5G時代，網(wǎng)絡(luò)如何擁抱AI？

中國電信北京研究院|張志榮 朱雪田 李志軍

5G網(wǎng)絡(luò)將更加簡潔、敏捷、開放和集約，將顛覆現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、管理流程、產(chǎn)業(yè)生態(tài)，對設(shè)備商、運(yùn)營商和服務(wù)提供商等各方而言，挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存。相對于2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最大的特點就是更加扁平化。同時，5G還需要靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以實現(xiàn)資源的按需調(diào)配。

5G技術(shù)創(chuàng)新有兩大方向：一是為了支撐嚴(yán)苛的通信指標(biāo)，如體驗速率、端到端時延等，在接入網(wǎng)層面需要靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持多種接入技術(shù)；另一方面，5G還需要在無線資源智能化控制、邊緣計算、功能重構(gòu)、控制轉(zhuǎn)發(fā)/分離等方面開展創(chuàng)新。

目前我們正處在第三波AI（人工智能）革命浪潮中，這次革命與以往時代相比最大的區(qū)別是AI已經(jīng)走出實驗室，落地到各個場景，逐漸應(yīng)用到各個行業(yè)中。業(yè)界普遍認(rèn)為，第四次科技革命是繼蒸汽技術(shù)革命、電力技術(shù)革命、計算機(jī)及信息技術(shù)革命之后的又一次科技革命，而AI是第四次工業(yè)革命的重要推動技術(shù)。同時，英特爾認(rèn)為5G是第四次工業(yè)革命的開啟者。隨著5G和AI技術(shù)的發(fā)展，更大的變化即將到來。

AI給5G帶來機(jī)會

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變革趨勢

5G時代，增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信（mMTC）和高可靠低時延通信（uRLLC）三大類典型業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)有很大不同，因而5G必須在無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)等方面進(jìn)行變革與創(chuàng)新，需要從離散的專業(yè)網(wǎng)（如無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、IP網(wǎng)、承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等）向虛擬化、軟件化、云網(wǎng)一體化架構(gòu)等方向轉(zhuǎn)變，如圖所示。

圖 5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)變革

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)將把網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營從分散型向集約型演進(jìn)，由于歷史原因，傳統(tǒng)電信運(yùn)營商一般沿襲了自上而下的網(wǎng)絡(luò)組織和運(yùn)行方式，各個省市的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商均獨立建設(shè)和運(yùn)營基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，因此導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率低下、端到端業(yè)務(wù)體驗較差。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)用戶對網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營模式提出了更高的要求，因此網(wǎng)絡(luò)必須具有“統(tǒng)一集約規(guī)劃”“統(tǒng)一集約建設(shè)”和“統(tǒng)一集約管控”三大特征。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更多關(guān)注網(wǎng)絡(luò)底層的傳送能力，而對于承載網(wǎng)絡(luò)能力向上層應(yīng)用和新業(yè)務(wù)的創(chuàng)新開發(fā)并無過多的考慮，因此缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)開放接口，業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活。未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須要達(dá)到網(wǎng)絡(luò)能力接口標(biāo)準(zhǔn)化及開放的要求。

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，采用云計算來提供業(yè)務(wù)已成為大勢所趨，但是目前云和網(wǎng)之間缺乏靈活的握手互動機(jī)制，通常計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源多是彼此之間獨立靜態(tài)配置，無法統(tǒng)一按需提供。未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須向業(yè)務(wù)、IT和網(wǎng)絡(luò)云化以及基于DC（數(shù)據(jù)中心）集中部署并以DC為網(wǎng)絡(luò)核心的云網(wǎng)融合轉(zhuǎn)變。

5G接入網(wǎng)智慧化、共享化

5G基站中將引入AI，可以使基站支持智慧化的學(xué)習(xí)能力，實現(xiàn)資源調(diào)度靈活、高效，有效進(jìn)行智慧化的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，例如在小區(qū)進(jìn)行自動部署和彈性部署，實現(xiàn)小區(qū)自動分裂、干擾智能消除、容量彈性伸縮等，達(dá)到高效利用基站資源的目的。

