中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書

通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書2023年6月中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書版權(quán)聲明本報告版權(quán)屬于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，并受法究其相關(guān)法律責任。中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-1- (一)網(wǎng)絡(luò)切片性能保障 5(二)邊緣計算路由優(yōu)化 6(三)UE行為分析及業(yè)務(wù)優(yōu)化 7(四)網(wǎng)絡(luò)擁塞分析 8(五)定位業(yè)務(wù)賦能 9(六)智能選網(wǎng) 10(七)QoS預(yù)測及可保持性分析 11 (一)NWDAF分析框架 12 (二)ML模型管理及交互 17 (三)數(shù)據(jù)管理和協(xié)調(diào) 21 (四)分析時間/時延管理 25(五)事件通知靜音機制 27(六)UE應(yīng)用數(shù)據(jù)采集 28 中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-2-前言隨著5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不斷鋪開，5G業(yè)務(wù)形態(tài)不斷創(chuàng)新和演進，5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)能力開始從單一化走向多樣化，網(wǎng)絡(luò)部署也逐漸從中心化轉(zhuǎn)為分散化/邊緣化，這些變化都對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)治理手段提出了巨大的挑戰(zhàn)。而近年來人工智能技術(shù)快速發(fā)展，人工智能算法的不斷演進和迭代，設(shè)備硬件能力持續(xù)提升，標志著人工智能技術(shù)的逐步成熟，也為5G網(wǎng)絡(luò)的智能化治理提供了一種可本白皮書針對3GPP定義的以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能NWDAF為核心的5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)，討論了5G核心網(wǎng)智能化的典型場景、系統(tǒng)架構(gòu)要求和關(guān)鍵技術(shù)能力，為未來的5G網(wǎng)絡(luò)智能化演進提供了一個思路。本白皮書由中國聯(lián)通研究院牽頭編制，參編單位包括(排名不分先后)：華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司、維沃動通信有限公司、騰訊云計算(北京)有限責任公司、中國信息通信科技有限公司、愛立信(中國)通信有限公司、上海諾基亞貝爾股份有限公司。中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-3-編寫組成員(排名不分先后)：中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-4-一、5G智能技術(shù)發(fā)展驅(qū)動力GG區(qū)和80%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行針對性的感知，并以此為基礎(chǔ)進行經(jīng)驗性的，甚至是預(yù)測性的動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。G供了契機，中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-5-設(shè)備性能的持續(xù)提升，也為5G網(wǎng)絡(luò)的智能化提供了可能性。作為5G網(wǎng)絡(luò)最大的數(shù)據(jù)生產(chǎn)者之一，5G核心網(wǎng)已經(jīng)成為了各個標準組體驗，進而提升5G網(wǎng)絡(luò)價值提供了一條值得探索的新路徑。二、5G智能化典型應(yīng)用場景 G務(wù)場景的多樣性為運營商帶來了巨大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和管理思路難以適應(yīng)快速發(fā)展和演進的移動通信網(wǎng)絡(luò)部署的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，構(gòu)建靈活和敏捷的5G網(wǎng)絡(luò)。中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-6-業(yè)務(wù)QoE情況的統(tǒng)計(如占總數(shù)多少百分比的用戶已經(jīng)低于SLA所和SLA保障。能預(yù)測，在用戶QoE下降之前提前完成資源的優(yōu)化配置，縮短或避免用戶對QoE降級的感知。 EdgeComputing是5G架構(gòu)的重要創(chuàng)新之一，在實際的部署中，同一個邊緣計算業(yè)務(wù)可能會在一個區(qū)域(如一個城市內(nèi))部署多個支持該業(yè)務(wù)的邊緣應(yīng)用服務(wù)器，隨著用戶使用業(yè)中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-7-動)等因素。