智能化網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展及艦艇應(yīng)用分析

摘要：智能化網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人工智能技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，可以使網(wǎng)絡(luò)具備感知、思考、學(xué)習(xí)和行動(dòng)的能力。首先分析艦艇裝備對網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展提出的要求，其次介紹智能化網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，從ICT設(shè)備廠商、電信運(yùn)營商、學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)、美國海軍等維度介紹智能化網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展，最后總結(jié)艦艇網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀，探討分析艦艇網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展趨勢，為推動(dòng)艦艇網(wǎng)絡(luò)向高效能、智能化方向演進(jìn)提供支撐。

隨著艦艇網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)流量的迅速增加，業(yè)務(wù)類型的多樣化，網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性急劇上升，傳統(tǒng)“人工需求分析，人工部署實(shí)施，人工故障排除”的網(wǎng)絡(luò)管理模式對人員要求高，難以消除高層業(yè)務(wù)需求與底層設(shè)備配置之間的鴻溝，無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配與實(shí)際業(yè)務(wù)需求的最佳匹配，面向業(yè)務(wù)的服務(wù)定制能力不足，故障定位周期長，網(wǎng)絡(luò)整體效能不高。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過控制平面和數(shù)據(jù)平面解耦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程，大幅提升了網(wǎng)絡(luò)管理的自動(dòng)化程度。但是，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)編程的人員通常需要了解底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的相關(guān)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，極大地限制了非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的感知和控制。

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)在艦艇裝備中的落地應(yīng)用，各類業(yè)務(wù)對艦艇網(wǎng)絡(luò)的多樣化、差異化需求日益增長，實(shí)現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配與多樣化業(yè)務(wù)需求的最佳匹配尤為必要。智能化網(wǎng)絡(luò)將人工智能與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行高效融合，可以使網(wǎng)絡(luò)具備感知、思考、學(xué)習(xí)和行動(dòng)的能力［2］，提供比軟件定義網(wǎng)絡(luò)更加靈活、智能、自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)模型，為艦艇網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展提供了高效解決方案。

1 概念內(nèi)涵及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

智能化網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人工智能技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，相關(guān)概念主要包括基于意圖的網(wǎng)絡(luò)（Intent-Based Network，IBN）、意圖驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（Intent-Driven Network，IDN）、自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)（Autonomous Driving Network，ADN）、自智網(wǎng)絡(luò)（Autonomous Network，AN）等，主要推動(dòng)者包括IETF、ONF、TMForum、CCSA等標(biāo)準(zhǔn)化組織，思科、華為等ICT設(shè)備廠商，以及中國移動(dòng)、中國聯(lián)通等電信運(yùn)營商。

1.1 基于意圖的網(wǎng)絡(luò)

2015年6月，RFC7575在自主網(wǎng)絡(luò)上下文中引入術(shù)語“意圖”，它被定義為“用于操作網(wǎng)絡(luò)的高級策略抽象”。

2016年10月，開放網(wǎng)絡(luò)基金會ONF發(fā)布了《Intent NBI-Definition and Principles》，這是第一份描述“基于意圖的北向接口（NBIs）”文檔，該文檔定義Intent NBI是服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)提供者之間交互的聲明性范例/方法。

2017年，思科發(fā)布《向基于意圖的網(wǎng)絡(luò)邁進(jìn)》白皮書，首次給出基于意圖的網(wǎng)絡(luò)的定義：網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)可以用簡明的語言描述業(yè)務(wù)意圖，然后網(wǎng)絡(luò)就能夠?qū)I(yè)務(wù)意圖轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)策略，進(jìn)而在復(fù)雜異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中建立適當(dāng)?shù)呐渲谩?/p>

2021年12月，IETF網(wǎng)絡(luò)管理研究小組NMRG發(fā)布“Intent-Based Networking-Concepts and Definitions”草案，推動(dòng)意圖網(wǎng)絡(luò)術(shù)語、概念和功能的共同理解，指導(dǎo)相關(guān)研究和工程問題及其解決方案的進(jìn)一步定義。該草案定義意圖是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該滿足的一組操作目標(biāo)和應(yīng)該交付的結(jié)果的聲明。

