2021-2022光网络人工智能(AI)应用研究报告.pdf

2021-2022光网络人工智能(AI)应用研究报告目 录1. 背 景 .12. 新 形 势 下 光 网 络 关 键 挑 战 . 22.1 光 网 络 引 入 AI的 驱 动 力 .22.2 光 缆 安 全 保 障 的 挑 战 .32.3 专 线 业 务 运 维 的 挑 战 .33. 光 网 络 AI应 用 场 景 分 析 . 43.1 AI 分 析 类 场 景 分 析 . 43.2 AI 预 测 类 场 景 分 析 . 43.3 AI 优 化 类 场 景 分 析 . 54. 光 网 络 AI关 键 实 现 技 术 . 64.1 实 现 光 网 络 AI应 用 的 技 术 挑 战 .64.1.1 精 准 感 知 挑 战 .64.1.2 主 动 预 测 挑 战 .64.1.3 AI泛 化 挑 战 . 74.1.4 安 全 可 信 挑 战 .74.2 光 网 络 AI应 用 解 决 方 案 架 构 .84.3 实 现 光 网 络 AI应 用 的 关 键 技 术 .94.3.1 融 合 感 知 技 术 .94.3.2 云 地 协 同 全 栈 AI技 术 .124.3.3 智 能 分 析 预 测 技 术 .134.3.4 智 能 仿 真 决 策 技 术 .145. 光 网 络 实 现 AI应 用 能 力 提 升 .165.1 AI 分 析 能 力 提 升 . 165.1.1 同 缆 风 险 智 能 识 别 .165.2.2 光 缆 拓 扑 智 能 规 划 .165.2.3 业 务 闪 断 智 能 定 界 定 位 .175.2.4 基 于 业 务 体 验 的 智 能 定 界 定 位 .175.3 AI 预 测 能 力 提 升 . 185.3.1 光 网 资 源 预 测 和 可 视 .185.3.2 光 网 健 康 预 测 和 可 视 .195.3.3 光 波 长 通 道 余 量 预 测 .205.4 AI 优 化 能 力 提 升 . 205.4.1 光 性 能 智 能 调 测 调 优 .205.4.2 光 网 络 资 源 智 能 优 化 .215.4.3 切 片 智 能 优 化 调 度 .226. 光 网 络 AI应 用 案 例 . 246.1 北 京 移 动 同 缆 风 险 智 能 识 别 的 AI应 用 .246.2 浙 江 移 动 光 网 健 康 预 测 和 可 视 的 AI 应 用 .256.3 OTN网 络 故 障 根 因 分 析 的 AI应 用 .266.4 光 纤 网 络 对 于 环 境 变 化 监 测 的 AI应 用 .277. 总 结 与 展 望 .29缩 略 语 列 表 .30【 参 考 文 献 】 .3211. 背 景1950年 10月 ， 图 灵 提 出 了 人 工 智 能 （ AI） 的 概 念 ， 从 非 智 能 对 话 机 器 人 引 发 人 工 智 能 第 一 波 浪 潮 ， 到上 世 纪 八 十 年 代 语 音 识 别 技 术 带 动 人 工 智 能 的 第 二 波 浪 潮 ， 再 到 本 世 纪 初 “ 深 度 学 习 之 父 ” GeoffreyEverest Hinton突 破 快 速 学 习 算 法 基 本 理 论 ， 再 加 上 GFU算 力 提 升 推 动 人 工 智 能 进 入 第 三 波 浪 潮 ， 2016年 3月 AlphaGo人 工 智 能 以 4:1击 败 李 世 石 成 为 人 工 智 能 超 越 人 类 智 能 的 标 志 性 事 件 ， 实 现 人 工 智 能 从 “ 研 究 ”到 “ 商 用 ” 的 转 变 。 自 此 ， 人 工 智 能 在 语 音 识 别 、 图 像 识 别 、 NLP等 领 域 不 断 刷 新 纪 录 。 如 今 ， 从 医 疗 行业 的 AI诊 断 ， 到 金 融 行 业 的 高 频 交 易 、 制 造 业 的 自 动 装 配 、 电 子 商 务 业 的 聊 天 机 器 人 、 汽 车 制 造 业 的 自 动驾 驶 、 教 育 行 业 的 虚 拟 导 师 等 ， 人 工 智 能 几 乎 无 处 不 在 。引 入 人 工 智 能 技 术 解 决 电 信 业 包 括 光 网 络 的 运 营 、 维 护 效 率 日 益 巨 大 的 挑 战 成 为 行 业 共 识 ， 也 在 国 内光 网 络 产 业 界 引 发 了 广 泛 的 讨 论 。 