5.5G核心网智能化能力演进

摘要：5G移动网络从2019年正式商用至今，在全国发展超9亿用户，占国内移动网络用户的51.3%。随着业务高速发展，带来的是5G移动通信业务的多样性和通信场景的复杂性，当前5G网络并没有足够的智能化能力支撑差异化通信业务以及复杂通信场景资源调度的需求。第三代合作伙伴计划（3rd generation partnership project，3GPP）拟将AI引入5G网络中，从而保证网络服务质量、优化网络功能和增强网络自动化运维能力。网络数据分析功能（network data analytics function，NWDAF）作为5G核心网络的架构之一，可向网络提供数据分析服务，为网络自动化和智能化提供基础技术支撑。本文将详细阐述NWDAF技术的增强演进、技术原理，以及AI技术如何赋能未来业务和服务场景，为5GC在未来更好地满足用户需求，提升运营商业务水平和服务质量提供有效参考。

关键词：网络切片；NWDAF；AI技术

1. AI技术简介

1.1 AI的简介

人工智能（artificial intelligence， AI）是一门研究如何让机器具备人类智能的学科，其目标是通过模拟人类的学习、推理、感知和互动等能力，实现机器的智能化。AI技术主要包括机器学习、深度学习、自然语言处理等，通过AI技术，计算机系统能够执行视觉识别、语言交流、决策支持等任务。随着计算能力和数据处理技术的进步，AI在多个领域取得了突破性的进展。

1.2 AI技术的演进

AI技术的发展历程可以追溯到20世纪50年代至70年代，这一时期被称为AI的诞生期；20世纪80年代，AI进入知识工程阶段，专家系统开始出现；20世纪90年代至21世纪初，机器学习阶段开始，机器学习算法在数据挖掘和模式识别中得到广泛应用，决策树、支持向量机和贝叶斯网络等技术成为这一时期的代表。2000年至2018年，深度学习阶段到来，深度学习技术极大地推动了AI在图像识别、语音识别和自然语言处理等领域的发展。2018年以后，随着大型语言模型的发展，AI进入一个新的时代。ChatGPT-4.0还展示了强大的知识融合能力，能够跨越不同领域进行知识的转移和组合，这使得AI在教育、娱乐、商业等多个行业中的应用变得更加广泛和深入[1]。

1.3 AI技术的能力

AI技术的能力包括：（1）感知能力，指人工智能通过传感器和数据采集技术，实时获取如图像、声音和传感器数据的能力；（2）挖掘能力，依赖于数据挖掘和分析技术，人工智能通过从大量数据中提取有价值的信息和模式来支持决策；（3）预测能力，基于历史数据和模型，使人工智能能够对未来趋势和事件进行预测；（4）推理能力，指通过逻辑推理和知识表示，人工智能可以模拟人类的思维过程，解决复杂问题并做出决策[2]。

1.4 AI技术在5G应用的场景探索

5G网络的人工智能技术应用是当前通信技术发展的重要趋势。AI技术在5G网络中的应用主要集中在实时感知、资源规划、用户行为分析等方面，以提升网络的智能化水平[3]。

在网络阻塞问题上，AI技术能够实时分析5G网络参数，预测网络状况，并优化资源调度，有效解决高密度区域如体育场馆的网络过载问题。此外，AI系统还能识别并解决网络异常情况，如设备故障或带宽过载，以保障用户体验[4]。AI技术在用户行为分析方面的应用，可以帮助运营商深入理解用户需求和动机，从而制定更精准的营销策略。通过分析用户行为，AI能够处理大量数据，识别模式和趋势，为运营商提供用户画像，支持市场前端的合理营销。

NWDAF作为5G核心网络的一部分，提供数据分析服务，为网络自动化和智能化提供基础技术支撑。NWDAF能够从5G网络功能中获取统计信息、指标和事件，进行机器学习建模，优化网络性能和资源管理。未来，5G网络的智能化能力将进一步演进，包括增强NWDAF的功能，结合联邦学习等技术，提升数据分析的准确性和应用的多样性。5G系统对AI和机器学习服务的支持，将进一步推动AI在通信网络中的应用，使其成为网络的核心驱动力。

2. NWDAF核心技术的标准演进

2.1 3GPP NWDAF

5G演进至5.5G的过程主要包括技术标准的明确、频谱资源的策略清晰、产业共识的形成以及关键技术的成熟。5.5G作为5G的增强版，通过3GPP Rel-18、Rel-19、Rel-20三个版本定义技术规范，支持更多频段，实现更快的速度、更低的时延和更高的连接密度。

5G网络产生并传输大量数据，包括用户的通信数据、位置信息、应用程序数据等。NWDAF对这些数据进行分析和处理，提取有用信息，为网络优化和智能决策提供支持[5]。在5G网络中，许多决策需要根据当前的网络状态及用户设备需求来决定，NWDAF可以基于数据分析的结果，做出智能的决策，如动态调整网络资源分配、优化路由选择等。这些决策能够使网络更加高效和稳定，提升用户的网络体验。