另外，接入網(wǎng)共享應(yīng)成為5G時代發(fā)展的趨勢，不同運(yùn)營商之間采用5G基站共享、頻率共享的方法，可以減少單個運(yùn)營商5G基站設(shè)備和基站機(jī)房的部署投入，節(jié)省頻譜資源，大大降低成本，提高基站利用率，節(jié)省用電，綠色環(huán)保。由于5G基站實現(xiàn)了軟件化，因此不同運(yùn)營商所需的基站能力和資源能夠以軟件的形式部署在共享基站中，共享程度和靈活性大大優(yōu)于傳統(tǒng)基站。5G基站共享將節(jié)省基站部署和維護(hù)成本，整合資源，提升基站利用率，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提高投入產(chǎn)出比，提升共建、共享、共經(jīng)營的管理水平。

5G核心網(wǎng)虛擬化、切片化

5G核心網(wǎng)將實現(xiàn)虛擬化和切片化。5G核心網(wǎng)功能將采用通用硬件處理器（x86 CPU)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)來承載，將5G核心網(wǎng)功能虛擬化，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活調(diào)度與共享；實現(xiàn)功能與硬件解耦，硬件平臺通用化，屏蔽差異性，保證互通性；實現(xiàn)功能與位置解耦，基于虛擬化自動遷移等技術(shù)，根據(jù)需求靈活選擇模塊的部署位置，進(jìn)行基礎(chǔ)資源的動態(tài)獲取，根據(jù)業(yè)務(wù)量實現(xiàn)硬件資源彈性伸縮，按需靈活部署；實現(xiàn)功能可擴(kuò)展，能夠快速開發(fā)、升級和上線新功能。

5G核心網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)將以切片形式呈現(xiàn)，在運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)會運(yùn)行數(shù)十個甚至上百個切片，傳統(tǒng)依靠人工的運(yùn)維模式完全不能滿足5G網(wǎng)絡(luò)切片的建設(shè)。5G網(wǎng)絡(luò)最大的特性之一就是高度靈活性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片，這就要求5G網(wǎng)絡(luò)在部署規(guī)劃、運(yùn)行維護(hù)等方面，具備高度的自動化和智能化水平，可以進(jìn)行自動網(wǎng)絡(luò)能力編排。如果還采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、部署與編排方式，實現(xiàn)難度會大大增加。

因此，5G核心網(wǎng)虛擬化和切片化建設(shè)，是以AI為核心構(gòu)建自動化的運(yùn)維體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)控，對網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測、對故障進(jìn)行自動恢復(fù)，并且可以實現(xiàn)切片分鐘級上線，滿足快速變化的市場需求。不僅如此，AI在為5G注入自知能力的同時，也為產(chǎn)業(yè)鏈打開了新的成長空間。在未來5G時代，基于數(shù)據(jù)訓(xùn)練的AI能夠通過分析形成精準(zhǔn)洞察，自主設(shè)計出最能滿足商業(yè)目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)，靈活適應(yīng)智慧城市、智能制造、醫(yī)療、交通等多領(lǐng)域的需求。

移動計算邊緣化、本地化

MEC（移動邊緣計算）是邊緣計算和移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的產(chǎn)物，主要是為運(yùn)營商提供邊緣服務(wù)。MEC是5G與AI的交點。通過MEC和AI結(jié)合，運(yùn)營商在5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備“附近”（比如基站）提供更多服務(wù)，如數(shù)據(jù)的智能處理等。這樣，運(yùn)營商就可能從這些新的服務(wù)中獲得更高的利潤。

將MEC從核心網(wǎng)邊緣下沉到基站，即實現(xiàn)MEC本地化，對未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至關(guān)重要。通過在基站側(cè)增加計算、存儲、處理等功能，采用能互通互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的RESTful架構(gòu)和接口，構(gòu)建可以植入第三方應(yīng)用的開放平臺，并實現(xiàn)基站與MEC之間的信息交互，可以促進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)之間的緊密融合，有效滿足移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展所催生的新應(yīng)用領(lǐng)域（如AR/VR、自動駕駛、工業(yè)控制等）對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延等提出的更高需求，并減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

5G網(wǎng)絡(luò)安全與AI

安全性是5G網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時需要重點考慮的問題。以往的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗證明，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之初就應(yīng)該考慮安全問題。對于5G網(wǎng)絡(luò)而言，由于引入更多新業(yè)務(wù)和新終端形態(tài)，安全的意義更加凸顯。5G催生的大量差異化業(yè)務(wù)場景、SDN/NFV等技術(shù)的引入、商業(yè)模式上的創(chuàng)新以及大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入到運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中，都意味著5G將對安全提出更高的要求。

