AI原生路由器白皮书-2024.07-37正式版

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2024年07月AI原生路由器白皮书前言拓展。以大模型为代表的AI技术引领自动化和智能化的进程，是新智能原生作为“互联网2030”的关键技术特征之一，将AI深自动、自愈、自优、自治的智能化转型。未来，AI技术不仅要融入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。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，旨在为行业提加智能、高效的网络环境奠定坚实基础。IAI原生路由器白皮书好未来！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IIAI原生路由器白皮书目录1.AI原生路由器产生背景..................................................................12.AI原生路由器能力特征与逻辑架构...............................................32.1.AI原生路由器能力特征.............................................................................32.2.AI原生路由器逻辑架构.............................................................................42.2.1.智能主控板............................................................................................52.2.2.智能线卡................................................................................................62.2.3.智能算力卡............................................................................................73.AI原生路由器应用场景...............................................................103.1.AI可靠.....................................................................................................103.1.1.设备级可靠：快速感知隔离自愈.......................................................103.1.2.链路级可靠：微秒级链路倒换..........................................................3.1.3.网络级可靠：秒级拥塞解除..............................................................3.1.4.协议级可靠：预测下一跳实现极速收敛...........................................143.2.AI运维.....................................................................................................143.2.1.光纤故障智能定位..............................................................................143.2.2.流量静默故障识别..............................................................................153.2.3.智能视频质差识别及故障定界..........................................................3.2.4.整网分钟级环路探测和溯源..............................................................3.2.5.路由策略在线预验证..........................................................................183.3.AI安全.....................................................................................................203.3.1.设备安全：设备内生安全..................................................................3.3.2.网络安全：AI-DDoS秒级闪防.........................................................213.3.3.管控安全：全网安全检测与自闭环...................................................233.4.AI节能.....................................................................................................243.4.1.静态节能.............................................................................................3.4.2.动态节能.............................................................................................4.总结与展望..................................................................................274.1.AI原生路由器部署建议..........................................................................274.2.AI原生路由器应用趋势..........................................................................285.缩略语列表..................................................................................31AI原生路由器白皮书6.参考文献......................................................................................32AI原生路由器白皮书1.AI原生路由器产生背景为代表的新一代AI技术的应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AI算法为核心，指从设计之初就将AIAI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、层细化。AI算法等AI络管控能力向着更为智能化和高效化的方向演进。AI原生路由器白皮书因此，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AI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，旨在为建更加智能、高效的网络环境奠定坚实基础。AI原生路由器白皮书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AIAI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、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

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、

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

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

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原生路由器白皮书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等协议与智能信息，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，AI原生路由器白皮书服务需求。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、机器学习等先进算数据支撑。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AI技术，构建内置于网络设备中的AIAI原生路由器白皮书和算法层，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，在软件支持AI智算分布式训练场景下TB至PB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，确保数据在网络中的高效传输。AI原生路由器的智能线卡立足于主控与转发平面架构，深度融合核心CPU及AI芯片，构建由嵌入式AI系统组建的智能面，通过嵌入式AI数据层，对数AI原生路由器白皮书流的特征信息。通过嵌入式AI算法层，能够实时地对网络流量进行深度分析，精准识别网络异常流量、恶意攻击等安全隐患，并自动采取相应的防护措施。智能线卡智能面采用流模型AI建模技术，对指定链路或者流通过基于五元的传输效率和稳定性。平迈向更高层次。通过集成内置了AI分析算法的智能光模块，可实时收集并解析光信号强度、噪声水平、延迟等关键参数，同步反映网络传输质量。通过AI故障类型的快速判定与定位。AIAI算法执行效率，加速网络流量的智能分析与处理，进一步确保AI原生路由器在复杂网络环境和大规模数据流量场景下，能够维持高效的转发性能和智能化的决策能力。2.2.3.智能算力卡为进一步提升AI原生路由器的处理能力，在初期阶段，可采取集成专用算力扩展模块的方式，即通过外插AI加速卡，来针对性地提升设备处理人工智能AI原生路由器白皮书活提升其AI处理能力。智能算力卡作为AI原生路由器的关键组件，通过流量感知技术提供对网络