的業(yè)務(wù)體驗。 (三)UE行為分析及業(yè)務(wù)優(yōu)化G作為用戶業(yè)務(wù)管理和調(diào)度的核心，擁有非常豐富的用中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-8-G通過分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，可以獲取特定區(qū)域，特定時間段G還可以根據(jù)第三方可提供的策略和需求信息，提供業(yè)EUE運營商可以針對性的調(diào)整用戶管理策略(如將異常UE強制下線)，UE并進行及時的處理。 (四)網(wǎng)絡(luò)擁塞分析傳統(tǒng)擁塞控制方案是人們基于對忙閑時經(jīng)驗判斷或者特定網(wǎng)絡(luò)中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-9-進行小區(qū)級別的擁塞判斷和預(yù)測，并將網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)上報給AF，指基于5GC的智能擁塞管控可充分實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況實時感 力的引入能夠有效提升定位性能，網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)(如終MF更適合當前場景(如終端位于室內(nèi)或室外)的定位方法，提高定位精中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-10- (六)智能選網(wǎng)在運營商5G網(wǎng)絡(luò)完成全面覆蓋之前，傳統(tǒng)的4GLTE網(wǎng)絡(luò)和助終端進行智能選網(wǎng)駐留。G網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)的核心，可以獲取到大量用戶業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)AF，AMF，SMF等網(wǎng)元獲取到用下，PCF可以為用戶終端制定出合適的RAT/頻率選擇策略(例如，RFSP，RAT/FrequencySelectionPriority)，從而對于NR和LTE之間的異系統(tǒng)選擇或者NR高頻和NR行有效和智能的判斷。-11- (七)QoS預(yù)測及可保持性分析QoS保障是移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)差異化服務(wù)能力的重要技術(shù)，第5G網(wǎng)絡(luò)的智能化分析網(wǎng)元通過采集網(wǎng)絡(luò)特定時間或位置區(qū)域的該預(yù)測結(jié)果可以通過能力開放的API接口發(fā)送給AF,業(yè)務(wù)提供能性大小，并在超出V2X應(yīng)用服務(wù)器設(shè)置的通知閾值時發(fā)送通知報VXGC的QoS可持續(xù)性統(tǒng)計中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-12-三、5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù) 1.數(shù)據(jù)采集及分析反饋核心網(wǎng)服務(wù)化網(wǎng)元網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能NWDAF(NetworkData圖15G核心網(wǎng)智能框架示意圖析所需要的原始數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^服務(wù)化接口獲取的數(shù)據(jù)包括如從中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-13-應(yīng)特定DNN/S-NSSAI的PDU會話建立、更新、釋放信息，從AFNEFQoE應(yīng)用服務(wù)器MNEF與AF進行交互。NWDAF的分析結(jié)果信息可以包括網(wǎng)絡(luò)性能需求，并在完。2.NWDAF發(fā)現(xiàn)和選擇NWDAF列表。NWDAF注冊到NRF中的NF配置文件可以包含NWDAF支持的AnalyticsID，支持的服務(wù)類型(如是否支持MTLFsID(如UE移動性分析)，攜帶其正在服務(wù)的目標UE標識以及對應(yīng)中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-14-UENWDAF析消費者可以向UDM進行查詢并找到所需的NWDAF。3.分析上下文的管理和傳遞F續(xù)執(zhí)行未完成的分析過程。等；NWDAF費中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-15-者選擇目標NWDAF后，觸發(fā)目標NWDAF發(fā)起。4.NWDAF分析聚合NWDAF結(jié)構(gòu)或樹狀結(jié)合并部署或鄰近部署，以實現(xiàn)快速的實時性數(shù)據(jù)獲取，而上級的分析報告。