AI原生路由器白皮书

AI原生路由器白皮书 AI原生路由器 白皮书 中国联合网络通信集团有限公司华为技术有限公司 I 2024年07月 前言 近年来，伴随人工智能（AI）技术的迅猛发展，其应用领域持续拓展。以大模型为代表的AI技术引领自动化和智能化的进程，是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，加速推动新质生产力的发展。 智能原生作为“互联网2030”的关键技术特征之一，将AI深度、广泛地集成到互联网架构中，以提高网络运营效率和服务确定性。当前，通过大数据分析和机器学习算法在网络业务及管控运维中的应用，实现了对海量网络数据的深度挖掘和精准预测，逐步推进网络向自动、自愈、自优、自治的智能化转型。未来，AI技术不仅要融入网络架构中，更要渗透至网络组件及部件层面，以此构建从上到下的一体化网络智能能力，推动网络向更高层级的智能化和自治化演进。 本白皮书聚焦于智能原生网络架构中的智能网元层，创新性地提出“AI原生路由器”技术发展演进理念。通过智能主控板、智能线卡以及智能算力卡协作，AI原生路由器将具备智能感知、智能转发、智能控制的三大能力特征，并赋能AI可靠、AI运维、AI安全及AI节能四大应用场景。本白皮书从能力特征、应用场景及发展愿景三个维度，对AI原生路由器技术发展演进进行全面论述，旨在为行业提供共识性指引和方向性参考，推动相关产业链的创新发展，为构建更加智能、高效的网络环境奠定坚实基础。 在本白皮书编撰过程中，得到了多家产业合作伙伴单位的鼎力支 持，汇集了业界多位专家的意见建议，在此深表谢忱！期待与各界同仁携手，共同探索智能原生网络的无限可能，共创下一代互联网的美好未来！ 联合编写单位： 中国联合网络通信集团有限公司，华为技术有限公司 目录 1.AI原生路由器产生背景1 2.AI原生路由器能力特征与逻辑架构3 2.1.AI原生路由器能力特征3 2.2.AI原生路由器逻辑架构4 2.2.1.智能主控板5 2.2.2.智能线卡6 2.2.3.智能算力卡7 3.AI原生路由器应用场景10 3.1.AI可靠10 3.1.1.设备级可靠：快速感知隔离自愈10 3.1.2.链路级可靠：微秒级链路倒换11 3.1.3.网络级可靠：秒级拥塞解除13 3.1.4.协议级可靠：预测下一跳实现极速收敛14 3.2.AI运维14 3.2.1.光纤故障智能定位14 3.2.2.流量静默故障识别15 3.2.3.智能视频质差识别及故障定界17 3.2.4.整网分钟级环路探测和溯源18 3.2.5.路由策略在线预验证18 3.3.AI安全20 3.3.1.设备安全：设备内生安全20 3.3.2.网络安全：AI-DDoS秒级闪防21 3.3.3.管控安全：全网安全检测与自闭环23 3.4.AI节能24 3.4.1.静态节能24 3.4.2.动态节能25 4.总结与展望27 4.1.AI原生路由器部署建议27 4.2.AI原生路由器应用趋势28 5.缩略语列表31 6.参考文献32 1.AI原生路由器产生背景 近年来，人工智能（AI）发展速度之快、应用范围之广备受瞩目。以大模型为代表的新一代AI技术的崛起和迅猛发展正在深刻影响各个领域，AI技术的应用将进一步得到推广和深入。《2024年国务院政府工作报告》中提出，大力推进现代化产业体系建设，加快发展新质生产力。深化大数据和AI等领域的研发和应用，开展“人工智能+”行动，打造具有国际竞争力的数字产业集群。这种发展趋势促使智能技术与下一代互联网紧密结合，进而提供智能原生网络能力，推动各行业的数字化转型和创新发展。 智能原生作为“互联网2030”的关键特征之一，将AI深度和广泛地集成到智能基础设施中，包括系统、设备、部件等体系结构，实现全自动运营和最高效资源利用。智能原生网络以实时感知、充分数字化为基础，以AI算法为核心，融合各种模型进行智能决策，提供智能协同优化的网络服务。