摘要：5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)從2019年正式商用至今，在全國(guó)發(fā)展超9億用戶，占國(guó)內(nèi)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶的51.3%。隨著業(yè)務(wù)高速發(fā)展，帶來(lái)的是5G移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的多樣性和通信場(chǎng)景的復(fù)雜性，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有足夠的智能化能力支撐差異化通信業(yè)務(wù)以及復(fù)雜通信場(chǎng)景資源調(diào)度的需求。第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd generation partnership project，3GPP）擬將AI引入5G網(wǎng)絡(luò)中，從而保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)功能和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化運(yùn)維能力。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能（network data analytics function，NWDAF）作為5G核心網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)之一，可向網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)，為網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和智能化提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。本文將詳細(xì)闡述NWDAF技術(shù)的增強(qiáng)演進(jìn)、技術(shù)原理，以及AI技術(shù)如何賦能未來(lái)業(yè)務(wù)和服務(wù)場(chǎng)景，為5GC在未來(lái)更好地滿足用戶需求，提升運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量提供有效參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)切片；NWDAF；AI技術(shù)

1. AI技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 AI的簡(jiǎn)介

人工智能（artificial intelligence， AI）是一門研究如何讓機(jī)器具備人類智能的學(xué)科，其目標(biāo)是通過(guò)模擬人類的學(xué)習(xí)、推理、感知和互動(dòng)等能力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的智能化。AI技術(shù)主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理等，通過(guò)AI技術(shù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠執(zhí)行視覺(jué)識(shí)別、語(yǔ)言交流、決策支持等任務(wù)。隨著計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步，AI在多個(gè)領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展。

1.2 AI技術(shù)的演進(jìn)

AI技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)50年代至70年代，這一時(shí)期被稱為AI的誕生期；20世紀(jì)80年代，AI進(jìn)入知識(shí)工程階段，專家系統(tǒng)開始出現(xiàn)；20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，機(jī)器學(xué)習(xí)階段開始，機(jī)器學(xué)習(xí)算法在數(shù)據(jù)挖掘和模式識(shí)別中得到廣泛應(yīng)用，決策樹、支持向量機(jī)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)成為這一時(shí)期的代表。2000年至2018年，深度學(xué)習(xí)階段到來(lái)，深度學(xué)習(xí)技術(shù)極大地推動(dòng)了AI在圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別和自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域的發(fā)展。2018年以后，隨著大型語(yǔ)言模型的發(fā)展，AI進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。ChatGPT-4.0還展示了強(qiáng)大的知識(shí)融合能力，能夠跨越不同領(lǐng)域進(jìn)行知識(shí)的轉(zhuǎn)移和組合，這使得AI在教育、娛樂(lè)、商業(yè)等多個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用變得更加廣泛和深入[1]。

1.3 AI技術(shù)的能力

AI技術(shù)的能力包括：（1）感知能力，指人工智能通過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取如圖像、聲音和傳感器數(shù)據(jù)的能力；（2）挖掘能力，依賴于數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)，人工智能通過(guò)從大量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息和模式來(lái)支持決策；（3）預(yù)測(cè)能力，基于歷史數(shù)據(jù)和模型，使人工智能能夠?qū)ξ磥?lái)趨勢(shì)和事件進(jìn)行預(yù)測(cè)；（4）推理能力，指通過(guò)邏輯推理和知識(shí)表示，人工智能可以模擬人類的思維過(guò)程，解決復(fù)雜問(wèn)題并做出決策[2]。

1.4 AI技術(shù)在5G應(yīng)用的場(chǎng)景探索

5G網(wǎng)絡(luò)的人工智能技術(shù)應(yīng)用是當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。AI技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主要集中在實(shí)時(shí)感知、資源規(guī)劃、用戶行為分析等方面，以提升網(wǎng)絡(luò)的智能化水平[3]。

在網(wǎng)絡(luò)阻塞問(wèn)題上，AI技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)分析5G網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀況，并優(yōu)化資源調(diào)度，有效解決高密度區(qū)域如體育場(chǎng)館的網(wǎng)絡(luò)過(guò)載問(wèn)題。此外，AI系統(tǒng)還能識(shí)別并解決網(wǎng)絡(luò)異常情況，如設(shè)備故障或帶寬過(guò)載，以保障用戶體驗(yàn)[4]。AI技術(shù)在用戶行為分析方面的應(yīng)用，可以幫助運(yùn)營(yíng)商深入理解用戶需求和動(dòng)機(jī)，從而制定更精準(zhǔn)的營(yíng)銷策略。通過(guò)分析用戶行為，AI能夠處理大量數(shù)據(jù)，識(shí)別模式和趨勢(shì)，為運(yùn)營(yíng)商提供用戶畫像，支持市場(chǎng)前端的合理營(yíng)銷。

