網(wǎng)絡(luò)智能化在多頻組網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用研究

王丹墨 龍彪 王慶揚(yáng)

【摘? 要】首先介紹了網(wǎng)絡(luò)智能化及其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能和應(yīng)用感知互操作的概念，然后探討了幾種可實(shí)際操作的網(wǎng)絡(luò)智能化在應(yīng)用感知互操作和多頻組網(wǎng)中應(yīng)用的場(chǎng)景，最后對(duì)網(wǎng)絡(luò)智能化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展、應(yīng)用感知互操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展以及后續(xù)研究重點(diǎn)進(jìn)行了闡述。研究表明，在保障用戶體驗(yàn)的前提下，網(wǎng)絡(luò)智能化及其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能為提高多頻組網(wǎng)的協(xié)同能力提供了有效、可行的實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡(luò)智能化;網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能;應(yīng)用感知互操作;多頻組網(wǎng)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.04.006? ? ? 中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2020）04-0028-04

引用格式：王丹墨，龍彪，王慶揚(yáng). 網(wǎng)絡(luò)智能化在多頻組網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用研究[J]. 移動(dòng)通信， 2020，44（4）： 28-31.

Research on the Application of Network Intelligence in Multi-frequency Networking Scenarios

WANG Danmo， LONG Biao， WANG Qingyang

（Intelligent Networks and Devices Research Institute of China Telecom， Guangzhou 510630， China）

[Abstract]?This paper first introduces the concepts of network intelligence， its network data analysis functions， and application-awareness interoperability （AAI）. Then several practical scenarios are discussed for the application of network intelligence to AAI and multi-frequency networks. Finally， this paper provides the standardization progresses of both network intelligence and AAI， and the key technical subjects for subsequent research are also described. Research shows that under the premise of ensuring user experience， the use of network intelligence and its network data analysis function can greatly improve the collaborative ability of multi-frequency network.

[Key words] network intelligence; NWDAF; AAI; multi-frequency network

0? ? 引言

當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)正式商用，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和新增頻譜，5G網(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)寬帶增強(qiáng)、高可靠低時(shí)延、低功耗大連接等多種場(chǎng)景和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景及商業(yè)模式。而4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景有限、商業(yè)模式單一，但未來(lái)4G網(wǎng)絡(luò)并不會(huì)被徹底取代，因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟穩(wěn)定、覆蓋全面深入，作為一張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，能長(zhǎng)期滿足基本的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)需求。如何充分發(fā)揮5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)、合理利用4G已有投資，在保證業(yè)務(wù)能力和用戶感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)投資與價(jià)值最大化，對(duì)于全球運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是個(gè)橫跨兩代技術(shù)的頂層設(shè)計(jì)問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，從網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和用戶體驗(yàn)的角度出發(fā)，針對(duì)各種應(yīng)用駐留4G和5G的策略、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和控制，3GPP開(kāi)展了應(yīng)用感知互操作這一研究課題，基于應(yīng)用特性、商業(yè)模型和運(yùn)營(yíng)策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)4G和5G接入方式的不同選擇的研究，以實(shí)現(xiàn)4G和5G的有效融合以及商業(yè)模式創(chuàng)新。3GPP定義的NWDAF（Network Data Analytics Function，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能）通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，使得5G網(wǎng)絡(luò)更加智能和靈活，NF（Network Function，網(wǎng)絡(luò)功能）也可以通過(guò)使用NWDAF產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行更準(zhǔn)確靈活高效的操作及部署。

圖1展示了3GPP eNA（enabler of Network Automation，網(wǎng)絡(luò)智能化）Release16[1]版本中的5G網(wǎng)絡(luò)智能化的通用架構(gòu)，NWDAF是網(wǎng)絡(luò)智能化的核心網(wǎng)絡(luò)功能。NWDAF應(yīng)從OAM（Operation Administration and Maintenance，操作管理維護(hù)）系統(tǒng)、AF（Application Function，應(yīng)用功能）和5G核心網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)功能中收集數(shù)據(jù)。對(duì)于來(lái)自O(shè)AM的數(shù)據(jù)，NWDAF使用由3GPP SA5組織定義的現(xiàn)有機(jī)制和接口?；诂F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對(duì)AF的部署方式，AF和NWDAF之間的交互可以通過(guò)NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放功能）來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者AF可以通過(guò)使用服務(wù)化接口直接接入NWDAF。NWDAF對(duì)收集的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并提供分析結(jié)果給5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能，以輔助其進(jìn)行策略制定。

