中国联通5G核心网智能架构白皮书

通5G核心网智能架构白皮书2023年6月中国联通5G核心网智能架构白皮书版权声明本报告版权属于中国联合网络通信有限公司研究院，并受法究其相关法律责任。中国联通5G核心网智能架构白皮书-1- (一)网络切片性能保障 5(二)边缘计算路由优化 6(三)UE行为分析及业务优化 7(四)网络拥塞分析 8(五)定位业务赋能 9(六)智能选网 10(七)QoS预测及可保持性分析 11 (一)NWDAF分析框架 12 (二)ML模型管理及交互 17 (三)数据管理和协调 21 (四)分析时间/时延管理 25(五)事件通知静音机制 27(六)UE应用数据采集 28 中国联通5G核心网智能架构白皮书-2-前言随着5G网络覆盖不断铺开，5G业务形态不断创新和演进，5G网络的业务能力开始从单一化走向多样化，网络部署也逐渐从中心化转为分散化/边缘化，这些变化都对传统的网络治理手段提出了巨大的挑战。而近年来人工智能技术快速发展，人工智能算法的不断演进和迭代，设备硬件能力持续提升，标志着人工智能技术的逐步成熟，也为5G网络的智能化治理提供了一种可本白皮书针对3GPP定义的以网络数据分析功能NWDAF为核心的5G核心网智能架构，讨论了5G核心网智能化的典型场景、系统架构要求和关键技术能力，为未来的5G网络智能化演进提供了一个思路。本白皮书由中国联通研究院牵头编制，参编单位包括(排名不分先后)：华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、维沃动通信有限公司、腾讯云计算(北京)有限责任公司、中国信息通信科技有限公司、爱立信(中国)通信有限公司、上海诺基亚贝尔股份有限公司。中国联通5G核心网智能架构白皮书-3-编写组成员(排名不分先后)：中国联通5G核心网智能架构白皮书-4-一、5G智能技术发展驱动力GG区和80%的乡镇镇5G网络能够对网络状态进行针对性的感知，并以此为基础进行经验性的，甚至是预测性的动态调整和优化。G供了契机，中国联通5G核心网智能架构白皮书-5-设备性能的持续提升，也为5G网络的智能化提供了可能性。作为5G网络最大的数据生产者之一，5G核心网已经成为了各个标准组体验，进而提升5G网络价值提供了一条值得探索的新路径。二、5G智能化典型应用场景 G务场景的多样性为运营商带来了巨大的挑战，传统的网络建设和管理思路难以适应快速发展和演进的移动通信网络部署的网络建设投资，构建灵活和敏捷的5G网络。中国联通5G核心网智能架构白皮书-6-业务QoE情况的统计(如占总数多少百分比的用户已经低于SLA所和SLA保障。能预测，在用户QoE下降之前提前完成资源的优化配置，缩短或避免用户对QoE降级的感知。 EdgeComputing是5G架构的重要创新之一，在实际的部署中，同一个边缘计算业务可能会在一个区域(如一个城市内)部署多个支持该业务的边缘应用服务器，随着用户使用业中国联通5G核心网智能架构白皮书-7-动)等因素。的业务体验。 (三)UE行为分析及业务优化G作为用户业务管理和调度的核心，拥有非常丰富的用中国联通5G核心网智能架构白皮书-8-G通过分析网络数据，可以获取特定区域，特定时间段G还可以根据第三方可提供的策略和需求信息，提供业EUE运营商可以针对性的调整用户管理策略(如将异常UE强制下线)，UE并进行及时的处理。 (四)网络拥塞分析传统拥塞控制方案是人们基于对忙闲时经验判断或者特定网络中国联通5G核心网智能架构白皮书-9-进行小区级别的拥塞判断和预测，并将网络拥塞状态上报给AF，指基于5GC的智能拥塞管控可充分实现对网络拥塞状况实时感 力的引入能够有效提升定位性能，网络分析数据(如终MF更适合当前场景(如终端位于室内或室外)的定位方法，提高定位精中国联通5G核心网智能架构白皮书-10- (六)智能选网在运营商5G网络完成全面覆盖之前，传统的4GLTE网络和助终端进行智能选网驻留。G网作为网络的核心，可以获取到大量用户业务相关的数AF，AMF，SMF等网元获取到用下，PCF可以为用户终端制定出合适的RAT/频率选择策略(例如，RFSP，RAT/FrequencySelectionPriority)，从而对于NR和LTE之间的异系统选择或者NR高频和NR行有效和智能的判断。-11- (七)QoS预测及可保持性分析QoS保障是移动通信网络实现差异化服务能力的重要技术，第5G网络的智能化分析网元通过采集网络特定时间或位置区域的该预测结果可以通过能力开放的API接口发送给AF,业务提供能性大小，并在超出V2X应用服务器设置的通知阈值时发送通知报VXGC的QoS可持续性统计中国联通5G核心网智能架构白皮书-12-三、5G核心网智能架构关键技术 1.数据采集及分析反馈核心网服务化网元网络数据分析功能NWDAF(NetworkData图15G核心网智能框架示意图析所需要的原始数据。