當多個NWDAF需要聯(lián)合完成一項分析任務(wù)時，需要有一個他非聚合NWDAF則在NF配置文件中包含分析元數(shù)據(jù)提供能力，F(xiàn)色期間，也可能同時在承擔獨立NWDAF或提供分析元數(shù)據(jù)的中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-16-圖2NWDAF分析聚合架構(gòu)示意分析消費者可能會在NWDAF發(fā)現(xiàn)和選擇的過程中指定一個目的NWDAF，在后續(xù)的分析請求和交互過程中，聚合NWDAF可以NWDAF的條件，進而完成分析聚合過程。分析消費者也可能不會在NWDAF發(fā)現(xiàn)和選擇過程中指定目標中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-17- 1.NWDAF邏輯功能分解因此NWDAF所使LNWDAF體，包括：下發(fā)給AnLF，用于后續(xù)AnLF的分析推理過程；從MTLF獲取的ML模型進行數(shù)據(jù)的分析和推理，生成分析消費者所請求的分析結(jié)果。一個NWDAF功能實體可能單獨包含MTLF或AnLF功能，也中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-18-圖3NWDAF邏輯功能分解示意圖2.ML模型管理和共享MTLFMTLF務(wù)于特定的服務(wù)區(qū)域，或LF一般情況下，ML模型的訓練過程和推理過程可能基于不同的中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-19-AI框架的設(shè)備(即AnLF)使用。為此，一種內(nèi)部預(yù)配置一個MTLF列表，并確保這些MTLF中的ML模型是AnLF可以識別和使用的，AnLF僅從包含在這一MTLF列表中的MTLF中請求ML模型。互用性指示，指示一個允許從該MTLF中檢索ML模型的AnLF供L發(fā)現(xiàn)和選擇流程中通過互用性指示和互用性Token發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的MTLF，并獲取其可以識別和使用的ML模型。3.多MTLF協(xié)同的聯(lián)邦學習中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-20-FederatedLearning)的圖4聯(lián)邦學習過程示意高效的ML模型訓練，而又不需要各個MTLF將訓練所需的原始數(shù)參與聯(lián)邦學習過程的MTLF可區(qū)分為服務(wù)器(FLServer)和客戶端(FLClient)，聯(lián)邦學習的角色(服務(wù)器/客戶端)和相應(yīng)的能力AnalyticsID中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-21-基于本地數(shù)據(jù)進行分布式的機器學習和模型訓練并產(chǎn)生本地ML模MLFLServer進行ML模型匯聚，形成于本地策略或者FLClient的狀態(tài)信息(如網(wǎng)元負載，能力信息，延遲信息等)進行成員的重新選擇以添加或者移除一些FLClient，從 1.數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)圍繞NWDAF構(gòu)建的5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)下，針對不同的階段定義了包含數(shù)據(jù)采集協(xié)調(diào)功能DCCF、消息框架(MessagingFramework)以及消息框架適配器功能MFAF的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)框架，如-22-圖5數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)框架在部署了DCCF的情況下，數(shù)據(jù)消費者(如NWDAF、分析數(shù)據(jù)存儲功能ADRF等)除了可以直接對接數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，還可以通過DCCF進行數(shù)據(jù)請求，在這種情況下，數(shù)據(jù)消費者的數(shù)據(jù)請求將發(fā)送給DCCF而不是直接發(fā)送給數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)消費者可以在數(shù)據(jù)請求中指示所需要的數(shù)據(jù)源NF或ADRF用于下一步的數(shù)據(jù)處理，CF數(shù)據(jù)源NF(如通過向NRF/UDM/BSF檢索)或ADRF。中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-23-GPP標準化定義，消息框架和3GPP系統(tǒng)之間的互通通過消息框架適配器功能MFAF實現(xiàn)，MFAF支持和5GCNF之間的3GPP消費者適配器(3CA)以及和DCCF之間的3GPPDCCF適配器(3DA)以和DCCF指示MFAF進行數(shù)據(jù)采集，并由消息框架完成數(shù)據(jù)處理后將獨立部署，也可以內(nèi)置在DCCF中。MFAF獨立部署的場景可適用2.數(shù)據(jù)存儲3GPP在Rel-17階段定義了分析數(shù)據(jù)存儲功能ADRF，用于存用于直接的分析推理過程，或由NWDAF(MTLF)用于進行ML模NWDAF進行重復的分析推理過程。