中 国 通 信 标 准 化 协 会 （ CCSA） 围 绕 着 光 网 络 的 AI技 术 和 智 能 化 运 维 ， 做了 丰 富 的 研 究 和 标 准 化 工 作 。 近 年 来 ， 人 工 智 能 在 传 送 网 领 域 的 应 用 研 究 、 接 入 网 运 行 管 理 维 护 智 能化 等 一 系 列 研 究 课 题 和 行 业 标 准 项 目 通 过 ， 用 于 指 导 人 工 智 能 技 术 在 光 网 络 的 使 用 。 中 国 移 动 牵 头 的 研究 课 题 数 字 孪 生 和 大 数 据 技 术 在 传 送 网 领 域 的 应 用 研 究 探 索 了 最 新 人 工 智 能 技 术 在 光 网 络 的 应 用 ， 相关 的 标 准 化 工 作 正 在 筹 备 中 。本 白 皮 书 结 合 光 通 信 领 域 的 光 纤 哑 资 源 管 理 、 业 务 疏 导 、 海 量 告 警 处 理 等 运 维 难 题 ， 中 国 移 动 联 合 设备 制 造 商 、 光 纤 光 缆 制 造 商 共 同 阐 述 了 AI在 光 网 络 领 域 的 总 体 架 构 和 关 键 技 术 ， 并 结 合 多 地 开 展 了 AI应 用试 点 ， 证 实 AI能 有 效 解 决 光 网 络 的 规 划 、 运 维 效 率 挑 战 ， 并 满 足 光 网 络 持 续 演 进 需 要 。22. 新 形 势 下 光 网 络 关 键 挑 战2.1 光 网 络 引 入 AI 的 驱 动 力随 着 互 联 网 +、 云 、 5G、 4K、 VR 等 新 业 务 和 新 技 术 蓬 勃 发 展 ， 数 字 经 济 下 新 的 价 值 体 系 正 在 重 建 ， 用户 体 验 要 求 越 来 越 高 ， 网 络 规 模 越 来 越 大1。 Ovum分 析 报 告 显 示 ， 过 去 10年 电 信 行 业 收 入 增 长 低 于 OPEX增 长 ， OPEX 在 电 信 网 络 TCO（ 总 体 拥 有 成 本 ） 的 占 比 从 62%上 升 到 75%， 平 均 每 1 万 台 设 备 运 营 维 护 需 要300 名 工 程 师 。 在 注 重 客 户 体 验 的 今 天 ， 用 户 只 要 对 服 务 用 户 的 端 到 端 业 务 链 条 中 的 一 环 不 满 意 ， 就 可 能全 盘 否 认 或 放 弃 这 家 运 营 商 ， 根 据 工 单 统 计 ， 58%家 宽 用 户 体 验 问 题 靠 用 户 投 诉 发 现 ， 57%企 业 用 户 投 诉 因业 务 中 断 或 SLA不 达 标 引 起 。 采 取 行 之 有 效 的 措 施 来 减 少 用 户 流 失 ， 提 质 保 收 ， 优 化 运 营 效 率 ， 以 优 质 服务 赢 得 更 多 用 户 已 迫 在 眉 睫 。对 数 据 和 信 息 的 掌 控 能 力 是 运 营 商 数 字 化 转 型 的 重 要 基 础 ， AI技 术 的 蓬 勃 发 展 为 运 营 商 数 字 化 转 型 带来 了 新 的 可 能 。 利 用 AI 强 大 的 数 据 分 析 和 信 息 提 取 能 力 ， 通 过 对 海 量 网 络 数 据 采 集 、 分 析 、 预 测 、 决 策 ，为 运 营 商 诊 断 网 络 质 量 ， 优 化 业 务 性 能 ， 减 轻 运 营 负 担 ， 改 善 用 户 体 验 带 来 无 限 可 能 。 运 营 商 网 络 引 入 AI是 数 字 化 转 型 的 必 然 方 向 。光 网 络 是 所 有 业 务 的 基 础 ， 物 理 底 层 网 络 让 光 网 络 具 备 独 有 的 时 延 稳 定 、 误 码 低 、 无 抖 动 、 带 宽 保 证的 等 特 征 ， 对 企 业 专 线 、 各 类 应 用 上 云 、 家 庭 云 VR/游 戏 等 质 量 要 求 高 的 价 值 客 户 ， 能 够 提 供 更 高 品 质 连接 和 更 优 质 服 务 。 如 图 2-1所 示 。图 2-1 光 网 络 数 智 化 场 景 示 意 图中 国 移 动 积 极 启 动 光 网 络 AI应 用 探 索 ， 化 解 网 络 运 营 效 率 和 业 务 提 质 增 收 中 面 临 的 各 项 挑 战 。向上：专业、高效、安全的基础网络32.2 光 缆 安 全 保 障 的 挑 战工 信 部 统 计 ， 2020 年 新 建 光 缆 线 路 长 度 428万 公 里 ， 全 国 光 缆 线 路 总 长 度 已 达 5169 万 公 里 。 