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基于SNA架构的新华三网络智能化管理方案

时间:2020-07-08 10:07

 开篇:“智能+”时代网络智能化的必要性

随着人类社会第四次工业革命的到来,各行各业的数字化和智能化转型提到了前所未有的高度。2019年中国政府工作报告更是首次提出“智能+”作为国家战略。Gartner的技术曲线也表明,用新一代智能技术为传统产业转型升级进行赋能乃大势所趋,例如智慧城市和工业4.0等。网络作为智能化时代的基础设施和支撑底座,其本身也急需进行智能化的演进和升级。

 

 
 
 

数字化转型的驱动力和

对网络管理的挑战

 
 
 

数字化转型的驱动力

 

业务数据化。企业数字化转型意味着进行业务、流程和组织再造,把企业的核心资产、流程和管理等全部上网,即进行业务数据化。而网络是业务运行和数据承载的基础,因此网络平均故障发生间隔(MTTF)面临更高的要求;同时,要求具备一定的网络故障预判预测能力,故障后业务恢复更加迅速。

 

数据业务化。企业的数据是企业的重要资产,借助数据综合分析,更好地发挥价值为企业业务目标服务,即数据业务化。数据业务化要求信息系统能够更好地理解和承载业务目标。

 

业务需求和信息系统之间的缝隙需要弥合。意图网络(IBN,Intent-Based Network)的出现提供了一种很好的方式,把业务意图转变为系统策略,并下发给网络等基础设施执行。 

 

传统网络管理的挑战

 

传统网络管理系统的挑战来自于多个方面,主要表现在:

 

对于业务意图(Intent)的解析和转化存在不足。传统网络管理系统多是基于网元的管理操作系统,对于意图的转化和自动化处理在最初的系统设计上欠考虑。

 

其次,囿于数据采集和计算处理手段有限,传统网络管理系统的快速反应能力和大数据分析处理能力受限,基本上属于被动反应式(Reactive)处理系统。存在救火式维护、问题定位难、恢复难以闭环等诸多明显弊端。

 

数据驱动智能,数字化转型有了数据,为业务智能化奠定了基础。ABC技术(指AI,Big Data,Cloud)的出现,为综合性的智能分析洞察提供了支撑。社会各行各业,正在“智能+”思路的指引下迅猛发展。网络,也在遵循这个趋势进行快速革新和演进。

 

 
 
 

新华三新一代网络AI架构和实践

 
 
 

 

基于AI的先知网络管理框架

 

新华三在网络领域对解决方案、技术创新和运维管理等有近三十年的经验和积累。正是基于对网络行业的深厚理解,结合AI和大数据等技术,创新性地提出了先知网络管理框架。该框架总体上包括三个大的组成部分,即云端先知服务中心(SeerService Center)、局端(企业本地)先知网络中心(SeerNetwork Architecture Center,简称SNA Center)和移动端先知精灵App(SeerGenie)。

 

云端先知服务中心,重点是数据管理和模型训练管理。云端先知服务中心存储从不同局端SNA中心反馈过来的脱敏数据以及相关的版本经验数据;同时,基于这些数据进行模型训练,并将训练好的模型分发给局端分析器。以此机制进行AI能力的进化和共享,例如光学器件的寿命预测等。

 

移动端先知精灵App主要功能包括园区无线接入诊断、设备版本分析和关键信息推送等。其出发点是基于移动优先策略,给最终用户或者运维人员提供一个便携工具,提升使用体验。

 

局端先知网络架构中心,通常安装在客户本地,包括SNA Center、SeerEngine(先知控制器)和SeerAnalyzer(先知分析器)三个组件。主体功能划分上Center负责意图翻译,控制器负责自动化,分析器负责智能化。

 

客户业务意图通过控制器转译为策略,并最终转换成设备能理解的配置指令。

 

从系统论的角度,网络可当作一个动态系统来考虑。动态系统过程包括健康度判断、问题故障定位、修复措施计算和配置动作关联等,其后面的关键之处在于基于数据的AI/ML学习和分析。一个完整的流程包括:数据感知、存储计算、智能分析、可视化展示和优化闭环;优化后的数据进行新一轮的感知,并依此循环,如图3所示。对于SNA架构来说,先知分析器实现从数据的感知到分析洞察,先知控制器实现优化闭环动作。

 

新一代智能网络分析+动作系统,从面向业务的数据感知到主动智能分析,以及仿真预测和动作闭环,提供基于意图的智能管理能力。

 

面向业务的数据感知

 

数据是新时代的石油。于网络而言,数据是网络新时代—网络智能化时代的石油。一方面,数据驱动业务的发展,数据的重要性不言而喻;另一方面,业务拉动数据的开采,对于网络业务智能化系统而言,需要兼顾成本和效益,数据采集并非来者不拒。因此,应更加重视面向业务进行数据采集,数据服务于业务,从而更好地服务于用户。结合先知网络架构,从深度、广度和精度三个方面进行阐述。

 

 

深度数据感知服务于业务。Zoom-In方向,从Underlay物理管道,到Overlay逻辑管道,到会话应用,再到报文队列。Zoom-Out方向,从链路,到设备,到区域网络,到企业全局网络。例如对于队列报文的丢包和时空信息,综合分析丢包对客户具体应用的影响,并将影响在对应的应用层、逻辑层和物理层上呈现出来。