1.2 意圖驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

2018年2月，華為發(fā)布意圖驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)解決方案，通過在物理網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)意圖之間構(gòu)建一個(gè)數(shù)字孿生世界，驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)從軟件定義網(wǎng)絡(luò)向意圖驅(qū)動(dòng)演進(jìn)。

2019年4月，華為發(fā)布《智簡網(wǎng)絡(luò)白皮書》，指出意圖驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（IDN）旨在構(gòu)筑一個(gè)全生命周期自動(dòng)化、智能閉環(huán)的新一代網(wǎng)絡(luò)。

1.3 自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)

2020年5月，中國聯(lián)通攜手電信管理論壇TMForum、華為發(fā)布《中國聯(lián)通自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)白皮書1.0》，首次公布了構(gòu)建中國聯(lián)通自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)架構(gòu)的關(guān)鍵要素和網(wǎng)絡(luò)智能化指數(shù)的分級評估方法。

2020年5月，華為發(fā)布《自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)解決方案白皮書》，系統(tǒng)闡述未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、運(yùn)維架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)。

2020年9月，華為發(fā)布《數(shù)據(jù)中心自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)白皮書》，全面闡述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的未來愿景、目標(biāo)架構(gòu)、分級標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用實(shí)踐，白皮書指出，數(shù)據(jù)中心自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)劃分為L0~L5級，每個(gè)級別具備不同的關(guān)鍵能力特征。

2022年，華為發(fā)布2022版自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)解決方案概覽，進(jìn)一步闡述自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)探索與實(shí)踐，對自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略與架構(gòu)、自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)系列解決方案進(jìn)行歸納總結(jié)。

1.4 自智網(wǎng)絡(luò)

2019年5月，TMForum聯(lián)合產(chǎn)業(yè)合作伙伴率先提出自智網(wǎng)絡(luò)理念，發(fā)布“Autonomous Networks： Empowering Digital Transformation For The Telecoms Industry”白皮書，目標(biāo)為簡化電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、自動(dòng)化和智能運(yùn)營以及創(chuàng)新服務(wù)，并就自治網(wǎng)絡(luò)概念和自動(dòng)化分類達(dá)成共識，首次提出自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)智能分級標(biāo)準(zhǔn)。

2021年10月，TM Forum聯(lián)合CCSA、中國信通院、中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通、華為等35家產(chǎn)業(yè)合作伙伴，共同發(fā)布《自智網(wǎng)絡(luò)白皮書3.0-助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型》中文版，全面闡述自智網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最新的業(yè)務(wù)需求、架構(gòu)、能力以及行業(yè)動(dòng)態(tài)和進(jìn)展，并給出參考實(shí)現(xiàn)方法和行業(yè)最佳實(shí)踐。

2021年12月，中國聯(lián)通發(fā)布《中國聯(lián)通自智網(wǎng)絡(luò)白皮書2.0》，從目標(biāo)架構(gòu)、方法體系、創(chuàng)新場景、技術(shù)展望等方面分享中國聯(lián)通在自智網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的最新探索經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐成果。

2 智能化網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

在智能化網(wǎng)絡(luò)解決方案方面，思科、華為、新華三、中興等ICT設(shè)備廠商均提出了代表性的解決方案;同時(shí)中國移動(dòng)、中國聯(lián)通等電信運(yùn)營商通過白皮書形式公開了相關(guān)研究成果和發(fā)展愿景;國內(nèi)學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)圍繞關(guān)鍵技術(shù)突破開展積極的研究探索;美國海軍在艦艇網(wǎng)絡(luò)的人工智能應(yīng)用方面取得了一定進(jìn)展。

2.1 ICT設(shè)備廠商代表性解決方案

2.1.1 思科

思科認(rèn)為基于意圖的網(wǎng)絡(luò)在如何規(guī)劃、設(shè)計(jì)和操作網(wǎng)絡(luò)方面提供一個(gè)重要的范式轉(zhuǎn)變，一個(gè)完整的基于意圖的網(wǎng)絡(luò)需要提供以下基本功能：

1）轉(zhuǎn)換：主要完成意圖的表征，使網(wǎng)絡(luò)操作員能夠以聲明性和靈活的方式表達(dá)意圖，將捕獲的意圖解釋為可以在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用的策略。

2）激活：使用全網(wǎng)自動(dòng)化將這些策略安裝到物理與虛擬網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中。