1? ?網(wǎng)絡(luò)智能化的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

eNA是3GPP R16[1]和R17[2]版本中的重要研究課題之一，當(dāng)前R16版本已凍結(jié)，其標(biāo)準(zhǔn)化研究現(xiàn)已進(jìn)行到R17版本階段。NWDAF在R15版本中定義的主要功能是提供網(wǎng)絡(luò)切片負(fù)荷相關(guān)的數(shù)據(jù)分析信息。在R16版本中NWDAF定義了通用智能網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)，打通控制面、管理面以及應(yīng)用服務(wù)器，并且具有可在網(wǎng)絡(luò)中部署的基本功能，例如數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)分析結(jié)果反饋。在R17版本中將對(duì)R16版本中NWDAF的特性、架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化增強(qiáng)，解決R16遺留的問(wèn)題并研究新場(chǎng)景和新架構(gòu)。新增加的場(chǎng)景有NWDAF輔助5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)能，與人工智能技術(shù)結(jié)合，與模型訓(xùn)練平臺(tái)進(jìn)行交互。本文的內(nèi)容是基于R16和R17版本進(jìn)行探討的。

2? ?網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能和應(yīng)用感知互操作

3GPP TS23.288[1]中定義的NWDAF通過(guò)提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果給5G核心網(wǎng)或OAM來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)效率。例如把數(shù)據(jù)分析結(jié)果輸出給PCF（Policy Control Function，策略控制功能），以提高PCF的策略制定能力和準(zhǔn)確度。NWDAF具有如下幾個(gè)功能：可以基于NF等提供的事件訂閱信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中檢索信息、檢索NF相關(guān)的信息和提供數(shù)據(jù)分析給NF。NWDAF可應(yīng)用于如下幾個(gè)場(chǎng)景：識(shí)別網(wǎng)絡(luò)空載時(shí)間，可應(yīng)用于傳輸背景流量和用戶面選擇;增強(qiáng)基于service MOS的5G QoS機(jī)制;基于IoT設(shè)備正常的行為特征，可管控IoT設(shè)備被劫持的風(fēng)險(xiǎn);在4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的場(chǎng)景中，NWDAF可以輔助RFSP策略生成以在網(wǎng)絡(luò)切換過(guò)程中保障用戶體驗(yàn);NWDAF與模型訓(xùn)練平臺(tái)進(jìn)行交互。除了以上提及的應(yīng)用場(chǎng)景，NWDAF還可以輔助實(shí)現(xiàn)基于AAI（Application Awareness Interworking，應(yīng)用感知互操作）的4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)互通的應(yīng)用。3GPP TR23.727[3]中定義的AAI支持基于現(xiàn)有的應(yīng)用檢測(cè)相關(guān)的解決方案，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)到相關(guān)應(yīng)用（數(shù)據(jù)流可以是加密或非加密的或者是應(yīng)用的ID等）。

AAI中定義的兩個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景如下所示。

（1）場(chǎng)景1：E-UTRA（Evolved Universal Terrestrial Radio Access，演進(jìn)的全球陸地?zé)o線接入）接入點(diǎn)和NG-RAN（Next Generation Radio Access Network，下一代無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)）接入點(diǎn)分別連接到EPC（Evolved Packet Core，演進(jìn)的核心分組網(wǎng)）和5GC（5G Core，5G核心網(wǎng)）。場(chǎng)景1的具體應(yīng)用場(chǎng)景描述如圖2所示。E-UTRA接入點(diǎn)和NG-RAN接入點(diǎn)分別連接到EPC和5GC。

