面向优质用户体验的自智网络研究与应用

韩 赛 范凤霞 叶晓斌 李文彬 孙利军

1 中国联通研究院 北京 100176

2 中国联合网络通信有限公司广东省分公司 广东 510630

引言

随着技术的发展和社会的进步，数字化转型已经成为全行业共识，各行业都在推动数字化转型，比如交通方面的道路综合治理、在线教育、远程医疗会诊、无人工厂智能制造[1-4]。数字化转型的背后需要有新技术的支撑，比如5G、AI、大数据、云计算、区块链等，新技术的发展为行业数字化转型提供基础能力。数字化转型为各行业带来了智能化水平的提升、生产效率提高、各行业人力投入的节约，这是一场影响生产关系的变革。通信运营商也身在其中，运营商正从单纯网络提供商向云网/数字服务提供商转型[5]，边界已经从CT转向ICT，同时也是网络基础设施提供商、ICT基础设施服务提供商以及综合数字服务提供商。

高等级的自智网络是未来网络的演进方向，这一目标的演进需要自上而下从客户层到网元层逐步实现通信与AI的深度融合。目前，自智网络已稳步从初级阶段(L1/L2)迈入中级阶段(L3)，2025年将达到L4级自智网络。

近几年，业界在自智网络方向展开相应的研究与应用，包括架构的研究[6-7]、AI在通信网络规建维优营中的应用[8-16]，其中涉及5G核心网、传送网和接入网等专业网络的智能化研究[17-22]，用户的业务体验需求也在逐步提升[23-25]。

用户对移动网络的高质量具有强烈的诉求，尤其是直播带货、走播等电商业务。对于视频业务缓冲时延及卡顿、小程序打不开等客户关注问题，长时间的体验不佳则会出现投诉。

由于业务分类粗，使得无线侧无法实现小区、栅格、用户、话单等多个维度的统计分析，无法提供各类用户不同业务的差异化保障。传统的业务感知评估体系由大数据平台提供，无线侧不能独立构建，跨域协同存在困难。

此外，对业务QoS(Quality of Service)保障加速能力一般是通过第三方软件，改变了用户的使用习惯，客户的体验感下降，同时会增加用户隐私泄露的风险。有些加速通过GBR(Guaranteed Bit Rate)保障来实现，但是此类保障并不能根据客户业务的使用情况进行触发，而是一直占用高优先级的GBR资源。目前，联通普通用户、直播VVIP用户默认承载签约不同的QCI(QoS Class Identifier)，实现传统的VIP保障业务，但用户默认承载均为non-GBR承载。无线拥塞时，所有用户都达不到峰值速率，VVIP用户虽得到优先调度，但因为采用non-GBR，VVIP高端用户的体验差距不明显。因此，针对重点用户进行GBR保障，增加限定域“APP+Time”，实现“暂时性跃迁”。

为研究自智网络在用户体验提升上的应用，本文将从无线网和核心网两个专业方向选取关键案例，展开L3级自智网络相应能力的应用验证。

场景一，无线网智能基站业务识别和智能保障，在高负荷场景下进行视频和微信扫码的识别，用户体验得到明显改善：扫码时延下降19.35%，实现即扫即显；视频播放卡顿时长占比下降22.51%，享受流畅观影。

场景二，基于智能核心网，对直播业务实现意图驱动的动态体验保障。基于AI识别直播应用，感知业务体验，并通过业务感知特征库建立业务感知基线，按需触发动态保障机制。

1 自智网络概述

1.1 自智网络产业发展情况

2019年TMF(TeleManagement Forum)组织提出自智网络概念[26]，旨在实现全场景智能服务和自动化基础设施，为不同的业务用户提供精准的服务体验。从产业发展来看，自智网络产业已经从战略层面发展到实施阶段。TMF自智网络2022年调查报告显示，网络智能化投资占比将提升51.4%，运营商基本处于数字化转型的基本阶段，预计未来3年将普遍达到L3～L4级[27]。