3）保障：使用數(shù)據(jù)的情景分析來提供驗(yàn)證，檢查操作與意圖的一致性，并不斷驗(yàn)證所期望的結(jié)果是否已實(shí)現(xiàn)。思科提出基于意圖的網(wǎng)絡(luò)解決方案如圖1所示。

2.1.2 華為

得益于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的成熟，華為推出了意圖驅(qū)動(dòng)的智簡網(wǎng)絡(luò)（Intent-Driven Network，IDN）解決方案。IDN旨在構(gòu)筑一個(gè)全生命周期自動(dòng)化、智能運(yùn)維、面向商業(yè)邏輯和意圖閉環(huán)的新一代網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自身的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，如圖2所示。

1）意圖引擎：接收業(yè)務(wù)意圖并將其翻譯成網(wǎng)絡(luò)策略，同時(shí)進(jìn)行策略驗(yàn)證。

2）自動(dòng)化引擎：將網(wǎng)絡(luò)策略變成具體的網(wǎng)絡(luò)命令，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動(dòng)化執(zhí)行。

3）分析引擎：基于Telemetry等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對速率、延遲、丟包等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集、分析。

4）智能引擎：基于AI算法和專家系統(tǒng)，將風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測和處置建議提供給意圖引擎。

華為認(rèn)為IDN將圍繞智能化和自動(dòng)化的終極目標(biāo)進(jìn)行階段式迭代發(fā)展，逐步演進(jìn)到全面智能自治的自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)。通過將AI、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化等技術(shù)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域深度結(jié)合，華為推出數(shù)據(jù)中心自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

意圖決策模塊識別用戶意圖并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)策略，通過自動(dòng)化模塊和仿真驗(yàn)證模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置部署和仿真驗(yàn)證。智能分析模塊結(jié)合實(shí)時(shí)采集到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果反饋至意圖決策模塊進(jìn)行決策變更，從而提供數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建、維、優(yōu)等各階段的網(wǎng)絡(luò)智能化。

2.1.3 新華三

新華三提出了具有智能化屬性的先知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（Seer Network Architecture，SNA），該架構(gòu)可通過“感知-分析-決策”的模式，將豐富的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維數(shù)據(jù)通過人工智能的訓(xùn)練和推理，轉(zhuǎn)化為更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)策略，來幫助最終用戶有效提升網(wǎng)絡(luò)智能分析和業(yè)務(wù)編排能力。

如圖4所示，SNA主要包括先知網(wǎng)絡(luò)中心、先知分析器以及網(wǎng)絡(luò)控制器三大模塊。

1）先知網(wǎng)絡(luò)中心：作為網(wǎng)絡(luò)智能管理、控制和編排的核心，不僅可根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)智能編排、業(yè)務(wù)協(xié)同和資源調(diào)度，更能匯總各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)，在其內(nèi)部AI平臺中進(jìn)行建模、評估、訓(xùn)練和調(diào)優(yōu)，并形成一系列智能網(wǎng)絡(luò)模型供調(diào)用。

2）先知分析器：通過Telemetry等毫秒級采集技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)中感知和采集各類數(shù)據(jù)，并經(jīng)清洗、抽取、轉(zhuǎn)換等處理，上傳到先知網(wǎng)絡(luò)中心。

3）網(wǎng)絡(luò)控制器：根據(jù)先知分析器形成的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)部署和調(diào)優(yōu)策略，以可編程的方式對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)實(shí)施管理，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化部署。

2.1.4 中興

中興提出了基于意圖的全生命周期智能化網(wǎng)絡(luò)解決方案，通過提供網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)仿真、網(wǎng)絡(luò)預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等智能服務(wù)，全面提升網(wǎng)絡(luò)智能化水平。主要包括意圖、自動(dòng)化、感知三大引擎，如圖5所示。

1）意圖引擎：接收用戶意圖，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化引擎進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的編排和控制，并根據(jù)感知引擎的分析，進(jìn)行用戶意圖的主動(dòng)性保障，從而形成用戶意圖的全生命周期的智能化閉環(huán)。

2）自動(dòng)化引擎：接收意圖引擎下發(fā)的配置信息，經(jīng)內(nèi)部處理后下發(fā)到實(shí)際設(shè)備上，完成意圖所對應(yīng)業(yè)務(wù)的創(chuàng)建。