庞 大 的光 缆 数 量 带 来 巨 量 光 缆 维 护 工 作 量 ， 每 次 人 工 调 配 时 间 长 达 数 周 ， 工 作 和 保 护 纤 芯 存 在 同 沟 /同 缆 风 险 ，业 务 开 通 、 安 全 性 同 时 面 临 挑 战 。光 纤 质 量 管 理 是 业 界 难 题 ， 故 障 定 位 难 ， 严 重 影 响 业 务 质 量 ， 纤 芯 性 能 劣 化 将 导 致 弱 光 频 发 ， 用 户 业务 受 损 。2.3 专 线 业 务 运 维 的 挑 战中 国 移 动 建 成 全 球 首 张 政 企 专 网 ， 覆 盖 全 国 31个 省 ， 132个 城 市 节 点 。 面 对 用 户 数 高 速 增 长 ， 提 升 专线 交 付 速 度 、 快 速 响 应 用 户 业 务 质 量 问 题 ， 成 为 光 网 络 运 营 新 挑 战 。据 国 内 运 营 商 数 据 统 计 ， 15%业 务 开 通 不 及 时 主 要 因 传 送 网 资 源 覆 盖 不 足 和 纤 芯 不 足 导 致 。 线 路 资 源规 划 不 足 ， 紧 急 扩 容 平 均 耗 时 21天 ， 给 企 业 用 户 体 验 带 来 严 重 影 响 。服 务 保 障 方 面 ， 业 务 故 障 提 前 发 现 、 自 动 定 位 、 性 能 自 动 优 化 、 故 障 快 速 修 复 ， 是 业 务 品 质 保 障 的 关键 。 业 务 中 断 、 闪 断 、 劣 化 等 故 障 是 客 户 投 诉 主 因 ， 当 前 故 障 维 护 仍 以 事 后 修 复 为 主 。劣 化 故 障 提 前 发 现 难 ： 据 调 研 ， 光 纤 缓 变 劣 化 类 故 障 占 比 20%到 50%， 该 类 故 障 具 有 提 前 发 现 难 、 人工 定 位 难 、 处 理 成 本 高 等 特 点 ， 往 往 在 “ 亚 健 康 ” 光 纤 或 波 长 通 道 （ OCh） 持 续 劣 化 导 致 业 务 受 损 后 被 动处 理 ， 因 不 能 满 足 SLA而 导 致 违 约 赔 款 的 案 例 屡 有 发 生 。 亟 需 智 能 预 测 分 析 、 自 动 优 化 和 主 动 运 维 能 力 。闪 断 故 障 无 法 自 动 定 位 ： 据 调 研 ， 近 一 年 内 某 高 价 值 客 户 发 生 50+起 闪 断 故 障 投 诉 ， 占 总 投 诉 90%以上 ， 最 高 峰 同 时 处 理 8 起 跨 省 闪 断 投 诉 。 业 务 闪 断 故 障 无 法 自 动 定 界 /定 位 ， 故 障 难 追 溯 ， 责 任 难 定 界 ，已 跃 升 为 传 输 运 维 头 号 难 题 。 亟 需 增 强 性 能 突 变 监 测 和 分 析 能 力 、 闪 断 故 障 自 动 定 界 定 位 能 力 。故 障 根 因 告 警 无 法 自 动 分 析 ： 据 调 研 ， 某 省 局 8 月 单 日 产 生 80000多 条 告 警 ， 设 置 抑 制 规 则 （ 线 路 中断 、 工 程 状 态 、 保 护 倒 换 等 ） ， 告 警 压 缩 可 达 77%， 但 告 警 分 析 工 作 依 然 巨 大 ， 亟 需 引 入 新 的 技 术 手 段 提 升压 缩 比 。43. 光 网 络 AI应 用 场 景 分 析3.1 AI 分 析 类 场 景 分 析1） 同 缆 风 险 智 能 识 别 场 景光 缆 哑 资 源 长 期 缺 乏 有 效 监 控 、 运 维 手 段 ， 主 备 业 务 或 关 联 业 务 实 际 部 署 到 同 一 条 光 缆 上 并 不 鲜 见 ，单 条 光 缆 中 断 后 主 备 业 务 或 关 联 业 务 同 时 失 效 ， 不 仅 导 致 业 务 中 断 ， 而 且 部 分 网 络 成 为 孤 岛 缺 乏 远 程 应 对手 段 。 以 人 工 巡 线 、 人 工 录 入 方 式 维 护 同 缆 信 息 ， 随 着 网 络 不 断 变 更 和 演 进 ， 综 合 资 源 管 理 系 统 同 缆 信 息数 据 不 够 准 确 ， 不 足 以 支 撑 精 准 识 别 同 缆 ， 效 率 和 识 别 准 确 度 较 低 ， 亟 需 引 入 AI 技 术 ， 智 能 识 别 主 备 业务 、 关 联 业 务 是 否 存 在 同 缆 风 险 ,保 障 网 络 高 可 靠 运 行 。