网络智能化在多频组网场景中的应用研究

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　　【摘  要】首先介绍了网络智能化及其网络数据分析功能和应用感知互操作的概念，然后探讨了几种可实际操作的网络智能化在应用感知互操作和多频组网中应用的场景，最后对网络智能化标准进展、应用感知互操作标准进展以及后续研究重点进行了阐述。研究表明，在保障用户体验的前提下，网络智能化及其网络数据分析功能为提高多频组网的协同能力提供了有效、可行的实现方法。
　　【关键词】 网络智能化;网络数据分析功能;应用感知互操作;多频组网
　　doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.04.006      中图分类号：TN929.5
　　文献标志码：A      文章编号：1006-1010（2020）04-0028-04
　　引用格式：王丹墨，龙彪，王庆扬. 网络智能化在多频组网场景中的应用研究[J]. 移动通信， 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
　　当前5G网络已经正式商用，通过技术创新和新增频谱，5G网络支持移动宽带增强、高可靠低时延、低功耗大连接等多种场景和丰富的应用场景及商业模式。而4G网络应用场景有限、商业模式单一，但未来4G网络并不会被彻底取代，因为其技术成熟稳定、覆盖全面深入，作为一张基础网络，能长期满足基本的移动宽带业务需求。如何充分发挥5G技术优势、合理利用4G已有投资，在保证业务能力和用户感知的基础上实现网络投资与价值最大化，对于全球运营商来说是个横跨两代技术的顶层设计问题。为解决此问题，从网络演进和用户体验的角度出发，针对各种应用驻留4G和5G的策略、网络优化和控制，3GPP开展了应用感知互操作这一研究课题，基于应用特性、商业模型和运营策略，实现对4G和5G接入方式的不同选择的研究，以实现4G和5G的有效融合以及商业模式创新。3GPP定义的NWDAF（Network Data Analytics Function，网络数据分析功能）通过分析网络数据，使得5G网络更加智能和灵活，NF（Network Function，网络功能）也可以通过使用NWDAF产生的网络数据分析结果针对不同的应用场景进行更准确灵活高效的操作及部署。
　　图1展示了3GPP eNA（enabler of Network Automation，网络智能化）Release16[1]版本中的5G網络智能化的通用架构，NWDAF是网络智能化的核心网络功能。NWDAF应从OAM（Operation Administration and Maintenance，操作管理维护）系统、AF（Application Function，应用功能）和5G核心网等网络功能中收集数据。对于来自OAM的数据，NWDAF使用由3GPP SA5组织定义的现有机制和接口。基于现有网络对AF的部署方式，AF和NWDAF之间的交互可以通过NEF（Network Exposure Function，网络开放功能）来实现，或者AF可以通过使用服务化接口直接接入NWDAF。NWDAF对收集的网络数据进行数据分析并提供分析结果给5G核心网网络功能，以辅助其进行策略制定。
　　1   网络智能化的标准化进展
　　eNA是3GPP R16[1]和R17[2]版本中的重要研究课题之一，当前R16版本已冻结，其标准化研究现已进行到R17版本阶段。NWDAF在R15版本中定义的主要功能是提供网络切片负荷相关的数据分析信息。在R16版本中NWDAF定义了通用智能网络新架构，打通控制面、管理面以及应用服务器，并且具有可在网络中部署的基本功能，例如数据收集、数据分析以及数据分析结果反馈。在R17版本中将对R16版本中NWDAF的特性、架构进行优化增强，解决R16遗留的问题并研究新场景和新架构。新增加的场景有NWDAF辅助5G网络系统节能，与人工智能技术结合，与模型训练平台进行交互。本文的内容是基于R16和R17版本进行探讨的。 　　2   网络数据分析功能和应用感知互操作