NWDAF作為5G核心網(wǎng)絡(luò)的一部分，提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)，為網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和智能化提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。NWDAF能夠從5G網(wǎng)絡(luò)功能中獲取統(tǒng)計(jì)信息、指標(biāo)和事件，進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)建模，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能和資源管理。未來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)的智能化能力將進(jìn)一步演進(jìn)，包括增強(qiáng)NWDAF的功能，結(jié)合聯(lián)邦學(xué)習(xí)等技術(shù)，提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和應(yīng)用的多樣性。5G系統(tǒng)對(duì)AI和機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)的支持，將進(jìn)一步推動(dòng)AI在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，使其成為網(wǎng)絡(luò)的核心驅(qū)動(dòng)力。

2. NWDAF核心技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)

2.1 3GPP NWDAF

5G演進(jìn)至5.5G的過(guò)程主要包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的明確、頻譜資源的策略清晰、產(chǎn)業(yè)共識(shí)的形成以及關(guān)鍵技術(shù)的成熟。5.5G作為5G的增強(qiáng)版，通過(guò)3GPP Rel-18、Rel-19、Rel-20三個(gè)版本定義技術(shù)規(guī)范，支持更多頻段，實(shí)現(xiàn)更快的速度、更低的時(shí)延和更高的連接密度。

5G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生并傳輸大量數(shù)據(jù)，包括用戶的通信數(shù)據(jù)、位置信息、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)等。NWDAF對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提取有用信息，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和智能決策提供支持[5]。在5G網(wǎng)絡(luò)中，許多決策需要根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及用戶設(shè)備需求來(lái)決定，NWDAF可以基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，做出智能的決策，如動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源分配、優(yōu)化路由選擇等。這些決策能夠使網(wǎng)絡(luò)更加高效和穩(wěn)定，提升用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

隨著3GPP Rel-18的凍結(jié)和正式發(fā)布，NWDAF已被逐漸完善和增強(qiáng)。本節(jié)將介紹NWDAF技術(shù)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織中的演進(jìn)過(guò)程，以及在3GPP各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本中具備的網(wǎng)絡(luò)分析架構(gòu)和功能增強(qiáng)的具體內(nèi)容，最后將對(duì)NWDAF的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2 NWDAF的能力增強(qiáng)演進(jìn)

從3GPP Rel-15版本開始，NWDAF作為5G核心網(wǎng)絡(luò)的一部分被引入，其核心作用是為網(wǎng)絡(luò)功能提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)[6]。NWDAF通過(guò)Nnwdaf接口與網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行通信，使得這些功能能夠訂閱或接收網(wǎng)絡(luò)分析信息，如圖1所示。在Rel-15中，NWDAF的功能主要集中在網(wǎng)絡(luò)切片數(shù)據(jù)的分析上，主要服務(wù)于策略控制功能和網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能。

圖1 網(wǎng)絡(luò)分析架構(gòu)

隨著Rel-16中5G網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化使能技術(shù)（eNA）的發(fā)展，NWDAF的數(shù)據(jù)分析能力得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。對(duì)于NWDAF網(wǎng)絡(luò)分析架構(gòu)而言，eNA-ph1的標(biāo)準(zhǔn)化允許NWDAF從任何的5GC NF收集數(shù)據(jù)，同時(shí)允許任何5GC NF向NWDAF請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分析信息，如圖2所示。

圖2 （a）從5GC NF采集數(shù)據(jù)的架構(gòu) （b）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析公開架構(gòu)

這一階段，NWDAF能夠進(jìn)行更廣泛的數(shù)據(jù)分析，包括業(yè)務(wù)體驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)功能負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)性能、用戶設(shè)備相關(guān)性，以及QoS的可持續(xù)性分析等。

到了Rel-17，NWDAF的架構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化，包括在層次結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)管理和邏輯功能方面的改進(jìn)。在層次結(jié)構(gòu)上，引入了多級(jí)智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，允許在網(wǎng)絡(luò)的不同層級(jí)部署多個(gè)NWDAF實(shí)例，每個(gè)實(shí)例可能具有不同的功能并提供不同的服務(wù)。在數(shù)據(jù)管理方面，引入了數(shù)據(jù)采集協(xié)調(diào)功能和消息框架適配器功能來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。在邏輯功能方面，NWDAF被劃分為模型訓(xùn)練邏輯功能和分析邏輯功能，使得運(yùn)營(yíng)商能夠根據(jù)需要部署具有不同功能的NWDAF實(shí)例。