随着3GPP Rel-18的冻结和正式发布，NWDAF已被逐渐完善和增强。本节将介绍NWDAF技术在国际标准化组织中的演进过程，以及在3GPP各个标准版本中具备的网络分析架构和功能增强的具体内容，最后将对NWDAF的业务逻辑进行详细介绍。

2.2 NWDAF的能力增强演进

从3GPP Rel-15版本开始，NWDAF作为5G核心网络的一部分被引入，其核心作用是为网络功能提供数据分析服务[6]。NWDAF通过Nnwdaf接口与网络功能进行通信，使得这些功能能够订阅或接收网络分析信息，如图1所示。在Rel-15中，NWDAF的功能主要集中在网络切片数据的分析上，主要服务于策略控制功能和网络切片选择功能。

图1 网络分析架构

随着Rel-16中5G网络自动化使能技术（eNA）的发展，NWDAF的数据分析能力得到了进一步增强。对于NWDAF网络分析架构而言，eNA-ph1的标准化允许NWDAF从任何的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。

图2 （a）从5GC NF采集数据的架构 （b）网络数据分析公开架构

这一阶段，NWDAF能够进行更广泛的数据分析，包括业务体验、网络功能负载、网络性能、用户设备相关性，以及QoS的可持续性分析等。

到了Rel-17，NWDAF的架构得到进一步优化，包括在层次结构、数据管理和逻辑功能方面的改进。在层次结构上，引入了多级智能网络架构，允许在网络的不同层级部署多个NWDAF实例，每个实例可能具有不同的功能并提供不同的服务。在数据管理方面，引入了数据采集协调功能和消息框架适配器功能来优化数据传输。在逻辑功能方面，NWDAF被划分为模型训练逻辑功能和分析逻辑功能，使得运营商能够根据需要部署具有不同功能的NWDAF实例。

在Rel-18中，NWDAF将继续增强，增加新的分析场景，如分布式智能架构、跨域智能协作、辅助应用检测和智能URSP等。同时，Rel-18也将引入一系列新的安全特性，包括基于位置服务的安全、任务关键型服务的安全、边缘计算框架的安全等。

总体而言，3GPP从Rel-15到Rel-18的版本迭代中，不断扩展NWDAF的数据分析能力，以支持5G网络的自动化和智能化发展。

2.3 NWDAF的业务逻辑介绍

NWDAF的功能可以分为三个主要部分：首先是消费者，也就是使用NWDAF分析服务的实体，这些实体可能包括但不限于网络功能（NF）、应用功能（AF）、操作和维护管理（OAM）等；其次是NWDAF自身，作为分析服务的提供者；最后是数据源，即向NWDAF提供所需数据的网络元素。业务流程通常开始于消费者提出分析需求，NWDAF随后启动数据收集，从数据源获取必要的信息，然后对这些数据进行分析处理，并将分析结果返回给消费者。NWDAF的业务流程框架如图3所示。

图3 NWDAF业务流程架构

通过构建以NWDAF为核心的智能控制平面，可以实现未来网络的智能化演进。这涉及收集和存储端到端网元的业务日志、关键性能指标等数据，并进行集中训练和推理，以实现对用户体验质量的量化预测。通过建立智能化的网络控制平面，并结合网元的内在智能，可以实现实时的业务和体验感知、评估和监测，以及体验的优化。

3. NWDAF业务价值、能力及演进探讨

3.1 移动网络市场的发展

2019年至今，5G技术经历了显著的发展，但在用户增长和应用方面面临着一些新的挑战。作为一种新的运营模式，5G独立组网（standalone， SA）和5G核心网络的部署备受关注。到2025年，将有更多的服务提供商部署5G SA网络，以提高网络的弹性和性能。人工智能和自动化将成为电信行业未来发展的主要驱动力，将广泛应用于网络优化、预测性维护和客户关怀等领域，以提高运营效率和服务质量。

3.2 NWDAF典型能力及价值

在5G核心网中，针对如网络视频直播等关键业务的体验质量监测和动态性能保障，是NWDAF的一个典型应用实例。目前，对于网络视频直播这样对网络品质有较高要求的应用，尚缺乏以用户体验为中心的有效网络体验优化方法。NWDAF的智能化网络功能是提升用户感知的一个高效解决策略[7]。2024年，中国电信针对网络视频直播业务的体验保障进行了多场景的现网试验和验证。基于智能化技术，中国电信从业务识别、体验分析、动态保障、体验评估、潜在客户挖掘、体验映射等多个方面进行了系统设计。通过构建网络智能、服务智能、运维智能三个关键领域，提升了用户的感知体验，实现了网络功能的商业价值转化。除了直播服务优化外，还包括对各种视频平台，如爱奇艺、优酷，以及对网络性能要求较高的手游，如王者荣耀、和平精英等进行优化。通过结合市场需求，选定2到3个目标场景进行试商用，探索基于体验的商业模式。

另外，可根据用户使用体验及各类直播、视频点播、游戏APP的流量分析，绘制放号地图，如在哪些地理区域直播需求较高，各类用户上下行带宽需求情况等，通过用户画像来推出个性化、分层次的直播网络优化套餐以及网红流量包。