1.2 国内外标准化进展情况

自2021年起，TMF、CCSA、3GPP、ETSI等标准组织开展了自智网络的研究协作，围绕“目标架构、分级标准、成效指标和运营实践”进行应用创新，实现多组织协作的标准体系，促进智能网络的可持续发展。目前，TMF已经发布了智能网络架构、演进级别、意图驱动等领域的相关规范。2021年，CCSA制定了自智能网络系统标准，迄今为止，AN联席会议已召开6次全体会议，通过了25项行业标准，并进行了11项研究。3GPP在R18阶段增加了AI/ML管理主题，加强了智能网络分类、意图网络管理等主题的研究。ETSI致力于MANO领域的自智能网络，为网络云专业领域赋能[28]。

1.3 国内外进展

中国移动在国内率先提出2023年达到L3级、2025年达到全网L4级的目标[29]。已经在全国31个省份完成了两轮自主智能网络能力水平评估。中国联通已经完成了4个省份的无线试点评估，提出了以智能网络为导向，构建规划、维护和运营的综合运营支撑体系的目标，并在多个垂直行业创新应用了自智网络，涵盖5个流程领域，以及2C、2H和2B三大业务领域[30]。中国电信已经完成了对12个省份的试点评估，并计划对31个省份启动正式评估，采用通用+专业的分级模式，提出到2025年实现L4级的目标。华为将自智网络作为2030通信网络的核心战略，围绕数字网络服务体验和智能高效运维的目标，协同各省运营商开展智能网络实践[31]。中兴通讯在2019年提出自智网络全域方案，基于分层解耦架构和基础功能组件，为网络和业务协作的各种场景提供应用解决方案[32]。

国外运营商正在将自智网络概念纳入3～5年战略。南非MTN正在构建智能网络、高性能基础设施等蓝图，并已完成无线和IPRAN专业故障应用场景的级别评估。阿根廷电信正在整理AN架构和标准，并选择一些专业来优先实施AN应用。法国Orange和Catalyst，探索通过自智能网络实现垂直行业的赋能。

2 无线单域自智

无线单域自智通过提升基站数值化运营能力，协同多目标优化，实现网络资源闭环管理，从而优化网络性能及改善重点用户体验。

2.1 方案概述

自智基站业务识别和保障方案[33]对于现网不会进行网络架构的改动，仅需软件升级即可实现，架构如图1所示。

自智基站根据业务需求，分发一部分核心网数据到BBU(Building Base band Unit)控制板的深度识别及分析模块DRA(Deep Recognition & Analysis)，DRA通过特征库对相应的业务进行识别。识别结果会通知用户面(BBU基带处理板)，用户面通过一定处理后输出业务的指标给NDS(Network Data Server)。NDS会将采集到的数据发送给网络地理洞察服务器NGI(Network Geolocation Insight)，进行指标评估和分析，各模块功能如下。

1)基站：生成用户典型业务KQI(Key Quality Indicator)及用户日志上传给NDS。

2)BBU：基站的基带处理单元，提供对外接口，完成系统的资源管理、运维、环境监测功能。

3)NDS：网络数据采集服务器，收集基站上报数据并编辑用户典型业务KQI及用户日志。

4)NGI大数据平台：分析系统，对NDS输出的用户典型业务KQI及用户日志进行关联分析。

2.2 技术优势和方案亮点

自智基站业务识别和智能保障方案[33]是业界首创实现无线单域自智的方案集，是集采集、识别、保障、优化为一体的全流程方案。通过基站内生的业务识别能力实现对业务的精细识别，无需增加任何硬件资源，具有成本低、易部署、可扩展性强等特点；通过采集基站识别后的不同业务的相关数据，在业务服务器上自建业务感知评估体系，自动实现业务的精准量化，后续可对评估数据自动进行多维可视化分析，实现无线关键性能指标和业务指标的更好关联。