在Rel-18中，NWDAF將繼續(xù)增強(qiáng)，增加新的分析場(chǎng)景，如分布式智能架構(gòu)、跨域智能協(xié)作、輔助應(yīng)用檢測(cè)和智能URSP等。同時(shí)，Rel-18也將引入一系列新的安全特性，包括基于位置服務(wù)的安全、任務(wù)關(guān)鍵型服務(wù)的安全、邊緣計(jì)算框架的安全等。

總體而言，3GPP從Rel-15到Rel-18的版本迭代中，不斷擴(kuò)展NWDAF的數(shù)據(jù)分析能力，以支持5G網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化和智能化發(fā)展。

2.3 NWDAF的業(yè)務(wù)邏輯介紹

NWDAF的功能可以分為三個(gè)主要部分：首先是消費(fèi)者，也就是使用NWDAF分析服務(wù)的實(shí)體，這些實(shí)體可能包括但不限于網(wǎng)絡(luò)功能（NF）、應(yīng)用功能（AF）、操作和維護(hù)管理（OAM）等；其次是NWDAF自身，作為分析服務(wù)的提供者；最后是數(shù)據(jù)源，即向NWDAF提供所需數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)元素。業(yè)務(wù)流程通常開始于消費(fèi)者提出分析需求，NWDAF隨后啟動(dòng)數(shù)據(jù)收集，從數(shù)據(jù)源獲取必要的信息，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將分析結(jié)果返回給消費(fèi)者。NWDAF的業(yè)務(wù)流程框架如圖3所示。

圖3 NWDAF業(yè)務(wù)流程架構(gòu)

通過(guò)構(gòu)建以NWDAF為核心的智能控制平面，可以實(shí)現(xiàn)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的智能化演進(jìn)。這涉及收集和存儲(chǔ)端到端網(wǎng)元的業(yè)務(wù)日志、關(guān)鍵性能指標(biāo)等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行集中訓(xùn)練和推理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶體驗(yàn)質(zhì)量的量化預(yù)測(cè)。通過(guò)建立智能化的網(wǎng)絡(luò)控制平面，并結(jié)合網(wǎng)元的內(nèi)在智能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)和體驗(yàn)感知、評(píng)估和監(jiān)測(cè)，以及體驗(yàn)的優(yōu)化。

3. NWDAF業(yè)務(wù)價(jià)值、能力及演進(jìn)探討

3.1 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的發(fā)展

2019年至今，5G技術(shù)經(jīng)歷了顯著的發(fā)展，但在用戶增長(zhǎng)和應(yīng)用方面面臨著一些新的挑戰(zhàn)。作為一種新的運(yùn)營(yíng)模式，5G獨(dú)立組網(wǎng)（standalone， SA）和5G核心網(wǎng)絡(luò)的部署備受關(guān)注。到2025年，將有更多的服務(wù)提供商部署5G SA網(wǎng)絡(luò)，以提高網(wǎng)絡(luò)的彈性和性能。人工智能和自動(dòng)化將成為電信行業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，將廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、預(yù)測(cè)性維護(hù)和客戶關(guān)懷等領(lǐng)域，以提高運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量。

3.2 NWDAF典型能力及價(jià)值

在5G核心網(wǎng)中，針對(duì)如網(wǎng)絡(luò)視頻直播等關(guān)鍵業(yè)務(wù)的體驗(yàn)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)性能保障，是NWDAF的一個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例。目前，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻直播這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)有較高要求的應(yīng)用，尚缺乏以用戶體驗(yàn)為中心的有效網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)優(yōu)化方法。NWDAF的智能化網(wǎng)絡(luò)功能是提升用戶感知的一個(gè)高效解決策略[7]。2024年，中國(guó)電信針對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻直播業(yè)務(wù)的體驗(yàn)保障進(jìn)行了多場(chǎng)景的現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)和驗(yàn)證?；谥悄芑夹g(shù)，中國(guó)電信從業(yè)務(wù)識(shí)別、體驗(yàn)分析、動(dòng)態(tài)保障、體驗(yàn)評(píng)估、潛在客戶挖掘、體驗(yàn)映射等多個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)智能、服務(wù)智能、運(yùn)維智能三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，提升了用戶的感知體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的商業(yè)價(jià)值轉(zhuǎn)化。除了直播服務(wù)優(yōu)化外，還包括對(duì)各種視頻平臺(tái)，如愛(ài)奇藝、優(yōu)酷，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求較高的手游，如王者榮耀、和平精英等進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)結(jié)合市場(chǎng)需求，選定2到3個(gè)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行試商用，探索基于體驗(yàn)的商業(yè)模式。