3.3 NWDAF在其他复杂场景的探讨

在传统的车联网中，感知、决策、执行都在车端完成，这种情况面临着感知存在盲区、车端算力不足等问题，因此，“5G+车路协同”的技术方案成为行业共识，车端的部分功能可以借助可靠的通信网络上移到路端或云端，包括融合感知、车辆路径规划等功能，实现车路云一体化的协同智能车联网。

不同业务类型及应用场景所需要的网络服务要求也不一样。要满足智能网联汽车对算力和网络的要求，需要对算力和网络资源按需供给、灵活调度。NWDAF技术对于动态识别当前网络性能，提高车联网的服务质量有着重要作用。例如，车辆可以通过其他网元获取当前网络QoS、业务负荷等信息，动态地调整驾驶策略，如重新接入资源较丰富的接入点、重新规划网络路由或停止自动驾驶模式。NWDAF通过收集当前5G网络负荷情况、特定区域网络关键指标等信息，对当前5G移动网络的性能分析和预测，实现对5G网络性能的统计和预测，辅助AF优化参数，进而助力车联网业务的可靠性及安全性。

3.4 5.5G核心网智能化能力演进探讨

5.5G核心网的智能化能力目前主要集中在网络现状分析、动态业务保障和用户行为画像分析等方面，这些能力为运营商提供了对网络的深入洞察和优化服务体验的可能性。为了进一步提升这些智能化能力，未来的发展方向应该是将AI技术更深入地融入5G业务模型，实现一个闭环的反馈机制，其中执行和分析的结果能够直接反馈到业务模型的训练和推理过程中[8-9]。

通过这种方式，不仅可以提高分析的准确性，还能够预测未来网络的性能，从而提前做出相应的优化和调整。例如，利用NWDAF，可以实现服务体验的实时评估和动态优化，帮助运营商更好地管理和优化网络资源，改善用户体验。此外，5.5G核心网的智能化还将在服务智能、网络智能和运维智能三个方面进一步发展[10]。服务智能将帮助运营商从传统的流量导向模式转向体验导向模式，网络智能将提升服务的实时评估能力和动态优化服务体验，而运维智能则是电信网络高效运维的关键。

结语

2024年2月，华为已经发布了全球首个5.5G智能核心网，这标志着5.5G商用的元年的到来，预示着5.5G智能核心网将内生业务智能、网络智能和运维智能，使智能网络商业价值变现[11]。这些进展表明，5.5G核心网的智能化能力正在不断演进，以满足未来网络的需求和挑战。

参考文献：

[1]Douglas S.2024 will be a catalyst for accelerating 5G Standalone/5G Core deployments （Reader Forum）[EB/OL].（2024-01-30）[2024-09-28].https：//www.rcrwireless.com/20240130/opinion/readerforum/2024-will-be-a-catalyst-for-accelerating-5g-standalone-5g-core-deployments-reader-forum#.

[2]Dobrota R.The telecoms trends of 2024： Embracing agility， innovation， and security[EB/OL].（2024-02-22）[2024-09-28].https：//www.colt.net/resources/the-telecoms-trends-of-2024-embracing-agility-innovation-and-security.

[3]秦鹏太，李爱华，姜怡，等.5G-Advanced核心网技术综述[J].移动通信，2022，46（1）：58-66.

[4]顾明，张文雅，陈燕雷，等.5G核心网运维中自智网络运用的探索和思考[J].中国信息化，2023（12）：86-90.

[5]牛煜霞，赵嵩，贺智敏.NWDAF网络数据分析功能的标准演进[J].移动通信，2023，47（1）：29-33.

[6]葛婷婷.基于5G网络切片的天地一体化网络地面核心网的设计与实现[J].数字通信世界，2024（8）：55-58.

[7]梁冰，李琴，邱巍，等.基于直播体验保障业务场景的NWDAF网络功能研究[J].广东通信技术，2024，44（3）：52-55.

[8]HUAWEI.Huawei Launches the 5.5G Intelligent Core Network Solution PaDDLogtztinInAspD3q1Q==toEmpower More New Business[EB/OL].（2023-11-17）[2024-09-28].https：//www.huawei.com/en/news/2023/11/intelligent-corenetwork.

[9]Huang R.5.5G Core： How Does Intelligence Make a Difference？[EB/OL].（2024-04-09）[2024-09-28].https：//blog.huawei.com/en/post/2024/4/9/5-5G-core-intelligence.

[10]HUAEWI.Huawei Launches the World's First 5.5G Intelligent Core Network， Advancing Towards an Intelligent World[EB/OL].（2024-02-26）[2024-09-28].https：//www.huawei.com/en/news/2024/2/5ga-corenetwork-intelligent.

[11]HuaweiBlogTeam.5.5G Intelligent Core： Pre-Commercialization Begins[EB/OL].（2024-04-26）[2024-09-28].https：//blog.huawei.com/en/post/2024/4/26/5GAdvanced-intelligent-core-commercialization.

作者简介：姜有强，本科，高级工程师，jiangyq2.gd@chinatelecom.cn，研究方向：固网和移动核心网相关架构和技术；陈桂毅，硕士研究生，助理工程师，研究方向：核移动核心网相关架构和技术。