的转变。 随着技术和用户需求的变化，我们需要不断引入新的技术和算法，实现对网络的更精细化的管理和控制，为各种业务提供更高效、更灵活和更可靠的网络连接和服务，从而更好地满足用户需求，推动宽带网络的持续发展。 智能感知能力可以使宽带网络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，通过分析用户的行为和流量模式，可以预测用户对新的应用或服务的偏好，从而提前做好资源分配和优化，提高用户体验。另外，通过智能感知，还可以对网络中的异常行为进行快速和准确的检测和处理，提高网络的安全性和稳定性。 差异化保障则是宽带网络为多元化业务提供不同等级的保障和服务的机制。 在宽带网络中，不同的业务需要不同的网络性能和服务质量： 强交互业务：流速低，但对于业务时延及抖动敏感。比如教育、办公、游戏类业务。 大视频业务：大流速、大突发，对业务丢包敏感。比如4K/8K、AR/VR、360视角等视频内容类业务。 智算业务：高吞吐、高弹性，需要提供服务化接口，比如自然语言、机器视觉、生成式AI类业务。 普通宽带业务：普通宽带类业务对网络KPI低敏感，比如上网、下载、普通OTT视频类业务。 通过网络智能感知及网络差异化保障，可以更好地满足不同业务的需求，提高业务效率和用户满意度。 2.iBNG技术演进 在运营商网络中，BRAS设备位于城域网边缘，是宽带接入网和城域骨干网的衔接点，在功能上是用户通过固网接入实现各种宽带和数据业务的门户，是控制用户网络行为的策略执行点。BRAS设备由于身份特殊、功能复杂、数量众多，是整个IP承载网智能化转型的关键网元，也是整个网络体现智能化、开放性的核心载体，BRAS智能化演进直接影响网络智能业务的发展(如图2-1所示)。 图2-1BRAS在网络中的位置 随着家庭宽带用户以及智能终端数量的激增，4K高清、家庭办公、在线教 育、云游戏、物联网等新业务的高速发展，传统BRAS由于专用封闭、通用性差，无法实现资源的池化和弹性扩缩容，且无法满足不同应用差异化SLA保障。另外，传统BRAS设备也面临着资源利用率低、管理运维复杂及新业务上线慢等一系列的运营难题。 近20年来，为适应不同阶段业务诉求，BRAS架构在不断演进，大致可以分为三个阶段，第一阶段实现了IP化，第二阶段实现了SDN化，第三阶段正在向AI化演进(如图2-2所示)。 图2-2BRAS技术架构演进 宽带网络网关1.0:转控一体BRAS系统 集强计算与强转发于一体的设备，基于专用硬件转发。传统BRAS最初在ATM交换机的基础上进行设计，支持PPPoA(PPPoverATM)接入，随着ATM被IP取代，传统BRAS开始全面基于路由器架构设计，在路由器上叠加了用户接入管理功能，支持用户地址分配、认证、计费、授权，并对用户的流量进行转发和策略执行。BRAS支持PPPoE和IPoE两种接入模式，为了提高用户上线性能，可以通过多核CPU提供PPPoE和IPoE的拨号管理，负责处理这两种拨号协议的状态机。为了提高用户转发能力，一般通过网络处理器（NP）实现用户流量的高速转发。转控一体BRAS物理架构如图2-3所示。 图2-3转控一体BRAS物理架构 宽带网络网关2.0:转控分离vBRAS系统 借鉴SDN和NFV的技术思路，结合CT与IT的技术优势，充分考虑运营商现实场景需求，实现的转发和控制分离、控制面虚拟化集中化、转发面虚实共存的vBRAS系统。转控分离vBRAS系统包含控制面BRAS-CP、转发面BRAS-UP及C/U之间的标准化接口。转控分离vBRAS系统逻辑架构如图2-4所示。 图2-4转控分离vBRAS系统逻辑架构 BRAS-CP定位为用户控制管理网元，主要功能要求包括：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。 BRAS-UP定位为L3网络边缘及用户策略执行网元，主要包含流量转发、QoS、流量统计等硬件转发引擎功能，以及单播路由协议、组播路由协议、MPLS（LDP/TE）等管道类控制面功能。 宽带网络网关3.0:智能化iBNG 家庭业务由传统的语音、web上网，逐步向立体化、交互化、专线化转变，网络SLA要求各异，对BRAS提出了更高的挑战，当前BRAS存在体验无法感知，即无法感知用户业务的真实体验，只能依赖客户投诉或报障，大部分用户对业务体验下降保持静默，易造成客户流失；业务无法差异化保障，不同业务要求的SLA不一样，无法识别不同业务，无法针对不同业务进行差异化SLA调度和保障；质量管理无智能化闭环，质量感知难，质量整治盲，质量闭环弱。 