NWDAF网络数据分析功能的标准演进

牛煜霞，赵嵩，贺智敏

（1.中国电信股份有限公司研究院，北京 102209；2.北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876）

0 引言

第三代合作伙伴计划（3rdGeneration Partnership Project，3GPP）成立于1998 年12 月，成立以来一直致力于为移动通信系统制定全球适用的技术报告（Technical Reports，TR）和技术规范（Technical Specifications，TS）。目前，3GPP 有7个组织伙伴（Organizational Partners，OP），包括无线行业企业协会（Association of Radio Industries and Business，ARIB）、世界无线通讯解决方案联盟（The Alliance for Telecommunications Industry Solution，ATIS）、中国通信标准化协会（China Communications Standards Association，CCSA）、欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）、印度电信标准开发协会（Telecommunications Standards Development Society,India，TSDSI）、电信技术协会（Telecommunications Technology Association，TTA）以及电信技术委员会（Telecommunications Technology Committee，TTC）[1]。3GPP 技术规范涵盖了无线接入网技术和核心网技术，为移动通信系统提供了完整的系统描述。

网络数据分析功能（Network Data Analytics Function，NWDAF）是由3GPP定义的5G核心网（5G Core network，5GC）的重要功能，可向网络提供特定的网络数据分析服务[2,3]。NWDAF 作为5GC 架构的一部分，最先在3GPP Release15 (Rel-15)引入，具备AI 能力标准化、汇聚网络数据、实时性高、支持闭环可控等特点，它的提出为AI 赋能5G 网络数据分析提供了重要基石[4]。3GPP Rel-15 的NWDAF 功能很有限，仅能够提供网络切片的分析信息[5-7]，3GPP Rel-16 和Rel-17 NWDAF 的网络分析架构和网络分析能力得到了增强，3GPP Rel-16 和3GPP Rel-17的研究丰富了NWDAF 支持的网络数据分析，规范了NWDAF 提供网络数据分析时所需要的输入数据和所支持的输出数据[8-15]。为了支持5G 多样化业务场景的需求，3GPP Rel-18 将继续增强和完善NWDAF，目前，3GPP Rel-18 的标准化研究正在进行中[16,17]。

网络智能化在实际应用时会面临诸多挑战，因此，文章将着重基于NWDAF 在3GPP 各个版本中的研究内容进行分析，为后续Rel-18 NWDAF 的标准化研究提供参考和帮助。文章将首先介绍NWDAF 在各个标准版本中的演进内容，然后重点依据NWDAF 核心技术的标准化进展，分析NWDAF 在Rel-18 的演进挑战，探索NWDAF 在Rel-18 的演进方向；最后，基于相关分析对全文进行总结。

1 NWDAF核心技术的标准演进

1.1 3GPP NWDAF的引入

3GPP 在TS 23.501 Rel-15[5]中引入了NWDAF，作为5GC 架构的一部分，用于向网络功能（Network Function，NF）提供网络数据分析。NWDAF 的网络分析架构如图1 所示，该架构允许任何NF 向NWDAF 请求网络分析信息，其中，Nnwdaf 接口用于NF 向NWDAF订阅、取消订阅以及请求并获取特定上下文的特定网络分析信息。在3GPP Rel-15 中，NWDAF 的网络分析架构和网络分析能力较为简单，仅能提供网络切片数据分析（网络切片负载的信息）。

图1 网络分析架构[5]

在3GPP Rel-15 中，策略控制功能（Policy Control Function，PCF）和网络切片选择功能（Network Slice Selection Function，NSSF）都是NWDAF 服务的消费者，可以直接向NWDAF 订阅、取消订阅以及请求特定切片的网络分析信息，PCF 可以在其决策中使用网络分析信息，而NSSF 可以使用NWDAF 提供的网络分析信息进行切片选择。3GPP 在TS 23.502 Rel-15[6]中规范了NWDAF 服务的协议流程，NWDAF 服务的消费者可通过该协议流程向NWDAF 订阅、取消订阅以及请求网络分析信息。