无线单域自智方案主要包括以下四大关键技术。

1)业务精细识别

创新性地提出在基站内内置业务识别和分析模块，对业务进行精准画像，从而实现业务的精准识别。具有识别速度快(可达微秒级)、识别准确度高(达95%以上)、识别种类多(目前支持识别16 000+业务)等特点。同时不断学习更新特征库，自动发现新热点应用。

2)精准差异化保障策略

通过对业务进行优先级排序和速率保障实现差异化保障。传统通过3GPP协议定义的QoS参数有限且模糊，故在原有的保障策略基础上对识别后的业务通过自定义Type类型配置不同的调度优先层级，在不同层级优先级队列配置不同的保障速率，从而实现对业务的精准保障。

3)灵活感知量化

网络数据采集服务器NDS通过采集基站识别后的不同业务的相关数据传递给NGI大数据平台，NGI服务器根据这些数据确定出不同业务源的质量及业务执行过程中的相关因素及相应权重，从而建立业务感知评估体系，不同业务对应不同感知指标，实现业务精准量化。

4)高效运维优化

基于5G业务应用评估体系，对业务应用的评估数据进行多维可视化，实现小区、栅格、用户、话单等多个维度的统计分析，快速锁定业务感知差的小区、栅格或通话，关联无线空口KPI(Key Performance Indicator)数据，从而定位业务应用感知差的无线侧根因，结合业务应用感知的异常事件进行详细分析和定位，给出相关优化建议。

这四种技术中业务精细识别和差异化保障策略在基站内部即可完成，灵活感知量化及高效运维优化在NGI服务器上即可实现。

3 智能核心网

近年来，移动互联网用户规模接近天花板，主流视频APP用户增长速度放缓，趋于稳定，所以未来流量增长主要看单用户视频播放时长和码率提升。通过统计分析，短视频比长视频有更高的蜂窝流量占比，短视频已成为蜂窝网流量主体，且是未来持续的增长极。

智能核心网策略充分发挥了5G智能核心网网元UPF(User Plane Function)、NWDAF(Network Data Analysis Function)等能力，实现精准群体的直播加速体验。

3.1 方案概述

如图2所示，本方案主要通过核心网UPF、NWDAF等网元的分析处理，应用识别动态触发的5GQoS保障能力。通过AI学习，动态建立应用保障基线，在VIP用户出现质差时，动态触发GBR的专载，推送VIP保障效果报告，并进行潜客用户的营销推送。用户只需要完成套餐签约，即可享受该VIP的保障服务。用户无需安装第三方加速软件，不改变使用习惯，同时保护用户隐私不泄露。方案具体流程如下。

图2 核心网业务保障基线流程图

1)UPF开启实时UFDR上报(每秒)。

2)NWDAF配置VIP用户8个直播应用的上行带宽基线，实时显示VIP用户实际体验指标和目标基线的差异。判断7(可以调整)个周期未达标自动触发保障。

3)NWDAF作为AF，自动生成N5接口消息，携带用户号码、目标上行带宽等信息。

4)PCF(Policy Control Function)根据配置，生成目标5QI，下发5QI和保障带宽。

5)SMF(Session Management Function)向AMFRAN发起专载建立流程。

6)UPF建立专载流程。

7)无线根据5QI实现差异化调度。

8)VIP用户直播结束后，NWDAF向短信代理发送HTTPS短信。

9)针对直播业务，UPF产生用户级汇聚ADR。

10)NWDAF实现潜客挖掘，输出潜客列表。

3.2 技术优势和方案亮点

本文基于智能核心网创新性地对直播等业务实现意图驱动的动态体验保障。试点中，直播业务体验全程实时保障，基于AI识别直播应用，感知业务体验，并通过业务感知特征库建立业务感知基线，按需触发动态保障机制。从NWDAF可视页面可以清晰地看到直播用户体验各项指标，包括上行速率、时延、抖动等。当相关指标在特定时间内低于业务感知基线时，实施定界分析，自动触发体验保障机制，为该用户开辟特殊通道，使其在网络拥塞等特殊场景下依然保证流畅的直播体验，实现闭环保障管理。在保障业务结束之后，VIP直播用户端可立即收到自动生成的体验报告，包含保障时长及各项体验指标。整个过程真正实现了意图驱动的用户体验保障，VIP直播用户体验全程可视、可管、可控。该方案开启了移动数据业务智能体验保障的先河。