3）感知引擎：采集全網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)、存儲，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，深度挖掘，預(yù)測，然后將分析結(jié)果發(fā)送給意圖引擎。

2.2 電信運(yùn)營商研究成果和發(fā)展愿景

2.2.1 中國移動(dòng)

針對生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和自動(dòng)化能力的多樣性，中國移動(dòng)采取“分而治之”的方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自治能力的“螺旋上升”。

參考TM Forum自動(dòng)駕駛網(wǎng)絡(luò)層次化架構(gòu)，結(jié)合具體實(shí)踐，中國移動(dòng)提出“四層三閉環(huán)”目標(biāo)框架，如圖6所示。

四個(gè)層次主要包括：1）網(wǎng)元管理：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元自動(dòng)化運(yùn)維;2）網(wǎng)絡(luò)管理：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化運(yùn)維;3）業(yè)務(wù)管理：實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動(dòng)化運(yùn)維;4）商務(wù)管理：實(shí)現(xiàn)用戶自動(dòng)化服務(wù)。

三個(gè)閉環(huán)主要包括：1）資源閉環(huán)：實(shí)現(xiàn)單域自治;2）業(yè)務(wù)閉環(huán)：實(shí)現(xiàn)跨域協(xié)同;3）用戶閉環(huán)：實(shí)現(xiàn)用戶與商務(wù)管理。

2.2.2 中國聯(lián)通

基于市場需求和技術(shù)發(fā)展，中國聯(lián)通定義了自智網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)架構(gòu)，如圖7所示。

該架構(gòu)以“單域自治、跨域協(xié)同”理念為指導(dǎo)，圍繞“應(yīng)用層-平臺層-網(wǎng)絡(luò)層”構(gòu)建自動(dòng)化、智能化能力，牽引自智網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。

1）應(yīng)用層：是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營數(shù)字化轉(zhuǎn)型的錨點(diǎn)，面向市場、客戶和網(wǎng)絡(luò)，提供集約化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力和業(yè)務(wù)賦能能力。

2）平臺層：是解決復(fù)雜生態(tài)中協(xié)作問題的核心引擎，面向多個(gè)自治域，通過數(shù)字孿生、意圖引擎、智能編排、AI、大數(shù)據(jù)等能力，提供網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、上線、發(fā)放、保障和優(yōu)化運(yùn)營能力，使能網(wǎng)絡(luò)智能化分析與運(yùn)營。

3）網(wǎng)絡(luò)層：是自智網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，面向單個(gè)自治域提供網(wǎng)絡(luò)資源和能力的自動(dòng)化調(diào)用。通過算網(wǎng)一體、服務(wù)內(nèi)生、網(wǎng)元自治、融合感知、智慧內(nèi)生的網(wǎng)絡(luò)能力，構(gòu)建自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自優(yōu)化、自演進(jìn)的新一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

2.3 國內(nèi)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)研究探索

在網(wǎng)絡(luò)智能化學(xué)術(shù)研究方面比較活躍的國內(nèi)學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)主要包括西安電子科技大學(xué)楊春剛教授團(tuán)隊(duì)、西安電子科技大學(xué)虞紅芳教授團(tuán)隊(duì)、東北大學(xué)李福亮副教授團(tuán)隊(duì)以及北京郵電大學(xué)彭木根教授團(tuán)隊(duì)等。

楊春剛教授團(tuán)隊(duì)圍繞人工智能信息通信網(wǎng)絡(luò)、意圖驅(qū)動(dòng)6G智簡網(wǎng)絡(luò)、無人立體空天地自組織網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知異構(gòu)融合跨域組網(wǎng)等方向開展了大量的研究，承擔(dān)了多項(xiàng)科技部、工信部意圖網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究項(xiàng)目，尤其在意圖轉(zhuǎn)譯和策略驗(yàn)證方面形成了豐碩研究成果，構(gòu)建了意圖驅(qū)動(dòng)信息通信網(wǎng)絡(luò)演示驗(yàn)證系統(tǒng)，是國內(nèi)意圖驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)最為活躍的研究團(tuán)隊(duì)。

