2024年AI赋能下一代光网络技术创新演进报告

数智赋能新质生产力·助力新型电力系统建设 2024年电力信息通信 新技术大会 AI赋能下一代光网络技术创新演进 张杰 北京邮电大学 2024年8月16日 CO目录EPICT 光网之数转智赋算驱AI与光网络技术创新 AI与光网络能力演进未来趋势展望与总结 EPICT PARTONE 01光网之数转智赋算驱 数转_让数字经济成为发展新质生产力的主战场 总书记指出：整合科技创新资源，引领发展战略性新兴产业和未来产业，加快形成新质生产力 数字经济与数字化转型：生于-数据票赋，兴于-网络泛在，盛于-算力自由 更多更足 生产要素 土地劳动力 技术数据 L 数据-第五大生产要素网络-高速确定性运力算力-数智化极致动能 2024年电力信息通信新技术大会EPI 智赋新一代AI解锁“流量密码，推动带宽需求增长（1/2） 现状：移动流量后续增长乏力 用户数天花板一2023年底已有超过17亿MBB用户，渗透率高达122%，几乎到达极限 时长天花板一2023年中国人每周使用移动互联网时间高达50个小时（看移动视频16个小时） 体验天花板一人眼感官存在分辨率极限，当前手机视频2K清晰度可能是体验的上限 视频低浓度一信用户每天发送的消息有450亿条，其中视频消息只有2亿条，占比不到0.5% 新一代AI：重塑移动流量新增长激发额外流量=改变用户数X改变时长结构+改变业务模态X改变业务体验 A/重塑生产力为流量增长提供新思路 A/将产生新连接，突破用户数天花板 用户数天花板时长天花板视频”低浓度体验天花板 看电视->看手机天单模态->多模态 A/将重塑内容生产模式，提升移动视频供给人用流量->AAIGC增加个性化供给AIGC✁入社交APP AI将产生新体验、打破业务体验极限 摘自：https://www.huawei.com/cn/huaweitech/industry-trends/ai-mobile-traffic-growth 2024年电力信息通信新技术大会EPI 智赋新一代AI解锁"流量密码，推动带宽需求增长（1/2） 人工智能应用涉及大量数据和计算，需要更多网络带宽 现有云基础设施架构难以满足人工智能的海量数据和计算处理需求 FrontEndNetworkBackEndNetwork? AVMLneedsadifsolutionthenHPC ExecutelnstructionsonGPu Network'sPurpose shbanowidinooinputecansatiratenetworklinic ConnezedEnd-Point ConnectingServerstolInteme NoconnectiontoPeindeme NetworkBandaidihDrivers MigrstiontotheCloudExplosiorotA/M MeetingtheBandwidthsNeeds YIYGPUandNoRackRack nterconnec HistoryofProprndivoualFlow MarnyasynchronoussmallBWflows FewsynchronoushighBWflo oconsistentloadlatencyandbadloadbalancingdecisions 摘自：https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/silicon-one/evoive-ai-m/-network-silicon-one.htmi 2024年电力信息通信新技术大会EP1 算驱A竞争背后，是算力加运力的博奔（1/2） CHATGPTChatGPT引燃大模型发展，高性能AI智算面临“新”变革 OpenAI 10000%Z 已超万亿规模 大模型参数呈 GPT-4(i800z）OpenAI 文心言(2600亿）Ba营 200 集中式架构难以支撑大模型训练 1000亿指数级增长 模型参数 100亿 ing-NLG(17ofz.)Microsoft 大型分布式井行计算成为新热点 Mg.LMoE) IVIDAA 10 Bet-Large(3.4.)Google 1亿时间 888 2019 8卡100卡1000卡10000卡 单机小规模分布式中规模分布式大规模分布式超大规模分布式 般模型百亿模型千亿模型万亿模型 2024年电力信息通信新技术大会EPIC 算驱AI竞争背后，是算力加运力的博奔（1/2) 高通量算力需求驱待突破“互连带宽瓶颈”，确保数据流通“跟得上” GshardMoE Transfomer，4.65亿参数，少于蜜突触数量GshardMoE，超过1万亿参数，与老鼠突触数量相当 100万亿或更多连接的模型，与弥猴突触数量相当 Moore'sLaw! TrainingFLOPs.Scaling.for.5OTA.Model GPT-3大模型训练所需算力的 增速远超摩尔定律 1010 FruitflyHoneybeeMouse 器 CotMocoque Human AI的“内存墙”问题01420152018201922 存然器 HWFLOPSI60000x/20yrs(3.0x/2yrs) 0内0存DRAM 向题数据运问题2：最运能耗大 口存理 InterconnectBW:30x/20yrs(1.4x/2yrs) 互连带宽成为制约算力提升的短板 SRAM:10-100TB/s DRAM140GB-1TB/eta 20 199520022005:20172020 2024年电力信息通信新技术大会EPIC EPICT DARTONE 02AI与光网络技术创新 一场由AI引领的充满“疑问”的盛宴 人工智能是OFC2024最受关注的前沿热点话题之一AI对数据中心和光通信产业的影响将会是什么？A/只是最新的流行词汇，还是将改变我们的产业？ LIGHTCOUNTING 5G OFc2024:AshowfullofquestionswithAlleadingthemall OFC2024:It'sAIordie 自1htosewhahtountingcomne 2024年电力信息通信新技术大会 AI与光网络技术创新的思考 智“感 智“传” AI/ML AI/MLAI/ML优势体现 智“识”智“需” AI/ML 智“维” ·用户QoS保障·服务质量改善 ·自动化管理 ·预测性维护 ·支持新兴应用 ·数字李生 用户体验节省人力 AI/MLAI/ML TheAdaptive Network智“谱” AI/ML SoftwareControAutomatior 开放优化认知提升 智“规”摘白：CIENA AI/MLAI/ML AI/ML 智“防”·动态分析·通感一体 ·实时响应·网络自智 智“耗”智“效”·系统开放·意图驱动 2024年电力信息通信新技术大会EP10 智“需”流量模式分析一资源参数调整一网络性能优化 AI/ML深度分析网络流量模式，通过动态调整带宽分配、路由和交换等参数，优化光网络性能和提 高效率 智能重构方案控制平面当前未来 业务重构流量调度模型调整 光路提供 流量分布参数提取人工智能流量预测 实时 优化 链路负载用户数量 业务时延 波长占用 预处理后处理 输入层隐藏层输出层 2024年电力信息通信新技术大会EPI 智“维”运行态势评估三潜在问题发现预警预防维护 AI/ML分析历史数据和监控网络性能，在光网络中潜在的故障或问题发生之前进行预测和识别，提 供早期预警，实现预防性维护并最大限度地减少停机时间 问题：需要构建完整的A算法库 LOCATH实现网络告警数据的清洗、分析 故障诊断和定位流程，保证业务的确定性高可靠传输 OutgoingEdges NNDO IncomingEdge方案：利用知识图谱构建告整知识集，结合图神经网络等A推理技术模拟学习运维人员定位故障的决策行为 2024年电力信息通信新技术大会EPI 智“谱”拓扑连接学习→波长通道分配一动态频谱管理 AI/ML根据光网络连接状况调整波长，实现动态频谱管理，确保带宽灵活利用和最大限度减少干扰 更新 网络状态 入=1入=3入=4 MohileNet Multi-ModalInput Tapnlogy Modal Actcr 动态选择 Moxa Routing 状态信息 特征提取波长频谱 ModclsofGraphicsNETWORK 2024年电力信息通信新技术大会EPIC 智“防”异常行为识别威胁检测响应韧性安全增强 AI/ML识别光网络异常行为模式，检测可能造成的安全威胁，发现应对窃听、拦截等外部入侵，提 高脆弱性防护能力，对保护光网络中承载的敏感数据尤为重要 路由器控制器控制/管理平面：识别异常行为模式、发现外部 光交叉设备入侵事件、调控系统安全防护性能、计算业务可 物理层安全设备 靠传输路径等 传送平面：端到端数据可信互联能力 微元“两路简并” 2024年电力信息通信新技术大会EF 智“效”关键数据优先一服务质量改进一业务能力提升 AI/ML通过优先考虑和优化关键数据的传输来提高光网络的服务质量（QoS）1这对于视频流、云 应用、实时通信等多种业务共存于同一网络的场景尤为重要 差异化 业务需求人应用接口 OLT A引擎更新&管理 差异化业务QOS控制 设计&编排 光网控制器 光网络传输连接云DC 云网关 2024年电力信息通信新技术大会EPI 智“耗”用户状况研判一组件功耗调整一能源效率提升 AI/ML研判用户实际工作状况并根据需求调整网络组件的功率水平，有助于优化光网络各部分的能 源使用效率，降低整体能耗和运营成本 光纤到户vs.铜线➓入OXC/OTNVS.IP城域/骨干网光交换能耗VS.电交换能耗 能效改善78%能效优势显著低于后者1% 8'z Accesstp1.7 PowerConsumpton(kw) 10,000.00 LTE MetroOTN0,5 1,000.00 Ejectricalnodes 100.00(Packet-switched) UMTS25,6MetroIP 10.00 FTTHimproveenergyOXC0,005OXCandOTNarethemost1.00 FTTH0,3efficiencyby78%than energyefficiency OpicanodeMEMS-based coppertechnologies0.10(Crcut-switched) OTN Witn.wavelengthcomversion 0,44 VDSL1,40.010 Withoutwavelenngthconversion BackboneIP0,59 0.001 010100 AggregatedBandwidth(Tbps) 100 2024年电力信息通信新技术大会EPIC 智“规”需求要素分析一辅助规划设计网络优化决策 AI/ML分析用户行为、流量模式以及其他相关因素的数据来协助光网络的设计和规划，帮助网络规 划人员就基础设施扩展、升级和容量规划做出明智的决策 资源可视化 亚资源同路由普遍存在使能高可用网络 开通前：同路由业务升级 业务主备同路由预警 全网光纤路由地图业务主备路由分离增值服务 同路由异路由开通中：确保主备异路由 主备路由分离策略 同路由最小时延策略 物理设施数字李生异路由最小跳数策略 同路由 以光缆为例的哑资源 开通后：差异化业务溢价 主备路由分离 主备路由普通 2024年电力信息通信新技术大会EPI 智“传”物理性能监测→数字李生模拟→传输质量改善 通过实时监测光网络的性能参数（如信号功率、误码率等），AI/ML可以来模拟和补偿色散、非线 性效应，或调整调制格式，从而优化信号的传输质量 200/400/800G高速华率传输技术 Bit/Hz（高阶调制，偏振复用）） TypeNumberofSvstemChannelIransmissionDP-16QAM eapacityintervaldistance 2*20