2） 光 缆 拓 扑 智 能 规 划 场 景网 络 规 划 与 业 务 发 展 脱 节 ， 造 成 网 络 负 载 不 均 、 资 源 利 用 效 率 低 下 、 资 源 需 求 冷 热 不 均 ， 根 因 是 网 络拓 扑 已 经 无 法 匹 配 业 务 流 量 流 向 变 化 ， 基 于 业 务 精 准 预 测 反 向 优 化 网 络 拓 扑 ， 通 过 适 量 加 纤 加 缆 ， 实 现 网络 承 载 能 力 倍 增 ， 适 应 业 务 变 化 和 发 展 需 要 。3） 业 务 故 障 智 能 定 位 定 界 场 景秒 级 、 毫 秒 级 甚 至 微 秒 级 业 务 闪 断 发 生 频 次 高 ， 但 持 续 时 间 短 ， 无 告 警 上 报 ， 且 故 障 很 难 复 现 ， 基 本靠 用 户 投 诉 ， 人 工 定 位 和 回 溯 困 难 ， 严 重 影 响 客 户 感 知 和 运 营 商 口 碑 。 同 时 ， 用 户 卡 、 慢 、 断 体 验 差 与 应用 、 带 宽 、 连 接 多 个 维 度 紧 密 相 关 ， 根 因 定 位 定 界 涉 及 大 量 网 络 数 据 ， 人 工 分 析 效 率 很 低 ， 大 多 数 用 户 业务 体 验 问 题 难 以 根 治 。 迫 切 需 要 引 入 AI 技 术 ， 提 升 光 网 络 瞬 态 变 化 感 知 精 度 ， 实 现 性 能 瞬 变 监 测 和 闪 断智 能 定 界 定 位 ， 实 现 用 户 体 验 差 根 因 的 高 效 定 位 定 界 。3.2 AI预 测 类 场 景 分 析1） 光 网 资 源 预 测 场 景随 着 专 线 业 务 的 快 速 发 展 ， 业 务 发 放 效 率 成 为 运 营 商 的 核 心 竞 争 力 ， 而 传 统 的 三 滚 资 源 规 划 很 难 适 应专 线 的 随 机 性 和 突 发 性 ， 当 前 运 营 商 对 网 络 投 资 收 紧 加 大 了 资 源 精 准 预 留 、 业 务 快 速 发 放 的 难 度 。 引 入 AI智 能 资 源 预 测 ， 结 合 历 史 业 务 增 长 趋 势 ， 实 现 资 源 高 效 利 用 ， 业 务 发 放 “ 零 ” 等 待 。2） 光 网 健 康 预 测 场 景光 网 络 的 性 能 劣 化 、 隐 患 变 故 障 是 渐 进 式 发 展 的 ， 基 于 阈 值 的 人 工 判 断 方 式 难 以 识 别 ， 故 障 一 旦 发 生 ，5经 常 导 致 大 量 业 务 中 断 、 修 复 周 期 过 长 等 挑 战 。 随 着 光 网 络 承 载 的 业 务 流 量 增 长 ， 维 护 压 力 与 日 俱 增 ， 迫切 需 要 引 入 AI智 能 识 别 网 络 健 康 、 提 前 预 测 风 险 。3） 光 波 长 通 道 余 量 预 测 场 景随 着 数 字 化 经 济 的 发 展 ， 光 网 络 上 波 长 增 加 明 显 提 速 ， 同 时 为 了 增 加 网 络 可 靠 性 引 入 ASON 智 能 路 由调 整 ， 使 得 网 络 中 频 繁 加 掉 波 ， 从 而 对 现 有 波 长 性 能 产 生 影 响 ， 而 当 前 人 工 方 式 工 作 量 大 ， 效 率 低 ， 精 度差 。 引 入 AI 智 能 余 量 预 测 ， 自 动 对 波 长 余 量 进 行 动 态 仿 真 ， 精 准 模 拟 加 掉 波 对 现 有 波 长 的 性 能 余 量 变 化和 劣 化 根 因 分 析 ， 为 精 准 调 测 提 供 保 障 。3.3 AI 优 化 类 场 景 分 析1） 光 性 能 智 能 调 测 调 优 场 景一 二 干 融 合 、 省 本 一 体 化 、 区 域 干 线 驱 动 网 络 组 网 规 模 扩 大 ， ASON智 能 路 由 调 整 加 大 网 络 变 数 ， 光 模拟 网 络 面 临 手 工 调 测 效 率 低 、 出 错 概 率 高 、 效 果 不 可 控 。 引 入 AI 智 能 优 化 调 测 步 骤 ， 结 合 自 动 性 能 检 测 ，实 时 监 控 关 联 路 径 的 性 能 ， 保 障 网 络 处 于 稳 定 、 较 优 状 态 。