虞紅芳教授團(tuán)隊(duì)在智能網(wǎng)絡(luò)等方面開展了相關(guān)研究，“面向應(yīng)用QoE的意圖網(wǎng)絡(luò)部署”針對服務(wù)質(zhì)量參數(shù)對QoE的影響程度無法感知等體驗(yàn)質(zhì)量管理問題，設(shè)計(jì)意圖框架對應(yīng)用的QoE進(jìn)行管理;“支持多類策略的意圖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)”研究支持多類策略的意圖網(wǎng)絡(luò)中時(shí)變意圖配置等問題，提出了時(shí)變意圖配置算法。

李福亮副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為、北郵、中國電信等單位在《軟件學(xué)報(bào)》發(fā)表“基于意圖的網(wǎng)絡(luò)研究綜述”，介紹了學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界對IBN范疇及體系結(jié)構(gòu)的描述，并概述了IBN實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)，詳細(xì)闡述IBN關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，舉例說明IBN在網(wǎng)絡(luò)測量和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)編排中的應(yīng)用。

彭木根教授團(tuán)隊(duì)圍繞意圖驅(qū)動(dòng)無線接入網(wǎng)絡(luò)中有效支持多樣化業(yè)務(wù)需求并持續(xù)保障網(wǎng)絡(luò)性能目標(biāo)，提出一種基于自然語言描述的意圖轉(zhuǎn)譯方法，解決了基于網(wǎng)絡(luò)語言描述意圖造成的轉(zhuǎn)譯僵化問題;構(gòu)建了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自優(yōu)化方法，解決了各類網(wǎng)絡(luò)參數(shù)“維度爆炸”造成的性能優(yōu)化算法復(fù)雜度高問題。

2.4 美國海軍艦艇網(wǎng)絡(luò)人工智能應(yīng)用進(jìn)展

2.4.1 利用人工智能進(jìn)行CANES加固

美海軍正在采取技術(shù)措施擴(kuò)大人工智能的應(yīng)用，對“統(tǒng)一海上網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)業(yè)務(wù)”（CANES）進(jìn)行加固。

CANES正被安裝在航母、兩棲攻擊艦、驅(qū)逐艦和潛艇上，美海軍已經(jīng)完成了至少50個(gè)CANES，并且還有更多的CANES正在生產(chǎn)中。

升級后的CANES依靠強(qiáng)化的網(wǎng)絡(luò)、IT連接、無線電及其他通信技術(shù)，進(jìn)行專門配置，提高在不需要操作員干預(yù)的情況下能夠執(zhí)行分析決策的自動(dòng)化程度。美海軍高級領(lǐng)導(dǎo)人認(rèn)為，CANES的連接性和人工智能的分析對艦載系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要，CANES的功能通過應(yīng)用人工智能新算法得到不斷提升。

2.4.2 利用人工智能建設(shè)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施

美海軍利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，著手建設(shè)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，以最大程度利用智能化的優(yōu)勢，解決數(shù)據(jù)訪問、維修保障等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

美海軍新型“福特”級航空母艦使用先進(jìn)的人工智能算法來完成診斷、維護(hù)和程序性任務(wù)，使得美海軍可以在每艘航母上減少900名水手，并在一艘艦船的壽命周期內(nèi)節(jié)省40億美元。

為最大程度發(fā)揮AI的潛能，美國海軍成立Hopper特遣部隊(duì)，致力于確保海軍數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施可快速按需、按規(guī)模使用AI，以便在未來以算法戰(zhàn)為特征的作戰(zhàn)環(huán)境中保持競爭力。

3 艦艇網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀及智能化演進(jìn)分析

3.1 艦艇網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

在裝備需求和技術(shù)發(fā)展的雙重驅(qū)動(dòng)下，艦艇網(wǎng)絡(luò)大致經(jīng)歷了數(shù)據(jù)總線互聯(lián)、業(yè)務(wù)專用網(wǎng)絡(luò)、全艇網(wǎng)絡(luò)一體化三個(gè)典型的發(fā)展階段，目前處于從業(yè)務(wù)專用網(wǎng)絡(luò)向全艇一體化網(wǎng)絡(luò)過渡的發(fā)展階段。