1.2 3GPP NWDAF的增强

为了增强NWDAF 的功能，3GPP 从Rel-16 开始了5G 网络自动化使能（Enablers for Network Automation for 5G，eNA）项目的研究工作。3GPP Rel-16完成了eNA阶段1（eNA-phase 1，eNA_Ph1）的研究和标准化，于2019 年6 月完成，3GPP Rel-17 完成了eNA_Ph2 的研究和标准化，于2021 年12 月完成。eNA_Ph1 和eNA_Ph2 主要包括以下研究内容[8-15]。

（1）3GPP eNA_Ph1

eNA_Ph1 的前期工作研究了NWDAF 如何收集数据以及如何将分析结果反馈给消费者，即NWDAF 应当能够从OAM（Operation Administration and Maintenance，操作管理和维护）、AF（Application Function，应用功能）和5GC NF 收集数据，并将分析结果反馈给OAM、AF 以及5GC NF。此外，还研究了NWDAF 和其消费者之间信息交互的用例、关键问题以及相关解决方案[8]。eNA_Ph1标准化阶段根据eNA_Ph1 前期研究阶段得出的结论，对NWDAF 网络分析架构和网络分析能力进行增强以支持网络数据分析服务[9-11]。主要的增强内容包括以下方面。

1）NWDAF 网络分析架构增强

eNA_Ph1 标准化阶段增强了网络分析架构，允许NWDAF 从任何5GC NF 收集数据，同时允许任何5GC NF 向NWDAF 请求网络分析信息，如图2 所示，其中NWDAF 与提供数据或请求分析信息的5GC NF 属于同一个PLMN，Nnf 接口用于NWDAF 向5GC NF 订阅、取消订阅以及请求特定上下文的数据交付，Nnwdaf 接口用于5GC NF 向NWDAF 订阅、取消订阅以及请求特定上下文的网络分析交付。

图2 网络分析架构

一个PLMN 中可以部署单个或多个NWDAF 实例，如果部署了多个NWDAF 实例，则5G 系统（5G System，5GS）架构支持将NWDAF 部署为中心NF、分布式NF的集合或中心NF 与分布式NF 两者的集合。当存在多个NWDAF 时，并非所有NWDAF 都需要能够提供相同类型的分析结果，其中一些可以专门提供特定类型的分析，分析标识符信息可以用于标识NWDAF 所支持的分析类型。eNA_Ph1 标准化阶段定义了适用于所有类型分析服务的通用分析信息公开流程与数据收集流程，其中，分析信息公开流程用于NWDAF 服务消费者（包括NF，OAM，AF）向NWDAF 订阅、取消订阅以及请求分析信息，数据收集流程用于NWDAF 从其他数据源（包括NF，OAM，AF）收集数据。特别地，AF 可通过NEF（Network Exposure Function，网络开放功能）订阅、取消订阅以及请求分析信息，NWDAF 可通过NEF 从AF 收集数据。

2）NWDAF 网络分析能力增强

3GPP Rel-15 的NWDAF 仅支持切片负载级别相关的网络数据分析，Rel-16（eNA_Ph1）在Rel-15 的基础上引入了新的特性，扩展了NWDAF 的分析能力，扩展的主要能力包括：1）业务体验相关的网络数据分析能力；2）NF 负载分析能力；3）网络性能分析能力；4）UE 相关分析能力，包括UE 移动性分析、UE 通信模式分析、用户面流量分析、预期UE 行为参数分析以及UE 异常行为分析等；5）用户数据拥塞分析能力；6）QoS 可持续性分析能力。其中，分析信息以统计或者预测的形式提供给消费者。此外，eNA_Ph1 标准化阶段为上述每一类分析服务都定义了特定的协议流程，用于消费者向NWDAF请求分析，同时，也指定了NWDAF 提供每一类分析服务必要的输入数据和输出数据。