流量的实时监控与分析能力。其中，服务感知（SA）卡是智能算力卡的典型代

表，承担流量的应用分析与感知任务，为网络管理引入智能化维度。SA卡集成

于传统流量统计，如包大小与传输速率，更深入至终端传输过程中的业务指标。

置算法对这些参数进行精细化的分析，以评估网络传输对业务质量的影响。

SA卡反馈的网络流量基线信息，包括流量的平均速率、峰值速率、数据包大小

控系统实时分析跨SA卡数据，形成整体流量视图，为异常检测提供全面依据。

响应速度，SA卡采用多CPU架构，可实现流量数据的并行处理，确保在高负

AI技术可动

趋势和周期性变化特征。结合实时更新的基线和历史基线库的比对，SA卡能够

AI原生路由器白皮书整个网络流量异常的感知能力和响应速度。AI原生路由器白皮书3.AI原生路由器应用场景3.1.AI3.1.1.设备级可靠：快速感知隔离自愈AS边界路由器中关键路由过滤规则被误删，致使核心路由器由于大规模（90万+）超负荷互联网路由条目而崩溃，继而引发BGP邻居大量中断和路由信息配置管理严谨性、大规模路由处理能力、BGP协议稳健性、网络流量管理及系统韧性的可靠性挑战。为解决上述问题，AI原生路由器的感知（Awareness）、故障隔离（Risk-isolation）和自愈（Kernel-recovery）能力构成ARK超稳机制，如图2工干预需求，实现了设备级可靠。具体而言，AI路由器通过感知技术，可实现数据流量秒级检测，配合健康状态感知技术对人为错误、火灾事故、网络攻击等网络运行状态进行实时感知，并在线关联分析CPU、内存等性能数据，及时发现并解决潜在问题，提供全天候（7*24小时）实时数据分析能力；通过智能故障隔离策略，能够在不影响全-10-AI原生路由器白皮书数据同步与校验，确保数据完整性与零丢失，同时保障业务运行的无缝连续性，达到真正的零中断目标。图2设备级可靠方案3.1.2.链路级可靠：微秒级链路倒换时间所具有的局限性，即使借助双向转发检测（BFD）协议将倒换时间缩短至受损的风险，同时突显了对更高层次链路级可靠性的迫切需求。为解决上述问题，AI原生路由器采用嵌入式AI技术结合NP的快速检测方案，通过智能化流量画像分析，在NP实现故障辨识后，完成微秒级流量切换，无需等待传输层通信。该方案具备光层无关、协议无关、业务无感的三重特性。其中，微秒级的流量自动切换功能是依托于嵌入式AI技术的高效处理能力，整-11-AI原生路由器白皮书体如图3所示，若两设备间的某光纤链路故障，AI原生路由器能主动识别该情况，并迅速将流量切换至其余正常的ECMP路径上，确保了故障链路下的数据转发快速转移，维持网络服务连续性。图3微妙级链路倒换AI实现“0”业务中断和“0”协议震荡的高效故障倒换，大幅度降低了网络隐形（网络协议容错内）丢包水平。而运营商试点验证结果，也证实了AI原生路由的丢包延迟均被控制在微秒以内，显著改善。总之，该方案为提升网络韧性与保障高敏感度业务流畅运行提供了创新路径，为建设高质量IP网络、保障-12-AI原生路由器白皮书优质应用体验提供了坚实的支撑。3.1.3.网络级可靠：秒级拥塞解除疏导拥塞流量，响应迟缓，耗时可长达数小时乃至数日不等。为解决上述问题，AI原生路由器通过嵌入式AI技术结合NP判断出现故障时需要调整的流量。举例而言，如图4所示，当城域网至骨干网间发生故障，如核心路由器（CR1）至C1方向光纤中断引起拥塞时，CR1通过嵌入式AI算法与NP对的城域设备上，以此来缓解原路径的拥塞。