（2）場(chǎng)景2：E-UTRA接入點(diǎn)和NG-RAN接入點(diǎn)通過(guò)雙連接模式到5GC。場(chǎng)景2的具體應(yīng)用場(chǎng)景描述如圖3所示。E-UTRA接入點(diǎn)和NG-RAN接入點(diǎn)通過(guò)雙連接模式到5GC。

3? ?網(wǎng)絡(luò)智能化在應(yīng)用感知互操作和多頻? 組網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用

3.1? 網(wǎng)絡(luò)智能化在應(yīng)用感知互操作場(chǎng)景中的應(yīng)用

帶寬資源和網(wǎng)絡(luò)能源消耗是通信領(lǐng)域關(guān)注的兩個(gè)熱點(diǎn)。隨著通信技術(shù)的不斷迭代，用戶的需求大幅增加以及頻帶資源更加受限，所以如何高效利用現(xiàn)有帶寬資源和減少網(wǎng)絡(luò)能源消耗是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)需要解決的問(wèn)題。這兩個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題可以通過(guò)結(jié)合NWDAF和AAI來(lái)解決，具體的NWDAF在AAI場(chǎng)景中的描述如下。

（1）場(chǎng)景1：E-UTRA接入點(diǎn)和NG-RAN接入點(diǎn)分別連接到EPC和5GC。場(chǎng)景1的具體應(yīng)用場(chǎng)景描述如圖4所示。PCF利用NWDAF提供的用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)分析和業(yè)務(wù)使用習(xí)慣分析來(lái)下發(fā)RAT選擇的策略，即根據(jù)用戶應(yīng)用使用的習(xí)慣和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來(lái)判斷是否需要將此用戶從5G網(wǎng)絡(luò)切換到4G網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)此方案可以在保障用戶體驗(yàn)的前提下提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。

（2）場(chǎng)景2：E-UTRA接入點(diǎn)和NG-RAN接入點(diǎn)通過(guò)雙連接模式到5GC。場(chǎng)景2的具體應(yīng)用場(chǎng)景描述如圖5所示。在雙連接模式下，PCF利用NWDAF提供的用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)分析和業(yè)務(wù)使用習(xí)慣分析來(lái)下發(fā)數(shù)據(jù)流導(dǎo)向的策略，即根據(jù)用戶應(yīng)用使用的習(xí)慣和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)把不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流導(dǎo)向到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

AAI兩個(gè)主要場(chǎng)景中包括的網(wǎng)絡(luò)功能在3GPP 23.501[4]中的定義如下。

（1）NWDAF具有如下幾個(gè)功能：可以基于NF等提供的事件訂閱信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中檢索信息，檢索NF相關(guān)的信息，提供數(shù)據(jù)分析給NF。

（2）PCF（Policy Control Function，策略控制功能）具有的功能如下：支持統(tǒng)一的策略框架來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)行為，提供策略規(guī)則給控制面功能并下發(fā)策略，訪問(wèn)與統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)中的策略決策相關(guān)的訂閱信息。

網(wǎng)絡(luò)智能化在應(yīng)用感知互操作的應(yīng)用場(chǎng)景中，還可以綜合考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)或網(wǎng)絡(luò)接入量來(lái)適度分配網(wǎng)絡(luò)資源。具體方法：NWDAF收集用戶使用網(wǎng)絡(luò)情況的相關(guān)數(shù)據(jù)然后提供分配網(wǎng)絡(luò)資源的相關(guān)建議，再由網(wǎng)絡(luò)中的相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能去執(zhí)行。例如，在城市的CBD區(qū)域，白天工作時(shí)間內(nèi)使用網(wǎng)絡(luò)的用戶相對(duì)較多，此時(shí)需盡可能調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源保障用戶的服務(wù)體驗(yàn)。但是非正常工作時(shí)間內(nèi)，CBD區(qū)域的用戶相對(duì)較少，再結(jié)合考慮NWDAF提供的網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)來(lái)關(guān)閉部分基站或核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能，既可以保障用戶的服務(wù)體驗(yàn)還可以節(jié)約有限的網(wǎng)絡(luò)資源和減少能源消耗。