（2）3GPP eNA_Ph2

eNA_Ph1 的研究增强了NWDAF 的分析能力，但Rel-16 NWDAF 在部署灵活性、可扩展性上存在局限。eNA_Ph2 的前期研究设计了分层智能网络架构、增强了数据管理机制，并将应用拓展到垂直行业，增强了NWDAF 现有的服务和能力[12]。eNA_Ph2 的标准化阶段根据eNA_Ph2 的前期研究阶段得出的结论，对NWDAF的网络分析架构和网络分析能力进行增强，为网络自动化提供了支持[13-15]。主要的增强内容包括以下方面。

1）NWDAF 网络分析架构增强

eNA_Ph2 标准化阶段增强了网络分析架构，主要包括层次结构方面、数据管理方面和逻辑功能方面。

层次结构方面的增强，主要包括设计了分层智能网络架构，允许在网络架构的不同层次部署多个NWDAF，位于层次结构不同位置的NWDAF 可能具有不同的能力并扮演不同的角色，具有不同能力的NWDAF 可以提供不同的服务。Rel-17 的研究为NWDAF 引入了分析聚合能力和分析元数据提供能力，当在分层部署中部署多个NWDAF 时，可以灵活地部署具有分析聚合能力的NWDAF 和具有分析元数据提供能力的NWDAF，其中，具有分析聚合能力的NWDAF 可以作为聚合节点，从其他具有分析元数据提供能力的NWDAF 收集分析信息，并生成聚合分析信息提供给消费者NWDAF。

数据管理方面的增强，主要包括允许NWDAF 使用数据采集协调功能（Data Collection Coordination Function，DCCF）和消息框架适配器功能（Messaging Framework Adaptor Function，MFAF）传递数据、允许使用分析数据存储库功能（Analytics Data Repository Function，ADRF）存储数据以及允许NWDAF 通过数据管理服务提供与分析标识符相关的批量数据等。

逻辑功能方面的增强，主要包括定义了NWDAF的逻辑功能分解以及不同逻辑功能之间的数据交互机制。NWDAF 可以被分解为模型训练逻辑功能（Model Training Logical Function，MTLF）和分析逻辑功能（Analytics Logical Function，AnLF）。NWDAF逻辑功能分解使运营商可以灵活地部署三种NWDAF 实例，即包含AnLF 的NWDAF、包 含MTLF 的NWDAF 以及同时包含AnLF 和MTLF 的NWDAF，包含不同逻辑功能的NWDAF 支持不同的服务，其中包含AnLF的NWDAF 可以执行推理分析服务，包含MTLF 的NWDAF 可以提供ML 模型供应服务。

2）NWDAF 网络分析能力增强

3GPP Rel-16 (eNA_Ph1) 引入用户体验分析等6 个特性，增强了NWDAF 的分析能力，3GPP Rel-17 (eNA_Ph2)在Rel-16 的基础上进一步扩展了NWDAF 分析能力，包括：1）分布分析能力；2）WLAN 性能分析能力；3）会话管理拥塞控制体验分析能力；4）冗余传输体验相关分析能力；5）数据网络（Data Network，DN）性能分析能力。其中，分析信息以统计或者预测的形式提供给消费者。eNA_Ph2 标准化阶段为上述每一类分析服务都定义了特定的协议流程，用于消费者向NWDAF 请求分析，同时，也指定了NWDAF 提供每一类分析服务必要的输入数据和输出数据。

2 NWDAF核心技术演进的挑战和方向

智能化是5G 及未来网络发展的重要方向，NWDAF可以结合AI 技术，为网络自动化和智能化提供重要的技术基础。在3GPP Rel-15 中，NWDAF 的网络分析架构和网络分析能力较为简单，仅能够提供网络切片的分析信息，3GPP Rel-16 (eNA_Ph1)和3GPP Rel-17 (eNA_Ph2)的工作增强了NWDAF 的网络分析架构和网络分析能力，但Rel-16 NWDAF 在部署灵活性、可扩展性上存在局限。为了满足5G 及未来网络多样化业务场景的需求以及NWDAF 智能化应用落地的需求，3GPP 于2022 年2 月启动了3GPP Rel-18(eNA_Ph3)的研究工作继续增强NWDAF，为网络自动化提供解决方案[16,17]。本节重点分析NWDAF 核心技术演进的挑战和方向。