图4秒级拥塞解除-13-AI原生路由器白皮书间互备及协同工作的自适应与自闭环能力，进一步巩固了网络的韧性与可靠性，质量，实现网络层可靠。3.1.4.协议级可靠：预测下一跳实现极速收敛有路由技术在满足低时延、高可靠需求上的局限性。原生路由器通过内置AI跳位置。通过预判，AI原生路由器预先优化转发策略，包括最佳路径选择与带宽资源预留，确保当数据包抵达时，能即刻执行高效转发，极大减少转发延迟，实现网络的快速收敛。络体验，无感知的切换与极低的延迟满足。3.2.AI3.2.1.光纤故障智能定位在接入环裸纤场景中，光路中断问题较为突出，故障占比超过55%，严重-14-AI原生路由器白皮书障处理时长也面临着极大的挑战。针对上述挑战，AI原生路由器借助插入的智能光模块具备实时监测和反馈进行实时监测，并通过AI模型算法对采集数据实施预处理及特征抽取，同时结配维修任务，并生成故障维修建议，内含故障位置、故障类型及修复策略推荐，并确保所需资源配置精准到位。运营的连贯性与优化终端用户体验也至关重要，也标志着与AI结合的网络故障管理策略正向更高效率与智能化水平迈进。3.2.2.流量静默故障识别更智能、动态识别机制的需求。AI原生路由器引入智能面，并运用先进的学习与流量分析算法，通过持续-15-AI原生路由器白皮书为的深度理解。其内置的AI监控模块专注于单个网元内各端口流量趋势的智能识别，以及关键性能指标（KPI）的异常波动监测，当捕捉到激增或骤降等非常规变化时，将异常事件上报至监控系统，进行更高维度的网络级AI流量分析。网络层的监控系统，对汇聚层设备的端口流量信息进行监测感知，借助网络级AI算法进行深层次的分析，有效过滤掉由网络割接、业务切换等引起的误报，精准识别真正影响业务连续性的流量异常下降情况，如图5所示。通过深度学原生路由器能够分析流量的正常波动区间，建立起动态的基线模型，精确掌握网络流量的变化规律。当流量行为出现非预期的急剧变化时，AI原生或配置失误的直接反映。同时，实时监控机制可以及时向网络管理员发出预警，为快速故障诊断与恢复提供了强有力的支持。图5流量静默故障识别AI原生路由器不仅能够有效监控明显的流量异常，还可用于感知转发层面成潜在影响。通过监测数据包的转发路径与状态，AI原生路由器能够及时识别障检测及减少故障中断时间等方面，AI原生路由器展现了其在现代网络管理中障定位建议、恢复策略等，有效指导运维管理。这一应用实例证明了AI原生路-16-AI原生路由器白皮书化进步。3.2.3.智能视频质差识别及故障定界随着科技进步，视频会议系统从基本通讯工具跃升为关键的生产调度平台，影响服务效率与用户体验。AI原生路由器通过SA卡/随板内置嵌入式AI务顺畅运行。总而言之，AI路由器通过智能视频质差识别及故障定界功能，从根本上提-17-AI原生路由器白皮书环境。3.2.4.整网分钟级环路探测和溯源其在涉及动态路由协议互引的场景下，问题发生率高达70%，进一步加剧了运中实现高效故障溯源的迫切需求。AI原生路由器通过创新性地将数字地图功能融入路由反射器（RR），故障逐点检查，耗时冗长且难以准确定位故障根本，而AI原生路由器的部署仅需升连续性的潜在威胁。此外，AI原生路由器配备的实时监控与预警功能，赋能网现了AI技术在提升网络运维管理智能化水平上的核心作用。总而言之，网络中AI原生路由器的部署，显著增强了网络架构的智能化管效率。3.2.5.