　　3GPP TS23.288[1]中定义的NWDAF通过提供数据分析结果给5G核心网或OAM来提高网络效率。例如把数据分析结果输出给PCF（Policy Control Function，策略控制功能），以提高PCF的策略制定能力和准确度。NWDAF具有如下几个功能：可以基于NF等提供的事件订阅信息进行数据收集、从数据存储中检索信息、检索NF相关的信息和提供数据分析给NF。NWDAF可应用于如下几个场景：识别网络空载时间，可应用于传输背景流量和用户面选择;增强基于service MOS的5G QoS机制;基于IoT设备正常的行为特征，可管控IoT设备被劫持的风险;在4G网络和5G网络协同的场景中，NWDAF可以辅助RFSP策略生成以在网络切换过程中保障用户体验;NWDAF与模型训练平台进行交互。除了以上提及的应用场景，NWDAF还可以辅助实现基于AAI（Application Awareness Interworking，应用感知互操作）的4G网络和5G网络互通的应用。3GPP TR23.727[3]中定义的AAI支持基于现有的应用检测相关的解决方案，通过检测数据流对应到相关应用（数据流可以是加密或非加密的或者是应用的ID等）。
　　AAI中定义的两个应用场景如下所示。
　　（1）场景1：E-UTRA（Evolved Universal Terrestrial Radio Access，演进的全球陆地无线接入）接入点和NG-RAN（Next Generation Radio Access Network，下一代无线接入网络）接入点分别连接到EPC（Evolved Packet Core，演进的核心分组网）和5GC（5G Core，5G核心网）。场景1的具体应用场景描述如图2所示。E-UTRA接入点和NG-RAN接入点分别连接到EPC和5GC。
　　（2）场景2：E-UTRA接入点和NG-RAN接入点通过双连接模式到5GC。场景2的具体应用场景描述如图3所示。E-UTRA接入点和NG-RAN接入点通过双连接模式到5GC。
　　3   网络智能化在应用感知互操作和多频  组网场景中的应用
　　3.1  网络智能化在应用感知互操作场景中的应用
　　带宽资源和网络能源消耗是通信领域关注的两个热点。随着通信技术的不断迭代，用户的需求大幅增加以及频带资源更加受限，所以如何高效利用现有带宽资源和减少网络能源消耗是现有网络需要解决的问题。这两个热点问题可以通过结合NWDAF和AAI来解决，具体的NWDAF在AAI场景中的描述如下。
　　（1）场景1：E-UTRA接入点和NG-RAN接入点分别连接到EPC和5GC。场景1的具体应用场景描述如图4所示。PCF利用NWDAF提供的用户业务体验分析和业务使用习惯分析来下发RAT选择的策略，即根据用户应用使用的习惯和网络状态来判断是否需要将此用户从5G网络切换到4G网络。通过此方案可以在保障用户体验的前提下提高网络带宽的利用率。
　　（2）场景2：E-UTRA接入点和NG-RAN接入点通过双连接模式到5GC。场景2的具体应用场景描述如图5所示。在双连接模式下，PCF利用NWDAF提供的用户业务体验分析和业务使用习惯分析来下发数据流导向的策略，即根据用户应用使用的习惯和网络状态把不同应用的数据流导向到对应的网络进行传输。
　　AAI两个主要场景中包括的网络功能在3GPP 23.501[4]中的定义如下。
　　（1）NWDAF具有如下几个功能：可以基于NF等提供的事件订阅信息进行数据收集，从数据存储中检索信息，检索NF相关的信息，提供数据分析给NF。
　　（2）PCF（Policy Control Function，策略控制功能）具有的功能如下：支持统一的策略框架来管理网络行为，提供策略规则给控制面功能并下发策略，访问与统一数据存储库中的策略决策相关的订阅信息。
　　网络智能化在应用感知互操作的应用场景中，还可以综合考虑网络状态或网络接入量来适度分配网络资源。具体方法：NWDAF收集用户使用网络情况的相关数据然后提供分配网络资源的相关建议，再由网络中的相应网络功能去执行。例如，在城市的CBD区域，白天工作时间内使用网络的用户相对较多，此时需尽可能调度网络资源保障用户的服务体验。但是非正常工作时间内，CBD区域的用户相对较少，再结合考虑NWDAF提供的网络分析数据来关闭部分基站或核心网网络功能，既可以保障用户的服务体验还可以节约有限的网络资源和减少能源消耗。
　　3.2  網络智能化在多频组网场景中的应用