4 部署规模和实际效果

无线单域自智和智能核心网直播加速方案分别在广东省广州市进行了部署和验证，在数据指标和用户体验上都取得了显著的效果。

4.1 部署规模

无线单域自智方案在广东省广州市番禺区进行了部署，在扫码业务识别和视频识别业务中进行能力验证。

核心网直播加速方案在广东省广州市基于实验室环境模拟直播场景，并通过实验室验证已实现测试目标：验证8个直播应用的专载保障效果、NWDAF-PCF自动闭环能力、NWDAF-短信代理的“个人体验报告推送”能力、NWDAF潜客挖掘能力。

4.2 实际效果

4.2.1 无线单域自智应用效果

1)业务体验：如图3所示，在扫码业务识别中进行验证，功能开启后同点位测试扫码流畅；在视频识别保障中，功能开启后同点位测试视频拖动播放流畅，无卡顿现象。

图3 业务功能提升效果图

2)指标可视化：如图4 所示，扫码用户下行RTT时延降低19.35%，上行RLC层平均吞吐率上升34.78%，下行RLC层平均吞吐量上升43.79%；小区整体感知指标轻微得到改善，下行RTT时延降低约5.5%左右。

图4 无线视频业务指标效果图

视频业务的初始缓冲时延及卡顿时长占比下降，Avg VEMI-Q上升2.34%，初始化缓冲时延下降14.41%，卡顿时长占比22.51%；小区整体指标无负增益，感知指标提升，下行RTT时延、下行UE throughput、下行残留误块率等均有改善。

因此，可以看出无论是直观的感知还是感知指标的对比，对业务识别保障后，感知提升明显。

4.2.2 智能核心网应用效果

智能核心网直播加速流量背景：一台电脑连接一部工程手机(5qi=5)灌包，一台电脑连接一台CPE(5qi=5)灌包，两部商用手机连一台CPE(5qi=5)做百度直播业务。

灌包前，普通用户(5qi=9)和VIP用户(5qi=9)做百度直播业务，U D N 实时报表显示上行带宽约2Mb/s，客户手机看直播无卡顿。

灌包后，VIP用户连续7秒低于阈值(2Mb/s)，则VIP用户(5qi=4)触发GBR保障，UDN实时报表显示VIP用户上行带宽约2Mb/s，普通用户低于500Kb/s，客户手机看VIP用户直播无卡顿，看普通用户直播卡顿严重。VIP用户直播结束后，发送用户体验报告到客户手机上，各参数与实际相符。智能核心网直播加速验证如图5所示。

在NWDAF直播报表中，可以观察到：拥塞前，普通用户(如图6所示)和VIP用户(如图7所示)做直播业务，上行速率约2.3Mb/s；拥塞后，VIP用户的上行速率依旧保持在2.3Mb/s，普通用户下降到500Kb/s以下。

图6 普通用户拥塞前后上行速率图

图7 VIP用户拥塞前后上行速率图

5 结语

致力于提升网络服务质量和用户体验，本文分别从无线网和核心网两个专业方向选取关键业务场景，验证L3级自智网络相应能力的应用，通过在不同维度上统计网络运行指标，提供相应的智能保障策略，实现对重点网络及重点用户体验的精准保障。无线单域自智方面，通过对业务进行精细识别和保障能够提升用户感知，减少用户投诉。可以对网络中的业务从不同维度(全局级、服务器级、小区级)进行用户行为诊断分析以指导优化网络，便于运营商根据自身网络运行状况，选择不同的维度来统计相应指标，给出相应的保障策略，保障重点网络、重要客户群的用户体验。智能核心网方面，通过提升用户网络视频体验可对离网用户进行挽留，通过重保定向用户的网络体验，进一步做大流量收入、做优用户体验、做好企业口碑。