路由策略在线预验证2021年月46小时服务-18-AI原生路由器白皮书中断，其根源为BGP路由配置不当引发域名系统（DNS）服务失效；2022年7月8导致内存超载、BGP连接中断及系统运行异常；2024年1月，某地区用户在略在线预验证的紧迫性，以防范此类人为错误造成的重大网络事故。AI原生路由器构筑了创新的仿真平台功能，赋能网络管理人员在实施路由策略前进行预验证操作，具体如图6所示。该平台通过直观的仿真视图、策略务的连续性和安全性。图6路由策略在线预验证这一路由策略在线预验证机制允许用户在真实网络环境之外模拟策略调整，-19-AI原生路由器白皮书优化平台。3.3.AI3.3.1.设备安全：设备内生安全AI原生路由器采用设备身份合成引擎（DICE）机制，该机制依托硬件安全机制保障的统一诊断服务（UDS），实现链式生成安全启动流程中每一阶段的独特加密信息，如图7所示。各层级通过继承上级传递的加密信息并以安全方引发密钥泄露，系统将通过补丁触发系统自动更新密钥，实现持续的安全重构。图7设备内生安全DICE机制通过在安全设备各启动层级应用动态密钥，建立起从硬件至应用-20-AI原生路由器白皮书数字化环境提供了强大、灵活且持久的安全保障。3.3.2.网络安全：AI-DDoS秒级闪防于短时间内突发的T模式。传统防护机制，如基于Netstream流量5000:1比例，采样上报至检测设备，并据此五元组信息识别攻击，继而通知安全中心下发指令至DDoS清洗于2分钟以内突发的大规模流量攻击反应滞后，因此亟需更为高效、即时的防御解决方案。AI原生路由器通过嵌入式AI技术和可编程NP芯片结合的创新方案，实现全量间并迅速触发与清洗中心的协同机制，依据预设策略执行精确的流量牵引操作，将受攻击流量引流至专门的DDoS清洗设备进行清洗动作，以此高效应对网络攻击威胁，如图8所示，其中Flow采集设备的主要功能为Netstream日志采集和DDoS攻击流分析，DDoS清洗设备的主要功能为过滤攻击流量和回注业务流量。-21-AI原生路由器白皮书图8AI-DDoS秒级“闪防”运营商现网已成功验证了智能DDoS通过与传统DDoS够在2秒内即刻发现攻击行为，并在短短5秒内完成流量清洗作业，极大缩短了从检测到响应的时间差，确保了业务运营的连续性和稳定性，如图9所示。这一方案不仅大幅提升了网络对抗DDoS攻击的效率，更为维护网络服务的高迫切需求。图9DDOS瞬时攻击秒级实现闭环处理-22-AI原生路由器白皮书3.3.3.管控安全：全网安全检测与自闭环断，构建起一个自适应、自闭环的全方位安全防护体系，如图所示。图管控安全检测机制-23-AI原生路由器白皮书综上所述，管控安全方案不仅加强了网络的主动防御能力，还通过智能化、自动化手段提升了安全运维的效率与质量，有效提升了网络安全的自治与韧性，为构建可持续发展的数字安全环境提供了坚实的支撑。3.4.AI3.4.1.静态节能随着AI原生路由器在网络基础设施中的核心地位日益题，研究与实践将聚焦于节能技术的创新应用。有效降低设备能耗。当前，关键技术包括提高芯片集成度、采用先进制程工艺、以及实现严格的主设备功耗控制，旨在将整体功耗压制在20KW以下，进而简量难以快速散出。为解决这一难题，AI原生路由器在优化设备热管理的静态节能方面取得了单元（CDU）实现标准化接口对接，不仅简化了部署复杂度，还显著提升了能源使用效率（PUE），最大改善幅度可达30%，有力地推动了数据中心的绿色可持续发展。-24-AI原生路由器白皮书能散热控制系统精细化，以适应多样化的运行环境。这将不仅巩固AI原生路由引领绿色、高效网络设备的新纪元。3.4.2.