 

广度数据感知服务于业务。时间维度从历史旅程到现在,范围维度从网络本身到周边上下文,过程维度从单一系统到综合联动。通过采集5W1H数据,多维度关联分析后,对于SeerAnalyzer-Campus场景,实现数据感知。

 

精度数据感知服务于业务。精度可从时间精度和空间精度两方面来看。通过流式Telemetry/GRPC进行高速数据采集,例如以毫秒级的速度感知芯片buffer的变化,来分析网路的流量拥堵/畅通程度,真正明察秋“毫”。Telemetry/GRPC是先知分析器支持的标配技术(需芯片支持),而传统的SNMP做不到。通过INT(In-Band-Telemetry)方式,对应用路径沿途的时空(时间戳和链路/端口)信息进行精准测量和分析后,可以呈现全路径,消除路径盲区,实现沿途时延的可视化,有效帮助故障根因分析。

 

先知分析器的主动分析

 

主动(Proactive)智能分析是指SeerAnalyzer对感知和采集到的数据,基于智能模型和逻辑算法在后台不间断地进行多维综合计算,及时发现网络当前故障和隐患,并基于时序数据的动态学习,进行异常检测和趋势预测。

 

设备健康度是一个典型的主动分析计算的例子,通过对交换机系统平面、控制平面和数据平面关键指标的综合计算,以打分形式展现单台设备健康度;综合计算可得到整个网络健康度。系统平面包括常见的CPU、内存、电源、风扇和温度等子项指标;数据平面包括链路状态、转发表、ACL资源、芯片Buffer等子项指标;控制平面,包括BGP到RR连通状态等。这些指标,根据新华三的多年网络经验赋予不同的算子权重。同时,这是一个可扩充的指标体系,针对网络场景可以增加或更新指标项。

 

主动分析追求故障发现的及时性和准实时性,有别于传统意义上的被动式事后处理,一方面降低MTTK(MeanTime-To-Know),另一方面增强在线检测和预测水平,提升网络管理智能化水平。

 

预测仿真以及先知先觉

 

对网络中不同网元设备的时序数据进行周期性采集,基于模型主动计算,可以建立客户场景环境相关的动态基线,并对异常进行检测;或实现趋势预测,如光学器件寿命预测,流量趋势预测,系统容量预测等。

 

网络仿真,可在新业务上线前仿真对当前在网业务的影响,分析出设备和链路故障对现有业务的影响、网络变更的影响范围等,从而分析制定必要的应对措施,保证业务的可靠运行。其原理基础是whatif分析,作为一种统计分析工具,在网络中结合控制平面和数据平面变化因素分析,有利于提前做好网络变更的模拟并制定预案。

 

融合分析器+控制器的网络优化机制

 

WAN链路的带宽是一种宝贵的资源,同时对可靠性也提出非常高的要求, WAN链路优化是一个历久弥新的关键问题。在SD-WAN中,可以借助于SNA架构的分析器SeerAnalyzer和控制器SeerEngine组合提供一种新的解决方案。

 

形象地说,分析器实现大脑思考过程,控制器实现手眼配合等执行过程。

 

借助于分析器,对WAN链路状态进行主动计算,同时根据时序数据建立链路的动态AI基线,综合判断给出链路优化和切换依据。控制器基于分析器提供的 “依据”自动化的下发和调整相关设备 配置;新的链路状态依然会重复这个过程,从而实现了一种负反馈的闭环机制,园区的WiFi优化场景等也是如此。

 

总结起来看,借助于SNA架构,可以从数据采集开始,到事前、事中和事后不同时间,到网络、用户和应用不同角度,进行多维度分析和洞察,并通过可视化展示和优化联动,促进网络智能化管理水平提升。

 

 
 
 

网络智能化的演进

 
 
 

网络智能化的发展是一个循序渐进的过程,目前仍然处在比较初级的阶段。面向未来,一方面,网络智能运维将借助于相关技术的发展继续提升;另一方面,自动驾驶网络是一个更加激动人心和更具业务价值的方向。这里面包括业务场景的丰富和技术的进步,也包括行业标准的建立和客户价值提升等。

 

就智能运维来说,当前更多地是基于数据为主的感知智能的作用,这里的数据主要是指网络设备轨迹数据以及相关的周边上下文数据。从网络系统的复杂度、管理效率和人机友好等角度看,专家知识和业务经验将是一个有待深挖的宝藏,也预示着认知智能将在这一过程中发挥更大的作用。

 

就自动驾驶网络来说将会分阶段演进,从辅助驾驶、部分自动化、有条件自动化到高度自动化和最终的全自动。就像车辆的自动驾驶,一辆传统的车,由于机制原理从一开始不具备智能部件,即使全方位运维保养做得再到位,也实现不了自动驾驶。网络的智能运维和网络自动驾驶也是类似的情况。

 

“智能+”的浪潮席卷全球,也在革新网络行业的发展。新华三希望借助SNA架构,通过网络智能驱动客户业务智能化的发展,大力推动智慧城市建设和工业4.0等方向的数字化转型。