具體而言，多種接入技術(shù)采用的安全機(jī)制各不相同，為了改善用戶業(yè)務(wù)體驗和提高鑒權(quán)認(rèn)證效率，在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮采用統(tǒng)一的認(rèn)證架構(gòu)。同時，由于大量低成本的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，如何滿足這些設(shè)備的安全和隱私保護(hù)需求，也是要考慮的重點。

此外，5G時代將產(chǎn)生大量的行業(yè)應(yīng)用，運(yùn)營商會將網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)一步開放，這就會導(dǎo)致用戶個人信息、用戶使用的業(yè)務(wù)信息等暴露在比較開放的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點里。如果沒有增強(qiáng)的隱私保護(hù)技術(shù)，那么就很可能有惡意攻擊者借助大數(shù)據(jù)等技術(shù)獲得用戶隱私數(shù)據(jù)，對用戶的信息安全造成威脅。

因此可以利用數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、智能分析、可視化和AI等技術(shù)，直觀顯示和預(yù)測網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢，為網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)警防護(hù)提供保障，可在自學(xué)習(xí)過程中提高5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的防御能力?；谌斯ぶ悄芎蛣討B(tài)防御技術(shù)，可以檢測和防御未知的網(wǎng)絡(luò)威脅；使用機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計模型，可以尋找惡意軟件家族特征，預(yù)測進(jìn)化方向，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和刪除惡意文件，保護(hù)5G網(wǎng)絡(luò)免受未知的安全威脅；還可以對異常網(wǎng)絡(luò)流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、篩選、處理，自動生成安全報告，利用人工智能入侵檢測技術(shù)實現(xiàn)高精度地預(yù)測、檢測和阻止網(wǎng)絡(luò)攻擊。此外，人工智能技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)營管理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全風(fēng)險自評估及物聯(lián)網(wǎng)安全問題上均有應(yīng)用前景。

通過感知環(huán)境提升決策能力

未來的5G網(wǎng)絡(luò)需要達(dá)到用戶對網(wǎng)絡(luò)的定制化要求，就需要提升當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的決策能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化。為了能給特定業(yè)務(wù)按需建立網(wǎng)絡(luò)切片，以達(dá)到靈活使用和管理網(wǎng)絡(luò)的目的，有必要讓移動網(wǎng)絡(luò)具備感知環(huán)境的能力，對不確定因素進(jìn)行學(xué)習(xí)，設(shè)計相應(yīng)行為，合理地配置網(wǎng)絡(luò)。

AI可以用來對變量進(jìn)行學(xué)習(xí)，預(yù)測未來狀態(tài)，通過和環(huán)境交互找到潛在解決方案。因此，5G時代的移動網(wǎng)絡(luò)可以利用AI和環(huán)境進(jìn)行交互以改變網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作模式，實現(xiàn)智能的5G時代。智能5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠從真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中讀取、觀察和分析各類網(wǎng)絡(luò)信息，同時也能采取相應(yīng)的行動策略對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境加以控制。

AI為5G提供了機(jī)會和價值

AI給5G網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)帶來了更多機(jī)會。面對超負(fù)荷的移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量，AI可以利用這些數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的事件，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)分配和參數(shù)的動態(tài)配置；隨著網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)化，AI能夠分析新興的業(yè)務(wù)請求并為其匹配最合適的接入點以滿足用戶的性能需求；AI可以助力5G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)警報響應(yīng)速度和安全威脅防護(hù)能力提升，從而使網(wǎng)絡(luò)更好地應(yīng)對突發(fā)網(wǎng)絡(luò)狀況。

同時，AI將為5G的自動化和智能化提供有價值的幫助。根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要求，5G將支持各種應(yīng)用場景。為了支持這一系列高性能指標(biāo)，5G系統(tǒng)引入了大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和毫米波通信等先進(jìn)技術(shù)，技術(shù)復(fù)雜度顯著提高，參數(shù)配置更加靈活。這些都對運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、日常運(yùn)營和維護(hù)提出了較高的要求。現(xiàn)實情況是5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化和維護(hù)等要求將極大地提高以后工作的復(fù)雜性和繁瑣性，以人工為主的傳統(tǒng)模式將無法適應(yīng)。