动态节能动态节能技术作为AI原生路由器能耗管理的核心组成部分，动态节能技术低了运行期间的能量消耗，实现了按需供能、非必要时低耗或零耗的节能目标。能耗管理的透明与即时调控；智能风扇技术，依据芯片温度动态调整风扇转速，供电效率；手动与自动相结合的低功耗模式切换，智能识别并关闭非必要组件，减少闲置能耗；以及网板与通道级的动态节能措施，如网板休眠、Slice通道管理与SERDES链路的智能启闭，根据网络实时需求精细调整，深度挖掘节能空但这种方法未能充分利用网络流量的动态变化特征。计提供了新思路，也为网络流量的精准预测提供了坚实依据。AI原生路由器所不合理导致的数据丢包。-25-AI原生路由器白皮书开辟了新的路径。-26-AI原生路由器白皮书4.总结与展望4.1.AI原生路由器部署建议具备大路由、大带宽、大容量、大缓存、绿色节能、AI智能、高安全可靠等单AI原生路由器会展现出各异的具体能力特征，以适应其在整体网络中的特定角色和需求，具体如图所示。图AI原生路由器部署建议集群AI原生路由器在骨干网、城域网核心及互联网数据中心（IDC）核心AIAIAIAI驱动地自动化运维大幅降低了故障排查与修复成本，并利用AI在AIAI27-AI原生路由器白皮书屏障；在AI节能维度，通过芯片、设备级的以光补电、动态休眠技术、以及基T以及硬件三高的突破构建百TPb级别转发系统。城域AI原生路由器在城域网和IDC核心部署场景下，在AI可靠维度，需具备多业务承载能力，包括数据、语音和视频，以满足多样需求，利用AI技术AIAI技术提供智能化的管理和维护功能，降低运营商的运维成本；在AIAI技术加强对城域网的安全防护，确保用户数据的安全传输；在AI节能维度，需结合AI技术实现动态的能耗管理，以降低能源消耗，延长设备使用寿命。4.2.AI原生路由器应用趋势在AI原生路由器利用其深度学习能力，在增强网络可靠性方面展现了显著优势。在提升用户体验方面，AI原生路由器实现了对用户网络规避潜在的网络故障风险。具体应用中，AI原生路由器能够智能识别如高清视视频流和实时视频通信提供无缝、流畅的体验环境。对于追求极低延迟的游戏用户，AI定性，极大提升了游戏体验品质。在故障预防与维护方面，AI原生路由器利用性。综上所述，AI原生路由器在提升网络服务质量、保障用户体验及维护网络28-AI原生路由器白皮书稳定性方面发挥了不可替代的作用，代表了网络智能化管理与维护的前沿趋势。

在AI原生路由器实现了自

性能。具体应用中，在主动通知方面，当遭遇网络故障或性能下降情况时，AI

工介入的需求，同步增强了网络的稳定性和持续可用性。在配置调整方面，AI

赖于静态或预定义的规则，AI原生路由器则利用深度学习算法，综合分析网络

体验。总之，通过自动化工具与算法使AI原生路由器具备自我管理与优化的能

定、高效、自适应的基础，引领网络运维管理向更深层次的智能化转型。

在AI原生路由器显著体现了其在增强网络保护机制方面的

成高级加密技术与安全协议，AI原生路由器确保了数据传输和存储的安全性，

AI原生路由器能够迅速识别异常行为，及时拦截潜在的网络侵袭与数据外泄行

为，有效提升防御能力。此外，AI原生路由器还承担起定期评估网络安全态势

AI原生路由器在网络安全维护方面的应用，不仅提升了当前网络环境的安全韧

性，更为未来构建一个更加智能化、主动防御的网络安全体系奠定了坚实基础。29-AI原生路由器白皮书在AI节能场景下，随着绿色环保意识的全球兴起及对能源消耗问题的深切关注，