1）數(shù)據(jù)總線互聯(lián)階段

20世紀(jì)80年代，艦艇裝備主要采用分立式體系結(jié)構(gòu)，通過串、并口等點(diǎn)對點(diǎn)通信方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備間以及與傳感器、武器、導(dǎo)航等系統(tǒng)設(shè)備間的互聯(lián)互通。20世紀(jì)90年代，隨著艦艇內(nèi)部傳輸?shù)男畔⒘恐饾u增加，1553B數(shù)據(jù)總線開始應(yīng)用于艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)，將分布于各處的本地資源變成全系統(tǒng)的共享資源，一定程度上實(shí)現(xiàn)艦艇裝備綜合集成。

2）業(yè)務(wù)專用網(wǎng)絡(luò)階段

隨著作戰(zhàn)需求的演變，艦艇裝備系統(tǒng)間及系統(tǒng)內(nèi)部傳輸?shù)男畔⒘窟M(jìn)一步增加，對信息傳輸?shù)膸捯笤絹碓酱螅退俚臄?shù)據(jù)總線已經(jīng)不能滿足艦艇裝備互聯(lián)互通的需求。2000年初，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始應(yīng)用于艦艇裝備。由于各專業(yè)任務(wù)分工不同，艦艇裝備網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)、各自發(fā)展，逐步形成了“作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)、通信系統(tǒng)網(wǎng)、平臺系統(tǒng)網(wǎng)”三個(gè)不同技術(shù)體制的業(yè)務(wù)專用網(wǎng)絡(luò)。其中，作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)主要基于以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，側(cè)重高帶寬，通過“路寬輕載”兼顧各業(yè)務(wù)融合傳輸;通信系統(tǒng)網(wǎng)主要基于PTN技術(shù)發(fā)展，側(cè)重OAM，兼顧以太網(wǎng)接入和傳統(tǒng)話音的E1接入;平臺系統(tǒng)采用以太網(wǎng)+現(xiàn)場總線異構(gòu)組網(wǎng)，側(cè)重實(shí)時(shí)，底層控制采用現(xiàn)場總線，上層信息管理采用以太網(wǎng)，整體呈現(xiàn)“多網(wǎng)分散、網(wǎng)間隔離、互不兼容”現(xiàn)狀。

3）全艦一體化網(wǎng)絡(luò)階段

為實(shí)現(xiàn)信息基礎(chǔ)設(shè)施的顯著提升，打破各系統(tǒng)之間互聯(lián)互通瓶頸，統(tǒng)一技術(shù)體制，通過一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建艦艇各類業(yè)務(wù)共網(wǎng)傳輸和資源共享平臺成為艦艇網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。

一體化網(wǎng)絡(luò)是承載艦艇內(nèi)各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)、實(shí)施信息統(tǒng)一交換的重要基礎(chǔ)，采用“兩級扁平化”體系結(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)絡(luò)層級，提高傳輸效率，將網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù)系統(tǒng)解耦;通過“物理分布、就近接入”實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一IP承載;通過多級別服務(wù)質(zhì)量保障，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源按需精細(xì)調(diào)控，滿足多樣化業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量要求;通過集中管控，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃配置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、資源狀態(tài)感知和業(yè)務(wù)傳輸監(jiān)控等功能，提供細(xì)粒度可視、可管、可控的網(wǎng)絡(luò)管理能力。

3.2 艦艇網(wǎng)絡(luò)智能化演進(jìn)分析

基于意圖的智能化網(wǎng)絡(luò)針對不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與應(yīng)用場景，有不同的部署方式與獨(dú)特的功能設(shè)計(jì)，研究其在特定場景下的具體需求對意圖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的落地具有重要意義。

圍繞艦艇網(wǎng)絡(luò)智能化演進(jìn)，立足實(shí)現(xiàn)智能化網(wǎng)絡(luò)在艦艇中的落地應(yīng)用，重點(diǎn)從目標(biāo)圖像、技術(shù)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展思路等方面進(jìn)行分析探討。

1）目標(biāo)圖像

借鑒行業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能化應(yīng)用相關(guān)研究成果，結(jié)合艦艇網(wǎng)絡(luò)場景特點(diǎn)，建立智能艦艇網(wǎng)絡(luò)意圖模型，將高層多樣化業(yè)務(wù)需求抽象為意圖，通過感知推理轉(zhuǎn)譯將意圖轉(zhuǎn)化為底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置策略，自動(dòng)下發(fā)部署實(shí)施，持續(xù)監(jiān)測、實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)策略，實(shí)現(xiàn)艦艇網(wǎng)絡(luò)的自分析、自優(yōu)化、自演進(jìn)的智能化閉環(huán)。