5G給AI帶來發(fā)展機(jī)會

一直以來，AI都被譽(yù)為是第四次工業(yè)革命的基礎(chǔ)。而AI發(fā)展的三大必備要素——數(shù)據(jù)資源、運(yùn)算能力、核心算法，現(xiàn)階段均有極大的潛力可以挖掘，這其中通信技術(shù)至關(guān)重要。相對于2G、3G、4G帶來速率提升不同，5G能夠帶來更高的帶寬、更快的傳輸速率、海量的連接數(shù)量、更低的功耗、更高的可靠性等諸多能力。屆時AI將有機(jī)會獲得更為龐大的數(shù)據(jù)，同時過度依賴云端處理的困境也將被打破，實時分析決策將徹底擺脫現(xiàn)有的束縛。

在“萬物互聯(lián)”的時代，無線連接將會成為常態(tài)，5G將使AI計算架構(gòu)實現(xiàn)云端、邊緣端和終端之間的靈活配比，徹底釋放AI潛能。而在AI的加持下，5G將會激活更多傳統(tǒng)行業(yè)并開啟眾多新興領(lǐng)域。當(dāng)前除了智能手機(jī)外，物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、AR/VR等領(lǐng)域都將發(fā)生翻天覆地的改變，帶來更多的可能性。

5G的大量應(yīng)用將徹底革新無人駕駛、數(shù)字醫(yī)療、VR/AR、智能城市、智能家居等眾多垂直行業(yè)，引爆全新的應(yīng)用場景和商業(yè)模式。5G應(yīng)用發(fā)展將經(jīng)歷三個發(fā)展階段：第一個階段是把終端和網(wǎng)絡(luò)連接起來，5G的高帶寬、低時延和大連接能力，使得萬物互聯(lián)成為了現(xiàn)實；第二個階段是在終端設(shè)備互聯(lián)之后，對整個產(chǎn)業(yè)和用戶產(chǎn)生價值，并且隨著時間推移，終端得以進(jìn)化，變得越來越聰明；第三個階段是終端設(shè)備發(fā)展到海量之后用人工智能進(jìn)行控制和管理。

AI與人類處理信息的方式類似，終端將“聽到”和“看到”的海量信息在邊緣進(jìn)行一次加工和提煉，然后在AI大腦進(jìn)行統(tǒng)一處理。但是受制于體積、功耗和成本，終端的處理能力有限，這些信息會在邊緣數(shù)據(jù)中心利用云端更加強(qiáng)大的計算能力進(jìn)行處理，再送往AI大腦。為了帶來更好的業(yè)務(wù)體驗，5G網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)用與云端和邊緣端結(jié)合得更加緊密。5G核心網(wǎng)分布式架構(gòu)完美匹配應(yīng)用延伸到邊緣的需求，邊緣網(wǎng)關(guān)將信息直接轉(zhuǎn)發(fā)到邊緣應(yīng)用，幫助AI將應(yīng)用延伸到邊緣。

AI時代多種多樣的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)提出了不同的需求，智慧城市需要海量的連接，智慧交通需要超低的時延，智慧家庭需要超大帶寬。每個AI的應(yīng)用都需要一個專屬網(wǎng)絡(luò)，因此要根據(jù)應(yīng)用需求實時動態(tài)地進(jìn)行調(diào)整，滿足快速變化的業(yè)務(wù)需求。而5G核心網(wǎng)構(gòu)建邏輯隔離的網(wǎng)絡(luò)切片，能提供網(wǎng)絡(luò)功能和資源按需部署的能力，來滿足未來這些行業(yè)多樣化的業(yè)務(wù)需求，為每個AI的應(yīng)用打造一個私人定制的網(wǎng)絡(luò)。

隨著技術(shù)能力的提升和應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，AI在5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、運(yùn)維領(lǐng)域的巨大潛力將得到進(jìn)一步釋放。5G是基礎(chǔ)設(shè)施，就像信息高速公路一樣，它為海量的數(shù)據(jù)處理和信息的傳遞提供了可能性。而AI不僅是云端的大腦，而且是能夠完成學(xué)習(xí)和進(jìn)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，成為人類智慧的延伸。5G和AI的結(jié)合，將給全社會生產(chǎn)力的發(fā)展帶來前所未有的改善。