2） 光 网 络 资 源 智 能 优 化 场 景为 适 应 动 态 的 业 务 变 化 、 保 障 网 络 性 能 指 标 时 刻 处 于 最 优 并 发 掘 网 络 利 用 潜 能 ， 需 要 对 波 长 、 链 路 和路 由 实 施 动 态 优 化 。 以 往 各 类 传 输 优 化 工 具 或 软 件 主 要 借 助 固 化 的 方 法 和 简 单 的 规 则 ， 甚 至 依 赖 工 程 师 的经 验 来 完 成 优 化 ， 并 未 识 别 到 本 质 特 征 、 考 虑 维 度 简 单 、 相 关 性 分 析 不 足 、 局 部 而 非 全 局 ， 所 以 优 化 的 结果 往 往 不 是 普 遍 有 效 。 如 今 随 着 网 络 规 模 和 业 务 规 模 的 不 断 扩 大 ， 传 统 优 化 方 式 难 堪 重 任 ， 需 要 引 入 人 工智 能 来 完 成 整 个 传 输 网 生 命 周 期 内 的 精 细 化 、 动 态 化 、 智 能 化 的 优 化 。3） 切 片 智 能 优 化 调 度 场 景8K 视 频 业 务 ， VR/云 游 戏 等 高 清 视 频 类 业 务 强 交 互 、 高 并 发 ， 与 传 统 上 网 、 语 音 等 弱 交 互 、 统 计 复 用业 务 相 比 ， 对 网 络 带 宽 、 时 延 、 丢 包 率 等 要 求 迥 异 ， 需 要 为 此 类 新 兴 业 务 预 留 独 立 的 资 源 以 保 障 业 务 体 验 ，依 赖 人 工 根 据 业 务 变 化 动 态 调 整 资 源 分 配 基 本 不 可 行 ， 引 入 AI 智 能 的 切 片 调 度 ， 保 障 不 同 业 务 的 差 异 化体 验 需 求 。64. 光 网 络 AI关 键 实 现 技 术面 向 光 网 络 哑 资 源 数 智 化 管 理 、 网 络 数 智 化 分 析 需 求 ， 通 过 引 入 AI和 数 字 化 技 术 ， 提 出 光 网 络 AI应 用解 决 方 案 ， 推 进 网 络 运 维 数 智 化 转 型 ， 实 现 运 维 提 质 增 效 ， 牵 引 网 络 技 术 变 革 。4.1 实 现 光 网 络 AI应 用 的 技 术 挑 战4.1.1精 准 感 知 挑 战作 为 模 拟 通 信 与 数 字 通 信 分 界 处 的 底 层 物 理 网 络 ， 光 网 络 面 临 底 层 模 拟 参 量 、 数 字 参 量 的 双 重 采 集 压力 ， 瞬 态 效 应 要 求 参 量 精 准 、 实 时 采 集 ， 进 一 步 加 大 光 网 络 感 知 挑 战 。1.感 知 范 围 广 ， 参 量 采 集 多光 网 络 是 一 个 高 复 杂 度 的 多 参 量 系 统 ， 包 含 各 种 不 同 类 型 的 光 器 件 、 光 模 块 、 单 板 、 业 务 形 态 、 光 纤光 缆 等 对 象 ， 同 时 面 临 大 量 哑 资 源 及 复 杂 多 变 的 外 部 运 行 环 境 （ 如 施 工 、 温 度 ） ， 不 同 对 象 具 备 物 理 属 性 、材 料 属 性 、 资 源 属 性 等 不 同 参 量 2。网 络 实 现 自 配 置 、 自 修 复 、 自 优 化 ， 需 要 对 光 网 络 进 行 有 全 面 、 及 时 、 准 确 的 把 握 ， 如 何 实 现 光 网 络全 参 量 、 哑 资 源 、 外 部 环 境 变 化 (如 施 工 、 温 度 等 )等 的 实 时 感 知 ， 对 光 网 络 感 知 、 哑 资 源 感 知 、 光 纤 传 感等 技 术 提 出 了 挑 战 。2.感 知 精 度 高 ， 实 时 要 求 高当 前 15 分 钟 /24小 时 的 性 能 数 据 已 经 远 远 不 能 反 映 网 络 中 发 生 的 瞬 态 效 应 ， 比 如 秒 级 /毫 秒 级 业 务 闪断 、 流 量 突 发 等 。 当 前 性 能 管 理 理 念 已 使 用 2 0 年 ， 存 在 大 量 无 效 数 据 ， 无 法 查 询 到 性 能 突 变 的 具 体 时 间点 ， 比 如 光 功 率 何 时 波 动 、 误 码 何 时 产 生 等 。实 现 对 光 网 络 的 高 准 确 智 能 分 析 预 测 和 性 能 突 变 精 准 捕 捉 ， 要 求 对 网 络 数 据 的 采 集 精 度 从 小 时 级 /分钟 级 提 升 至 秒 级 /亚 秒 级 ， 如 何 实 现 秒 级 /亚 秒 级 数 据 的 采 集 和 海 量 大 数 据 的 管 理 ， 对 硬 件 光 sensor 数 据采 集 、 软 件 高 性 能 数 据 流 转 等 技 术 提 出 了 挑 战 。