2）技術(shù)架構(gòu)

在技術(shù)架構(gòu)方面，不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織和ICT設(shè)備廠商給出的技術(shù)架構(gòu)各有側(cè)重，需要結(jié)合艦艇網(wǎng)絡(luò)在一體融合承載，服務(wù)質(zhì)量保障，高可靠冗余交換，細(xì)粒度可管可控等方面的需求，研究提出智能化艦艇網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)，完成頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

3）關(guān)鍵技術(shù)

基于意圖的網(wǎng)絡(luò)等智能化網(wǎng)絡(luò)以意圖為核心驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化運(yùn)行，重點(diǎn)需要突破意圖感知獲取，意圖推理轉(zhuǎn)譯，配置策略驗(yàn)證，實(shí)時(shí)反饋優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制閉環(huán)，確保網(wǎng)絡(luò)始終滿足用戶意圖。

4）發(fā)展思路

考慮基于意圖的網(wǎng)絡(luò)等智能化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)進(jìn)程和技術(shù)成熟度，立足國產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)，結(jié)合艦艇的發(fā)展現(xiàn)狀，艦艇網(wǎng)絡(luò)智能化可按照“智能管控-智能交換-系統(tǒng)智能”路線演進(jìn)。

①智能管控：重點(diǎn)提升網(wǎng)管平臺的體驗(yàn)質(zhì)量，在硬件不升級情況下實(shí)現(xiàn)“集中管控”向“智能管控”的提升。

②智能交換：重點(diǎn)提升網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的智能水平，硬件架構(gòu)從“CPU+Switch”向“CPU+AI+Switch”演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能交換。

③系統(tǒng)智能：在智能管控和智能交換基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級智能，向自分析、自優(yōu)化、自演進(jìn)的智能閉環(huán)方向演進(jìn)。

3.3 艦艇網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人工智能的典型場景

人工智能在艦艇網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分析、特性挖掘、策略生成、趨勢預(yù)測等方面具備天然優(yōu)勢，其在艦艇網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用典型場景主要包括智能配置生成、智能故障預(yù)測、智能參數(shù)調(diào)優(yōu)等。

1）智能配置生成

業(yè)務(wù)應(yīng)用的多樣性、多變性導(dǎo)致艦艇網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性急劇上升，傳統(tǒng)人工需求分析、人工逐設(shè)備配置方式對人員要求高、耗時(shí)耗力、效率低下。基于現(xiàn)有艦艇網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訓(xùn)練人工智能網(wǎng)絡(luò)模型，針對典型應(yīng)用需求自動(dòng)生成配置策略，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求變化自動(dòng)進(jìn)行配置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高效智能配置。

2）智能故障預(yù)測

艦艇網(wǎng)絡(luò)故障排查和修復(fù)通常是在網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生之后進(jìn)行的，這種事后補(bǔ)救的故障排除方式會對系統(tǒng)運(yùn)行和任務(wù)執(zhí)行造成較大的影響。

利用人工智能對艦艇網(wǎng)絡(luò)歷史故障信息進(jìn)行特征提取，對未來一段時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)故障進(jìn)行主動(dòng)預(yù)測，從而有效降低網(wǎng)絡(luò)故障造成的影響。

3）智能參數(shù)調(diào)優(yōu)

通過對網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的實(shí)時(shí)采集分析，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化基于人工智能算法動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)帶寬、延遲、抖動(dòng)等性能參數(shù)的智能調(diào)優(yōu)，精準(zhǔn)匹配業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量要求。

4 結(jié)束語

以基于意圖的網(wǎng)絡(luò)為代表的智能化網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，相關(guān)研究及成果實(shí)踐主要聚焦電信運(yùn)營商場景應(yīng)用，聚焦裝備網(wǎng)絡(luò)智能化的研究多數(shù)還處于起步階段。聚焦艦艇網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，匯聚產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢力量，基于國產(chǎn)基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)，突破相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，最終才能實(shí)現(xiàn)艦艇網(wǎng)絡(luò)智能化落地應(yīng)用，走向自分析、自優(yōu)化、自演進(jìn)的智能化。