另外，可根據(jù)用戶使用體驗(yàn)及各類直播、視頻點(diǎn)播、游戲APP的流量分析，繪制放號(hào)地圖，如在哪些地理區(qū)域直播需求較高，各類用戶上下行帶寬需求情況等，通過(guò)用戶畫像來(lái)推出個(gè)性化、分層次的直播網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化套餐以及網(wǎng)紅流量包。

3.3 NWDAF在其他復(fù)雜場(chǎng)景的探討

在傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)中，感知、決策、執(zhí)行都在車端完成，這種情況面臨著感知存在盲區(qū)、車端算力不足等問(wèn)題，因此，“5G+車路協(xié)同”的技術(shù)方案成為行業(yè)共識(shí)，車端的部分功能可以借助可靠的通信網(wǎng)絡(luò)上移到路端或云端，包括融合感知、車輛路徑規(guī)劃等功能，實(shí)現(xiàn)車路云一體化的協(xié)同智能車聯(lián)網(wǎng)。

不同業(yè)務(wù)類型及應(yīng)用場(chǎng)景所需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求也不一樣。要滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)算力和網(wǎng)絡(luò)的要求，需要對(duì)算力和網(wǎng)絡(luò)資源按需供給、靈活調(diào)度。NWDAF技術(shù)對(duì)于動(dòng)態(tài)識(shí)別當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能，提高車聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量有著重要作用。例如，車輛可以通過(guò)其他網(wǎng)元獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)QoS、業(yè)務(wù)負(fù)荷等信息，動(dòng)態(tài)地調(diào)整駕駛策略，如重新接入資源較豐富的接入點(diǎn)、重新規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)路由或停止自動(dòng)駕駛模式。NWDAF通過(guò)收集當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷情況、特定區(qū)域網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)等信息，對(duì)當(dāng)前5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的性能分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)性能的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，輔助AF優(yōu)化參數(shù)，進(jìn)而助力車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的可靠性及安全性。

3.4 5.5G核心網(wǎng)智能化能力演進(jìn)探討

5.5G核心網(wǎng)的智能化能力目前主要集中在網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析、動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)保障和用戶行為畫像分析等方面，這些能力為運(yùn)營(yíng)商提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的深入洞察和優(yōu)化服務(wù)體驗(yàn)的可能性。為了進(jìn)一步提升這些智能化能力，未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該是將AI技術(shù)更深入地融入5G業(yè)務(wù)模型，實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)的反饋機(jī)制，其中執(zhí)行和分析的結(jié)果能夠直接反饋到業(yè)務(wù)模型的訓(xùn)練和推理過(guò)程中[8-9]。

通過(guò)這種方式，不僅可以提高分析的準(zhǔn)確性，還能夠預(yù)測(cè)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的性能，從而提前做出相應(yīng)的優(yōu)化和調(diào)整。例如，利用NWDAF，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)體驗(yàn)的實(shí)時(shí)評(píng)估和動(dòng)態(tài)優(yōu)化，幫助運(yùn)營(yíng)商更好地管理和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，改善用戶體驗(yàn)。此外，5.5G核心網(wǎng)的智能化還將在服務(wù)智能、網(wǎng)絡(luò)智能和運(yùn)維智能三個(gè)方面進(jìn)一步發(fā)展[10]。服務(wù)智能將幫助運(yùn)營(yíng)商從傳統(tǒng)的流量導(dǎo)向模式轉(zhuǎn)向體驗(yàn)導(dǎo)向模式，網(wǎng)絡(luò)智能將提升服務(wù)的實(shí)時(shí)評(píng)估能力和動(dòng)態(tài)優(yōu)化服務(wù)體驗(yàn)，而運(yùn)維智能則是電信網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)維的關(guān)鍵。

結(jié)語(yǔ)

2024年2月，華為已經(jīng)發(fā)布了全球首個(gè)5.5G智能核心網(wǎng)，這標(biāo)志著5.5G商用的元年的到來(lái)，預(yù)示著5.5G智能核心網(wǎng)將內(nèi)生業(yè)務(wù)智能、網(wǎng)絡(luò)智能和運(yùn)維智能，使智能網(wǎng)絡(luò)商業(yè)價(jià)值變現(xiàn)[11]。這些進(jìn)展表明，5.5G核心網(wǎng)的智能化能力正在不斷演進(jìn)，以滿足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的需求和挑戰(zhàn)。

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作者簡(jiǎn)介：姜有強(qiáng)，本科，高級(jí)工程師，jiangyq2.gd@chinatelecom.cn，研究方向：固網(wǎng)和移動(dòng)核心網(wǎng)相關(guān)架構(gòu)和技術(shù)；陳桂毅，碩士研究生，助理工程師，研究方向：核移動(dòng)核心網(wǎng)相關(guān)架構(gòu)和技術(shù)。