4.1.2主 动 预 测 挑 战对 光 网 络 故 障 、 风 险 等 如 何 做 到 从 人 工 分 析 到 精 准 自 动 分 析 、 从 被 动 处 理 到 主 动 预 测 的 转 变 ， 面 临 以下 技 术 挑 战 ：71.感 知 手 段 不 全当 前 具 备 对 有 明 确 告 警 的 已 知 故 障 的 基 本 分 析 能 力 ， 然 而 用 户 体 验 下 降 多 为 无 告 警 上 报 的 未 知 静 默 故障 造 成 ， 人 工 分 析 不 全 面 ， 不 及 时 ， 这 对 多 维 度 关 联 分 析 、 智 能 识 别 未 知 故 障 提 出 了 技 术 挑 战 。2.故 障 识 别 不 准面 临 海 量 告 警 上 报 ， 当 前 基 于 固 化 的 规 则 /经 验 的 人 工 分 析 ， 难 以 快 速 准 确 定 位 故 障 根 因 告 警 ， 实 现向 故 障 自 动 分 析 的 转 变 ， 对 基 于 智 能 的 故 障 分 析 推 理 、 多 维 度 海 量 数 据 精 准 筛 查 等 技 术 提 出 了 挑 战 。3.风 险 预 测 困 难实 现 对 网 络 故 障 风 险 、 资 源 越 限 风 险 的 事 后 被 动 处 理 到 事 前 主 动 预 测 ， 对 系 统 自 动 获 取 规 律 、 风 险 预测 提 出 了 技 术 挑 战 。4.1.3AI 泛 化 挑 战光 网 络 AI算 法 模 型 ， 如 何 从 部 分 场 景 部 分 网 络 到 全 场 景 全 网 络 的 泛 化 能 力 提 升 ， 面 临 以 下 技 术 挑 战 ：1.数 据 获 取 和 高 效 安 全 管 理 难数 据 决 定 AI 算 法 准 确 度 上 限 ， 大 量 、 准 确 的 数 据 集 是 AI 算 法 模 型 训 练 的 基 础 ， 在 保 护 数 据 隐 私 前 提下 ， 如 何 获 取 、 高 效 处 理 、 安 全 使 用 运 营 商 数 据 ， 对 海 量 训 练 数 据 集 的 获 取 和 高 效 安 全 管 理 等 技 术 提 出 了挑 战 。2.AI模 型 可 泛 化 训 练 难当 前 光 网 络 AI应 用 ， 一 般 采 用 逐 局 点 专 用 AI 模 型 训 练 ， 由 于 不 同 网 络 环 境 、 业 务 场 景 差 异 大 ， 因 此模 型 推 广 成 本 高 、 共 享 难 ， 如 何 做 到 可 泛 化 的 AI模 型 训 练 ， 对 集 中 AI 大 模 型 训 练 和 逐 局 点 小 样 本 泛 化 技术 提 出 了 挑 战 。3.AI模 型 精 度 持 续 保 持 难对 于 离 线 训 练 算 法 ， AI 模 型 精 度 可 能 会 因 网 络 环 境 的 不 断 变 化 ， 模 型 精 度 难 以 保 持 ， 如 何 做 到 AI模型 精 度 的 基 础 保 持 ， 对 持 续 在 线 学 习 等 技 术 提 出 了 挑 战 。4.1.4安 全 可 信 挑 战对 光 网 络 业 务 、 资 源 、 性 能 等 进 行 自 动 配 置 和 自 动 优 化 时 ， 如 何 做 到 配 置 和 优 化 结 果 的 可 信 任 执 行 ，保 障 业 务 安 全 ， 面 临 以 下 技 术 挑 战 ：1.事 前 仿 真 难当 前 配 置 和 优 化 结 果 下 发 后 ， 再 由 人 工 进 行 事 后 测 试 /检 查 ， 可 能 造 成 业 务 受 损 风 险 ， 这 对 配 置 和 优8化 结 果 下 发 前 的 事 前 仿 真 和 事 后 校 验 等 技 术 提 出 了 挑 战 。2.实 时 在 线 仿 真 难当 前 单 网 元 /协 议 离 线 仿 真 ， 缺 乏 网 络 级 和 实 时 分 析 能 力 ， 仿 真 结 果 可 能 非 网 络 级 最 优 结 果 ， 这 对 网络 级 、 实 时 在 线 仿 真 等 技 术 提 出 了 挑 战 。4.2 光 网 络 AI 应 用 解 决 方 案 架 构光 网 络 AI应 用 解 决 方 案 架 构 可 以 为 运 营 商 提 供 哑 资 源 管 理 、 智 能 规 划 、 智 能 运 营 、 智 能 维 护 和 智 能 优化 等 AI应 用 ， 实 现 全 生 命 周 期 自 动 化 、 智 能 化 运 维 ， 支 撑 政 企 和 家 宽 业 务 高 品 质 发 展 。 