　　NWDAF可以在保障用户体验的前提下提供网络数据分析，5G网络系统依据用户的应用或服务的使用情况将用户从高频NR切换到低频NR。具体应用方法如下所示，NWDAF可以辅助生成RFSP索引（RAT/Frequency Selection Priority Index，选择网络优先级索引）。然后由AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能）提供RFSP索引给RAN（Radio Access Network，无线接入网），然后RAN使用RFSP索引去驱动UE进行小区重选以控制空闲模式驻留。或者将相对活跃的或使用高级别应用（例如AR、VR业务等）的用户重定向到高频NR以保障用户体验，将不活跃的用户或使用低级别应用（例如P-to-P下载业务）的用户切换到低频NR以节约带宽资源。以上描述的应用场景可参考图6，PCF通过使用NWDAF提供的频率选择辅助信息来下发数据流导向的策略，即根据用户应用使用服务或应用的类型和网络状态把不同应用的数据流导向到对应的频率进行传输。NWDAF订阅/取消订阅的过程如图7示。在NF向NWDAF的订阅过程中，将服务体验或节能相关信息（用于NWDAF输出节能相关的辅助分析信息）添加到输入信息中。在返回通知给NF的过程中，NWDAF提供网络选择和/或频率选择相关的辅助信息列表。在多频组网的场景中，NWDAF会反馈频率相关的辅助信息给请求订阅的网络功能。 　　4    结束语
　　网络数据分析功能在5G网络功能中是不可或缺的，其收集网络数据并运用大数据分析技术来服务5G网络以使得网络高效化、智能化。除此之外，网络数据分析功能在应用感知互操作中的应用可以进一步提升现有4G网络和5G网络协同的效率。网络数据分析功能在多频组网场景中的应用可以有效减少网络能源消耗和节约带宽资源。3GPP R16版本中定义的网络数据分析功能已经具有可在网络中实际部署的基本功能，并将继续在R17版本中补充和完善功能、架构、应用场景。相信R17版本冻结之后的网络数据分析功能及其他网络功能可以更好地服务于5G网络。
　　参考文献：
　　[1]    3GPP. 3GPP TS 23.288 V16.0.0： 3rd Generation Partner-   ship Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Architecture enhancements for 5G System（5GS） to support network data analytics services （Release 16）[S]. 2019.
　　[2]   3GPP. 3GPP TR 23.700-91 V0.1.0： 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Study on Enablers for Network Automation for 5G – phase2 （Release 17）[R]. 2019.
　　[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.
　　[4]   3GPP. 3GPP TR 23.501 V16.2.0： 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; System Architecture for the 5G System; Stage 2 （Release 16）[R]. 2019.
　　[5]   3GPP. 3GPP TR 23.502 V16.1.1： 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Procedures for the 5G System; Stage 2 （Release 16）[R]. 2019.
　　[6]   3GPP. 3GPP TR 23.791 V16.2.0： 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Study of Enablers for Network Automation for 5G （Release 16） [R]. 2019.★
　　作者簡介
　　王丹墨（orcid.org/0000-0002-5320-9735）：移动通信核心网技术员，硕士毕业于南安普顿大学无线通信专业，现任职于中国电信股份有限公司智能网络与终端研究院移动通信研究所，主要研究方向为核心网架构设计、5G关键技术。
　　龙彪：工程师，硕士毕业于华南理工大学通信与信息系统专业，现任中国电信股份有限公司智能网络与终端研究院移动通信研究所标准副总监，主要研究方向为移动通信网络架构、关键技术及其标准化。
　　王庆扬：高级通信工程师，博士毕业于华南理工大学电信学院，现任中国电信股份有限公司智能网络与终端研究院移动通信研究所所长，主要研究方向为移动通信系统的关键技术及应用、移动网络规划和优化。
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