以上過程可以由NWDAF、中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-24-ADRF圖6數(shù)據(jù)存儲框架ADRF中存儲數(shù)據(jù)或分析信息的ADRF服務(wù)消費者通過調(diào)用ADRF未來潛在數(shù)據(jù)或分析信息的存儲，可以由ADRF服務(wù)消費者通過向數(shù)據(jù)訪問方面：數(shù)據(jù)或分析信息消費者向ADRF請求已發(fā)生的時間窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)或分析信息，或通過數(shù)據(jù)檢索訂閱服務(wù)向ADRF訂閱包含未來時間的時間窗口期間的數(shù)據(jù)或分析信息，并由ADRFNWDAFDCCF進行訂閱，在收到對應(yīng)的數(shù)據(jù)或分析通知后將其所包含的信息發(fā)送給數(shù)據(jù)或分析信息消費者。3.數(shù)據(jù)的格式化和預(yù)處理當使用了基于DCCF/MFAF的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)框架，數(shù)據(jù)消費者可以-25-通知的觸發(fā)條件如事件交叉觸發(fā)、消費者請求觸發(fā)等，并可能指示DCCF或MFAF在向數(shù)據(jù)消費者發(fā)送通知的時候是否需要同時將數(shù)據(jù)通知發(fā)送給ADRF以進行數(shù)據(jù)的存儲。DCCF/消息框架針對所采集的數(shù)據(jù)進行初步的概括并形成一個單獨，在部署了消息框架和MFAF的情況下，數(shù)據(jù)的格式化和預(yù)處理指示由DCCF下發(fā)給MFAF，并進一步由消息框架執(zhí)行具體的處理過程。 (四)分析時間/時延管理中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-26-，其中包含NWDAF側(cè)評估的“修改的等待時間”信息(如還需要額外的10分鐘)，以輔助分析消費者判斷是否需要向新的NWDAF重新發(fā)起分析請求，還是繼續(xù)等待當前NWDAF的分析結(jié)進行數(shù)據(jù)的預(yù)采集和預(yù)分析評估得出的針對該AnalyticsID所需要配置文件的一部分注冊到NRF中，并作為分析消費者發(fā)現(xiàn)和選擇中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-27- AMF，SMF等)和數(shù)據(jù)消費者(如NWDAF，DCCF)可以支持事數(shù)據(jù)消費者可以通過事件訂閱中的以下標志位指示數(shù)據(jù)源進行事件儲數(shù)據(jù)的通知：但送事件通知；靜音的相關(guān)參數(shù)可以通過數(shù)據(jù)格式化和預(yù)處理指示發(fā)送給DCCF。中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-28- (六)UE應(yīng)用數(shù)據(jù)采集過UE建立的PDU會話進行所需數(shù)據(jù)的采集。UE應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集ASPSLA確定并配置在AF中，包括UE應(yīng)用可以向AF提供的信息，AF驗證UE應(yīng)用程序合法性所AUE則可以通過NRF查找應(yīng)用對應(yīng)的AF。應(yīng)用采集數(shù)據(jù))和間接采集(UE應(yīng)用將數(shù)據(jù)發(fā)送給AS，AF向AS獲取所需的數(shù)據(jù))兩種方式實現(xiàn)。AFUE戶隱私的應(yīng)用數(shù)據(jù)習慣等信息的暴露。中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-29-中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-30-選擇。儲(ADRF)和數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)(DCCF/MFAF)能力的標準化智能架構(gòu)的管理和調(diào)度。G智能架構(gòu)的探索和實踐，將顯著的提升業(yè)務(wù)的性能和中國聯(lián)通5G核心網(wǎng)智能架構(gòu)白皮書-31-縮寫英文全稱中文名稱5GC5GCoreNetwork5QI5GQoS標識符ADRFion分析數(shù)據(jù)存儲功能AF應(yīng)用功能AI人工智能AMF接入與移動性管理功能AnLF分析邏輯功能APIApplicationProgrammingInterface應(yīng)用程序接口AS應(yīng)用服務(wù)器ASPApplicationServiceProvider應(yīng)用服務(wù)提供商BSFBindingSupportFunction綁定支持功能DCCF數(shù)據(jù)采集協(xié)調(diào)功能DNNDataNetworkName數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱FLFederatedLearning聯(lián)邦學習GBRGuaranteedBitRate保障比特速率LMF定位管理功能MFAFMessagingFrameworkAdaptorFunction消息框架適配器功能MTLFModelTraininglogicalfunction模型訓練