整 体 架 构 图 如 图 4-1所 示 。图 4-1 光 网 络 AI应 用 解 决 方 案 架 构 图1. 管 控 系 统对 光 网 络 进 行 数 字 孪 生 ， 基 于 网 络 级 意 图 管 理 ， 集 成 网 络 级 AI 引 擎 ， 进 行 智 能 分 析 预 测 、 仿 真 和 决策 控 制 ， 提 供 网 络 全 生 命 周 期 AI应 用 ， 实 现 自 动 化 闭 环 处 理 。2. 网 元 设 备基 于 光 Sensor体 系 ， 对 光 参 数 据 进 行 全 面 、 精 准 、 实 时 感 知 和 采 集 ， 使 用 网 元 级 内 生 AI对 高 性 能 数据 分 析 、 处 理 和 压 缩 ， 实 现 网 元 级 分 析 预 测 、 智 能 决 策 ， 上 报 全 量 光 参 ， 精 准 计 算 噪 声 、 代 价 和 余 量 等 ，与 管 控 系 统 网 络 级 AI 进 行 功 能 互 补 。94.3 实 现 光 网 络 AI 应 用 的 关 键 技 术4.3.1融 合 感 知 技 术4.3.1.1 光 网 络 感 知 技 术面 对 高 复 杂 度 的 多 参 量 光 网 络 系 统 ， 为 了 能 够 全 面 、 精 准 、 实 时 感 知 光 网 络 状 态 ， 网 元 系 统 和 管 控 系统 需 要 从 维 度 、 精 度 、 频 度 等 多 个 角 度 进 行 光 Sensor 数 据 的 分 层 采 集 和 汇 聚 ， 并 通 过 AI 算 法 对 原 始 光Sensor 数 据 进 行 数 据 挖 掘 ， 支 撑 光 网 络 的 各 类 业 务 场 景 。网 元 设 备 ， 分 层 采 集 ：光 Sensor 技 术 是 以 光 技 术 手 段 感 知 、 检 测 多 种 物 理 量 ， 并 将 模 拟 物 理 量 数 字 化 的 一 种 技 术 。 网 元 系统 将 光 Sensor 技 术 采 集 的 数 据 进 行 4 层 划 分 ， 分 层 采 集 ： 光 业 务 层 、 光 部 件 层 、 光 信 道 层 、 光 链 路 层 。光 业 务 层 数 据 主 要 是 客 户 关 注 的 业 务 属 性 指 标 ， 比 如 带 宽 、 时 延 、 误 码 、 保 护 倒 换 时 长 等 指 标 ； 光 部 件 层数 据 主 要 是 采 集 光 部 件 的 物 理 指 标 ， 包 括 功 率 、 温 度 、 电 压 、 频 偏 等 ； 光 信 道 层 数 据 关 注 点 在 于 信 道 的 属性 特 征 ， 类 似 信 道 编 号 、 光 信 噪 比 、 单 波 功 率 等 ； 光 链 路 层 数 据 集 中 在 链 路 侧 的 特 征 ， 包 含 光 纤 损 耗 、 光纤 类 型 、 光 纤 事 件 等 。管 控 系 统 ：1） 数 据 汇 聚 ： 考 虑 到 数 据 存 储 结 构 和 内 容 的 差 异 性 ， 管 控 系 统 需 要 将 采 集 的 数 据 进 行 分 类 汇 聚 ， 可分 为 资 源 数 据 底 座 和 性 能 数 据 底 座 。 资 源 数 据 底 座 汇 聚 的 数 据 主 要 是 静 态 的 存 量 数 据 ， 比 如 业 务 存 量 数 据 、网 络 拓 扑 存 量 等 。 性 能 数 据 底 座 汇 聚 的 数 据 主 要 的 非 静 态 的 性 能 数 据 ， 比 如 性 能 、 告 警 、 日 志 等 随 着 网 络运 行 动 态 变 化 的 数 据 。2） 数 据 挖 掘 ： 汇 聚 的 资 源 和 性 能 原 始 数 据 表 达 的 信 息 量 始 终 是 有 限 的 ， 因 此 分 析 系 统 需 要 基 于 AI 算法 技 术 对 光 Sensor 数 据 进 行 数 据 挖 掘 获 得 额 外 的 信 息 量 ， 用 于 支 撑 感 知 、 诊 断 、 预 测 、 控 制 等 多 类 业 务场 景 。4.3.1.2 高 性 能 数 据 流 转 技 术面 临 光 Sensor 生 产 的 海 量 数 据 ， 需 要 一 套 灵 活 、 高 并 发 的 数 据 采 集 技 术 并 确 保 数 据 高 效 流 向 管 控 系统 。 