3.2? 網(wǎng)絡(luò)智能化在多頻組網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用

NWDAF可以在保障用戶體驗(yàn)的前提下提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依據(jù)用戶的應(yīng)用或服務(wù)的使用情況將用戶從高頻NR切換到低頻NR。具體應(yīng)用方法如下所示，NWDAF可以輔助生成RFSP索引（RAT/Frequency Selection Priority Index，選擇網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級(jí)索引）。然后由AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移動(dòng)管理功能）提供RFSP索引給RAN（Radio Access Network，無(wú)線接入網(wǎng)），然后RAN使用RFSP索引去驅(qū)動(dòng)UE進(jìn)行小區(qū)重選以控制空閑模式駐留。或者將相對(duì)活躍的或使用高級(jí)別應(yīng)用（例如AR、VR業(yè)務(wù)等）的用戶重定向到高頻NR以保障用戶體驗(yàn)，將不活躍的用戶或使用低級(jí)別應(yīng)用（例如P-to-P下載業(yè)務(wù)）的用戶切換到低頻NR以節(jié)約帶寬資源。以上描述的應(yīng)用場(chǎng)景可參考圖6，PCF通過(guò)使用NWDAF提供的頻率選擇輔助信息來(lái)下發(fā)數(shù)據(jù)流導(dǎo)向的策略，即根據(jù)用戶應(yīng)用使用服務(wù)或應(yīng)用的類型和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)把不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)流導(dǎo)向到對(duì)應(yīng)的頻率進(jìn)行傳輸。NWDAF訂閱/取消訂閱的過(guò)程如圖7示。在NF向NWDAF的訂閱過(guò)程中，將服務(wù)體驗(yàn)或節(jié)能相關(guān)信息（用于NWDAF輸出節(jié)能相關(guān)的輔助分析信息）添加到輸入信息中。在返回通知給NF的過(guò)程中，NWDAF提供網(wǎng)絡(luò)選擇和/或頻率選擇相關(guān)的輔助信息列表。在多頻組網(wǎng)的場(chǎng)景中，NWDAF會(huì)反饋頻率相關(guān)的輔助信息給請(qǐng)求訂閱的網(wǎng)絡(luò)功能。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能在5G網(wǎng)絡(luò)功能中是不可或缺的，其收集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來(lái)服務(wù)5G網(wǎng)絡(luò)以使得網(wǎng)絡(luò)高效化、智能化。除此之外，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能在應(yīng)用感知互操作中的應(yīng)用可以進(jìn)一步提升現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的效率。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能在多頻組網(wǎng)場(chǎng)景中的應(yīng)用可以有效減少網(wǎng)絡(luò)能源消耗和節(jié)約帶寬資源。3GPP R16版本中定義的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能已經(jīng)具有可在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際部署的基本功能，并將繼續(xù)在R17版本中補(bǔ)充和完善功能、架構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景。相信R17版本凍結(jié)之后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能及其他網(wǎng)絡(luò)功能可以更好地服務(wù)于5G網(wǎng)絡(luò)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]? ?3GPP. 3GPP TR 23.727 V15.1.0： 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Study on Application Awareness Interworking between LTE and NR （Release 16）[R]. 2018.

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作者簡(jiǎn)介

王丹墨（orcid.org/0000-0002-5320-9735）：移動(dòng)通信核心網(wǎng)技術(shù)員，碩士畢業(yè)于南安普頓大學(xué)無(wú)線通信專業(yè)，現(xiàn)任職于中國(guó)電信股份有限公司智能網(wǎng)絡(luò)與終端研究院移動(dòng)通信研究所，主要研究方向?yàn)楹诵木W(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、5G關(guān)鍵技術(shù)。

龍彪：工程師，碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)電信股份有限公司智能網(wǎng)絡(luò)與終端研究院移動(dòng)通信研究所標(biāo)準(zhǔn)副總監(jiān)，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化。

王慶揚(yáng)：高級(jí)通信工程師，博士畢業(yè)于華南理工大學(xué)電信學(xué)院，現(xiàn)任中國(guó)電信股份有限公司智能網(wǎng)絡(luò)與終端研究院移動(dòng)通信研究所所長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化。