网络的智能原生是指从设计之初就将AI集成作为核心组件的网络系统，通过AI来自动化运维，优化性能和增强安全性，也就是说，面向未来的智能原生网络架构包括智能业务、智能网络、智能网元及智能部件四个渐进式层级结构，自上而下相互依赖，且逐层细化。 当前阶段，智能业务与智能网络层正经历着快速且显著的发展。在智能业务层面，通过大小模型的配合，以业务为单位，实现跨域的自智协同和业务级的商业闭环。在智能网络层面，网络智能管控系统依托于专业领域的大、小模型，结合网络知识图谱、专业AI算法等AI技术和数字孪生技术对单域内网络业务、网络拓扑结构以及网络系统进行规建维优，同时考虑节能和安全保障，从而实现单域内网络级的闭环管理体系。这一系列技术的协同作用，正驱动着业务处理与网络管控能力向着更为智能化和高效化的方向演进。 本白皮书聚焦于智能网元层的研究，从传统的网络设备能力来看，虽能满足 基本的网络连接需求，但在应对复杂多变的网络环境时，其局限性日益凸显。传统设备缺乏根据网络流量动态调整与优化的能力，也难以抵御各类网络安全威胁。因此，需要以AI为基础架构能力，新增智能面融合数据和知识，赋能网元实现动态目标管理，显著提升其自适应、自学习以及跨网元群体协同能力。基于上述背景，本白皮书创新地提出AI原生路由器概念，即在保留传统路由器功能的基础上，集成先进的AI和机器学习技术，实现对网络状态的实时监测和深度分析，同时能够根据网络流量的变化自动调整配置，优化网络连接路径，确保终端用户持续享有稳定、高速的网络体验。作为下一代互联网发展的重要产物，AI原生路由器的出现不仅满足了用户对于高效、智能、安全的网络连接需求，也体现了互联网技术的持续创新与进步。 本白皮书阐述了AI原生路由器的能力特征、应用场景及发展愿景，旨在为行业提供共识性指引和方向性参考，以期共同推动相关产业链的创新发展，为构建更加智能、高效的网络环境奠定坚实基础。 2.AI原生路由器能力特征与逻辑架构2.1.AI原生路由器能力特征 AI原生路由器，作为集成AI技术的新型网络路由设备，不仅保留传统的网络连接能力，其内置的AI算法具备自主学习和用户需求解析能力，能够灵活响应网络和流量的变化趋势，实现网元的自动化管理、组网和参数的自动化调整、业务的适应性感知、故障的提前预测和自动定位以及业务的快速恢复，使互联网达到最佳的性能，给用户提供最佳的使用体验。 AI原生路由器将集成智能感知、智能转发与智能控制三大核心能力特征，旨在深度感知网络中的各种业务和流量模式。通过对数据流的实时监测和分析，AI原生路由器可以准确地获取网络实时状态与需求变动，进而实现网络运营、运维自治。 智能感知体现在对网络流量的实时监控与分析能力。AI原生路由器能够实时监控网络中的数据传输情况，包括数据的传输速度、传输量以及数据所属应用类别等。这使得AI原生路由器能够迅速发现网络中的异常情况，如网络拥堵、数据泄露等，从而及时采取措施进行干预，保障网络的稳定运行。智能感知不仅可以显著提升网络稳定性和安全性的保障能力，同时也为用户提供了更为便捷和优质的网络使用体验。 智能转发体现在对网络流量的智能预测和调度能力。AI原生路由器能够根据如应用优先级、设备类型、网络负载情况等历史数据和当前网络状况，预测未来一段时间内网络流量的变化趋势。基于这些预测结果，AI原生路由器可以提前进行带宽的调度和分配，为关键应用或设备提供充足的网络资源保障。 智能控制体现在对网络的自动故障排查和修复能力。AI原生路由器能够通过实时监测网络状态，可以对故障或异常自动进行诊断和修复；通过搭配智能光模块，还能够将链路故障进行分类，为用户提供更加稳定的网络服务。 AI原生路由器通过三大能力特征，赋能AI可靠、AI运维、AI安全、AI节能四大场景，提升了网络性能和效率，降低了运营成本和安全风险，为用户提供了更加优质、稳定的网络服务，最终推动网络实现高度自治。 