光 网 络 中 使 用 的 高 效 流 转 技 术 是 建 立 网 元 设 备 内 和 网 元 设 备 与 管 控 系 统 间 的 高 速 传 输 通 道 ， 实 施 网 元设 备 分 布 式 本 地 决 策 和 管 控 系 统 集 中 式 智 能 控 制 两 层 处 理 ， 协 同 完 成 决 策 ， 如 图 4-2 所 示 。1 0网 元 设 备 内 高 效 采 集 ： 网 元 设 备 按 照 数 据 量 的 大 小 和 时 间 精 度 分 为 高 速 采 集 和 低 速 采 集 。1 ） 硬 件 上 ， 在 网 元 设 备 为 关 键 Sensor开 辟 快 速 外 送 数 据 到 硬 件 通 道 ， 使 用 高 速 缓 存 区 存 储 多 端 口 高精 度 数 据 （ 如 毫 秒 级 ） 。2 ） 软 件 上 ， 构 建 统 一 大 采 集 数 据 框 架 ， 抽 象 建 模 光 Sensor数 据 采 集 项 ， 灵 活 控 制 多 单 板 多 端 口 的 数据 并 发 采 集 ， 并 使 用 内 存 共 享 技 术 高 效 读 写 。网 元 设 备 与 管 控 系 统 间 高 效 传 输 ：1 ） AI 需 要 更 多 、 更 高 频 次 、 更 精 准 的 参 量 采 样 ， 参 量 上 报 通 道 带 宽 诉 求 出 现 x104级 别 变 化 ， 硬 件 架构 上 需 提 供 更 大 的 DCN吞 吐 能 力 。2） 传 统 的 参 量 查 询 式 响 应 仅 适 合 低 速 、 低 频 次 访 问 ， 无 法 满 足 AI 海 量 参 量 上 报 诉 求 ， 软 件 架 构 需 要基 于 订 阅 式 访 问 机 制 （ 如 Telemetry） ， 用 于 批 量 参 量 上 报 ， 提 供 高 效 海 量 数 据 传 输 。网 元 设 备 与 管 控 系 统 分 层 处 理 ： 网 元 设 备 和 管 控 系 统 间 需 尽 量 减 少 不 必 要 的 数 据 传 输 ， 采 用 分 层 处 理机 制 ， 网 元 设 备 需 预 处 理 数 据 ， 对 数 据 进 行 整 合 （ 例 如 ： 毫 秒 级 数 据 提 取 成 秒 级 数 据 ） 或 特 征 提 取 ， 并 采用 数 据 压 缩 技 术 降 低 数 据 传 输 量 。 管 控 系 统 根 据 必 须 的 网 元 设 备 级 数 据 进 行 网 络 级 决 策 控 制 。图 4-2 高 性 能 数 据 流 转 架 构 示 意 图4.3.1.3 哑 资 源 感 知 技 术1 ） 多 路 暗 光 纤 并 行 感 知 关 键 技 术现 网 光 缆 数 量 庞 大 ， 当 前 主 要 依 靠 人 工 管 理 ， 性 能 不 可 视 、 故 障 不 可 视 ， 管 理 效 率 和 资 源 准 确 度 面 临极 大 挑 战 。 例 行 巡 检 光 纤 质 量 ， 耗 时 耗 力 、 成 本 高 、 误 差 大 ； 业 务 扩 容 临 时 查 找 可 用 纤 芯 耗 时 长 ， 业 务 TTM1 1保 障 难 。通 过 反 射 光 信 号 对 散 射 进 行 数 字 化 逆 向 建 模 ， 在 线 轮 询 ， 监 控 空 闲 纤 芯 质 量 ， 解 决 空 闲 光 纤 性 能 监 控问 题 ， 实 现 多 路 暗 光 纤 并 行 感 知 ， 如 图 4-3所 示 。1 汇 聚 机 房 到 云 ， 逐 站 部 署 ， 实 时 监 控 全 量 芯 纤 质 量 。2 汇 聚 机 房 到 楼 ， 按 需 预 连 接 ， 1 芯 以 上 监 控 到 价 值 楼 宇 ， 实 现 点 亮 光 缆 到 楼 宇 ， 资 源 预 覆 盖 ， 保 障专 线 TTM。图 4-3 空 闲 纤 芯 质 量 智 能 监 控 原 理 示 意 图2 ） ODN 光 虹 膜 关 键 技 术传 统 ODN网 络 采 用 人 工 管 理 模 式 ， 运 营 商 无 法 直 观 地 获 取 资 源 和 拓 扑 信 息 。 数 字 化 ODN实 现 了 资 源 层 数字 化 管 理 资 源 和 拓 扑 信 息 ， 业 务 层 管 理 业 务 的 在 线 发 放 、 扩 容 和 故 障 管 理 服 务 。传 统 ODN网 络 采 用 人 工 管 理 模 式 ， 无 法 直 观 地 获 取 资 源 和 拓 扑 信 息 ， 运 维 困 难 。 数