2.1 NWDAF核心技术演进的挑战

本节重点分析NWDAF 核心技术演进的3 点挑战，具体内容如下：

（1）AI 技术的关键在于对数据的合理采集、处理和应用，但由于行业竞争、数据隐私安全等原因，网络数据往往以孤岛形式存在，不同数据源之间存在着难以打破的壁垒[18-20]，因此，网络自动化和智能化在实际应用时，会面临实时性、安全性、可靠性要求高等挑战；

（2）由于存在多个运营商网络、多个终端设备厂商以及多个网络设备厂商等，AI 模型无法实现跨厂商跨平台共享，因此，网络自动化和智能化在实际应用时，会面临网络复杂、端到端协同困难等挑战；

（3）准确性和泛化性是衡量AI 模型最重要的关键性能指标，NWDAF 推理分析结果的准确性通常与AI 模型的准确性有关，如果AI 模型的准确性和泛化性较差，则NWDAF 基于AI 模型进行推理分析得到的分析结果的准确性可能也会较差，因此，网络自动化和智能化在实际应用时，会面临AI 模型准确性和泛化性较差等挑战。

上述挑战在很大程度上制约了网络自动化和智能化的发展，因此，3GPP Rel-18 的研究需要进一步增强NWDAF，解决上述问题和挑战以促进网络自动化和智能化的发展。

2.2 NWDAF核心技术演进的方向

在上述分析基础上，本节将重点分析NWDAF 核心技术演进的方向。为了满足5G 及未来网络多样化业务场景的需求以及NWDAF 智能化应用快速落地的需求，NWDAF 需要更进一步演进以应对网络自动化和智能化在实际应用时的挑战。因此，为了应对临时性、安全性以及可靠性要求高的挑战，应该研究如何引入可信的分布式AI 技术，比如研究分布式AI 使能技术以及分布式AI 网络架构等，分布式AI 网络架构用来支持分布式AI使能技术与网络的融合；为了应对网络复杂、端到端协同困难的挑战，应该研究如何增强不同平台间AI 模型共享机制，比如研究跨平台AI 模型共享技术以及跨平台AI模型共享通用架构等；为了应对AI 模型准确性和泛化性差的挑战，应该研究如何提高NWDAF 分析准确性。此外，NWDAF 的增强会对现有的NWDAF 相关的管理功能产生影响，需要对应地研究与增强NWDAF 相关的管理功能，比如研究如何增强网络资源模型（Network Resource Model，NRM）以及NWDAF 的性能测量等，实现对增强的NWDAF 进行管理的功能。

目前国际标准化组织已开启Rel-18 NWDAF 的研究工作，NWDAF 技术增强方向及潜在解决方案也仍在探索中，从发展趋势看，Rel-18 NWDAF 应具备面向toB/toC、支持多样化业务场景的特征，未来国际/ 国内标准组织将进一步驱动NWDAF 核心技术的飞速发展，实现NWDAF 智能化应用全面落地的目标。

3 结束语

网络智能化在实际应用时会面临诸多挑战，文章聚焦3GPP 对5G 核心网中NWDAF 的研究内容，首先介绍了NWDAF 在3GPP 不同版本标准中的研究进展，包括在3GPP Rel-15 中的研究进展、3GPP Rel-16 中的研究进展以及3GPP Rel-17 中的研究进展。目前3GPP Rel-18正在研究中，文章依据NWDAF 核心技术的标准化进展，分析了NWDAF 核心技术在Rel-18 演进的挑战，探索了NWDAF 核心技术在Rel-18 演进的方向，为后续Rel-18 NWDAF 的标准化研究提供参考和帮助。