2.2.AI原生路由器逻辑架构 AI原生路由器主要由智能主控板、智能线卡以及智能算力卡三大核心部件构成，集成通用算力及AI算力模块，并在原有控制面及管理面基础上，新增包含嵌入式AI算法层、数据层和框架层的智能面，如图1所示，这三者各自承载着不同的功能，但又紧密协作，共同为网络智能化服务。 图1AI原生路由器逻辑架构 同时，AI原生路由器通过边界网关协议（BGP）、telemetry等协议与智能管控系统紧密交互，实时传递网络状态、流量等信息。智能管控系统则根据这些信息，结合AI原生路由器的智能感知、转发和控制能力，共同构建一个智能网络。智能网络能够自动识别网络中的异常情况和性能瓶颈，自动调整网络策略，优化网络资源分配，确保网络的稳定性和高效性。更进一步，智能网络还能够根 据用户的需求和业务场景，提供个性化的网络服务和支持，满足用户不同的网络服务需求。 2.2.1.智能主控板 智能主控板作为AI原生路由器的“大脑”，承载着路由器的核心功能和运算重任。在AI原生路由器初期发展阶段，设备运算主要依赖路由引擎所搭载的芯片，包括中央处理器（CPU）和网络处理器（NP），以内生算力应对网络数据处理及基础AI任务执行。其中，路由引擎芯片负责整体控制与管理职责，而NP则专门用于高速数据处理，尤其在网络数据包转发和安全处理领域发挥关键作用。 智能主控板集成通用算力与AI芯片，构建高性能计算平台，提升数据处理和分析能力。具体而言，通用算力主要负责网络数据流与控制信号的常规处理，确保网络基础设施的稳定运作。而AI芯片则运用深度学习、机器学习等先进算法，实现对网络流量的智能化分析与预测，为网络性能优化及策略制定提供精准数据支撑。 智能主控板设计上划分为控制面、管理面与智能面。控制面负责路由协议和业务管理，确保网络传输效率与稳定性。并且通过引入AI算法，实现路由协议的智能优化与动态配置，自动选择最优路由路径，进而提高网络传输效率。同时，控制面还能对业务进行智能管理，针对业务需求动态调整网络资源，确保业务的顺畅运行；管理面负责配置管理和设备管理功能，确保网络的可维护性与管理效率。通过与智能管控系统交互，增强管理面功能，并借助直观的图形化界面与智能化管理工具，简化路由器配置和管理流程。同时，管理面还能实时监控设备的运行状态与性能数据，及时识别并解决潜在问题。此外，管理面还支持远程管理和自动化运维，大幅度提升网络管理的便捷性和智能化水平；智能面依托嵌入式AI技术，构建内置于网络设备中的AI功能通用框架系统，包含框架层、数据层 和算法层，为基于AI算法的功能模块提供公共模型管理、数据获取和预处理，并支持为业务模块发送推理结果的功能。也就是说，通过嵌入式AI技术在设备层面实现特定的智能化功能，如流量优化、安全防护等，充分利用路由器的数据收集和处理计算能力，降低数据传送成本，保障数据安全，确保推理决策的实时性。目前，嵌入式AI技术已为路由器提供智能监控与防护等智能化功能。随着技术的演进，嵌入式AI技术将在路由器中提供更复杂的智能化功能，如自动调整路由策略、优化网络连接等。 智能面中嵌入式AI功能通用框架系统对软硬件环境提出明确要求，在软件层面，需具备数据智能化处理、全线速缓存及超强算力特性。在硬件层面，则需支持AI智算分布式训练场景下TB至PB级海量数据的超宽带传输，配以超大容量设备以承载大规模数据传输。面向扩展性良好的集群路由器，需确保单台AI原生路由器可以提供512T乃至P级的存储能力。 AI原生路由器的智能主控板，融合通用算力和AI技术于一体，辅以控制面和管理面的全面强化，新增依托嵌入式AI技术的智能面，通过软硬件一体化设计，开发定制AI网络模型与应用组件，实现局部节点的快速策略响应、网元级智能化，不仅显著提升了数据传输效能与网络稳定性，同时有效降低运维成本，简化管理流程，为现代网络通信的智能、高效发展注入了新的活力。 2.2.2.智能线卡 智能线卡作为AI原生路由器在网络通信架构的关键组件，负责处理网络数据包，融合通用算力与AI技术，引入智能面，配合智能光模块，显著增强网络链路感知能力，确保数据在网络