为了解决上述问题，宽带网络网关3.0（即iBNG,IntelligentBroadbandNetworkGateway）应运而生。iBNG不仅支持BRAS丰富的用户接入控制和多业务承载能力，还支持强大的路由协议、组播、VPN、大容量转发等能力，是一个全量路由器。iBNG通过智能化能力实现了以下提升： 业务智能感知和智能运维：iBNG通过内置/外置智能硬件，可以实时感知业务质量情况，并通过大数据分析基于用户体验、网络质量、网元质量进行AI分析和智能运维，更准确地解决用户和网络问题。 内置算力，应用和算力差异化服务能力：iBNG通过AI能力实现用户粒度的应用识别、分流以及对应应用策略的处理，并提供可视化的管理页面。同时，iBNG结合G-SRv6/切片等技术对不同应用实现差异化SLA保障。对于家宽和政企业务，iBNG通过内置算力提供端侧的算力服务，提升用户业务体验，并通过算力调度提高资源池利用率。 质量保障和攻击防护能力：基于大数据分析，iBNG实现AI智能运维，保障网络稳定可靠运行。内置AI能力可以通过智能流识别算法识别攻击并上报安全平台，安全平台确认后下发引流策略进行清洗。 通过以上能力的提升，iBNG实现了网络的精细化管理和控制，提升了网络的智能感知和差异化保障能力，推动宽带网络从娱乐中心向多元化中心的转变，促进宽带网络的持续发展。 3.iBNG系统架构 3.1iBNG整体架构 iBNG采用领先的“三平面+一平台”架构，通过“智”与“网”的强强联合，“赋智强网，以网强算”，算网能力大幅提升。iBNG架构包含智能面（I面）、管控面（C面）、转发面（U面）和边缘算力平台，通过深入融合AI能力，iBNG全面智能化，其具有三大技术能力： 智能识别及调度技术：实现应用智能识别及选路，攻击识别及防护，差异化网络SLA保障等； 算网推荐及承载技术：实现算力智能推荐，AI业务弹性承载，算力差异化服务等； 质量分析及保障技术：使能AI智能运维，实现用户/网络质量闭环管理，网络稳定可靠运行等。 iBNG逻辑架构如图3-1所示： 图3-1iBNG逻辑架构 3.2iBNG智能面 iBNG智能面是iBNG的智慧大脑，通过使能AI，协同网络和算力资源，实现不同用户、不同应用的智能网络和算力调度、智能安全防御、用户和网络的智能运维。智能面包括智能运营、智能感知和智能特征库。 智能运营 智能运营是一种综合性的技术解决方案，包括智能调度、智能防护和智能运维功能。智能调度功能通过云网一体调配，资源最优分配，网因子+云因子的统一计算，实现边缘算力、中心算力协同，保障算力资源均衡调度。此外，智能调度功能还可以基于用户体验分析和网络SLA质量，提供网络SLA差异化调度。智能防护功能基于安全特征库，使能AI智能防御，实时动态下发转发面网络防御策略，提供网络稳定运行保障。智能运维功能通过采集用户的体验分析大数据、网络的SLA质量分析大数据、网元的质量分析大数据，使能AI智能运维，完成用户质量和网络质量分析闭环管理。 智能感知 智能感知，通过大数据模型与AI训练推理能力，智能面与管控面，转发面协同完成AI智能分析功能，实现应用体验分析，用户质差分析与网络质差分析功能，并通过自动化端到端的闭环机制，做到AI智能运维，用户质量改进闭环与网络质量改进闭环，保障网络可靠稳定运行。 智能特征库 智能特征库是iBNG的AI知识中心。智能面通过强大的AI能力从大数据中挖掘与训练各种知识库，提供例如：应用特征库，运维大模型，安全特征库等多种知识库，用来指导智能感知和智能运营，满足宽带网络的智能化诉求与差异化诉求。 3.3iBNG管控面 iBNG管控面是对网元的管理、控制和分析平面，实现网元内硬件、软件、业务和告警运维管理的功能，实现iBNG用户接入控制和流量管理功能，实现网元内健康度分析、接口级流量统计分析、网元内资源分析等功能。 网元管理 提供设备配置、告警、性能、链路、QoS等传统的管理能力（FCAPS），并面向传统网络提供端到端自动化业务发放能力。 接入控制 提供iBNG接入用户的接入控制、用户管理、认证授权计费、地址管理、UP管理、流量管理、转发策略管理。 网元分析 提供网元流量和性能的实时数据采集和状态感知、深度分析和智能预测能力。基于大数据分析，主动识别网元故障，发现潜在风险并主动预警。 3.4iBNG转发面 转发面是对流量的高性能转发系统，由BRAS/BRAS-UP承担，在传统BRAS硬件单板上进一步提供增强AI能力，实现应用识别、智能选路、流量管控、安全防控等功能。转发面AI能力可通过外置AI插卡和转发芯片内置AI算力实现。 应用识别 为