可以通过服务化接口获取的数据包括如从中国联通5G核心网智能架构白皮书-13-应特定DNN/S-NSSAI的PDU会话建立、更新、释放信息，从AFNEFQoE应用服务器MNEF与AF进行交互。NWDAF的分析结果信息可以包括网络性能需求，并在完。2.NWDAF发现和选择NWDAF列表。NWDAF注册到NRF中的NF配置文件可以包含NWDAF支持的AnalyticsID，支持的服务类型(如是否支持MTLFsID(如UE移动性分析)，携带其正在服务的目标UE标识以及对应中国联通5G核心网智能架构白皮书-14-UENWDAF析消费者可以向UDM进行查询并找到所需的NWDAF。3.分析上下文的管理和传递F续执行未完成的分析过程。等；NWDAF费中国联通5G核心网智能架构白皮书-15-者选择目标NWDAF后，触发目标NWDAF发起。4.NWDAF分析聚合NWDAF结构或树状结合并部署或邻近部署，以实现快速的实时性数据获取，而上级的分析报告。当多个NWDAF需要联合完成一项分析任务时，需要有一个他非聚合NWDAF则在NF配置文件中包含分析元数据提供能力，F色期间，也可能同时在承担独立NWDAF或提供分析元数据的中国联通5G核心网智能架构白皮书-16-图2NWDAF分析聚合架构示意分析消费者可能会在NWDAF发现和选择的过程中指定一个目的NWDAF，在后续的分析请求和交互过程中，聚合NWDAF可以NWDAF的条件，进而完成分析聚合过程。分析消费者也可能不会在NWDAF发现和选择过程中指定目标中国联通5G核心网智能架构白皮书-17- 1.NWDAF逻辑功能分解因此NWDAF所使LNWDAF体，包括：下发给AnLF，用于后续AnLF的分析推理过程；从MTLF获取的ML模型进行数据的分析和推理，生成分析消费者所请求的分析结果。一个NWDAF功能实体可能单独包含MTLF或AnLF功能，也中国联通5G核心网智能架构白皮书-18-图3NWDAF逻辑功能分解示意图2.ML模型管理和共享MTLFMTLF务于特定的服务区域，或LF一般情况下，ML模型的训练过程和推理过程可能基于不同的中国联通5G核心网智能架构白皮书-19-AI框架的设备(即AnLF)使用。为此，一种内部预配置一个MTLF列表，并确保这些MTLF中的ML模型是AnLF可以识别和使用的，AnLF仅从包含在这一MTLF列表中的MTLF中请求ML模型。互用性指示，指示一个允许从该MTLF中检索ML模型的AnLF供L发现和选择流程中通过互用性指示和互用性Token发现对应的MTLF，并获取其可以识别和使用的ML模型。3.多MTLF协同的联邦学习中国联通5G核心网智能架构白皮书-20-FederatedLearning)的图4联邦学习过程示意高效的ML模型训练，而又不需要各个MTLF将训练所需的原始数参与联邦学习过程的MTLF可区分为服务器(FLServer)和客户端(FLClient)，联邦学习的角色(服务器/客户端)和相应的能力AnalyticsID中国联通5G核心网智能架构白皮书-21-基于本地数据进行分布式的机器学习和模型训练并产生本地ML模MLFLServer进行ML模型汇聚，形成于本地策略或者FLClient的状态信息(如网元负载，能力信息，延迟信息等)进行成员的重新选择以添加或者移除一些FLClient，从 1.数据协调围绕NWDAF构建的5G核心网智能架构下，针对不同的阶段定义了包含数据采集协调功能DCCF、消息框架(MessagingFramework)以及消息框架适配器功能MFAF的数据协调框架，如-22-图5数据协调框架在部署了DCCF的情况下，数据消费者(如NWDAF、分析数据存储功能ADRF等)除了可以直接对接数据源获取数据，还可以通过DCCF进行数据请求，在这种情况下，数据消费者的数据请求将发送给DCCF而不是直接发送给数据源。数据消费者可以在数据请求中指示所需要的数据源NF或ADRF用于下一步的数据处理，CF数据源NF(如通过向NRF/UDM/BSF检索)或ADRF。中国联通5G核心网智能架构白皮书-23-GPP标准化定义，消息框架和3GPP系统之间的互通通过消息框架适配器功能MFAF实现，MFAF支持和5GCNF之间的3GPP消费者适配器(3CA)以及和DCCF之间的3GPPDCCF适配器(3DA)以和DCCF指示MFAF进行数据采集，并由消息框架完成数据处理后将独立部署，也可以内置在DCCF中。MFAF独立部署的场景可适用2.数据存储3GPP在Rel-17阶段定义了分析数据存储功能ADRF，用于存用于直接的分析推理过程，或由NWDAF(MTLF)用于进行ML模NWDAF进行重复的分析推理过程。以上过程可以由NWDAF、中国联通5G核心网智能架构白皮书-24-ADRF图6数据存储框架ADRF中存储数据或分析信息的ADRF服务消费者通过调用ADRF未来潜在数据或分析信息的存储，可以由ADRF服务消费者通过向数据访问方面：数据或分析信息消费者向ADRF请求已发生的时间窗口内的数据或分析信息，或通过数据检索订阅服务向ADRF订阅包含未来时间的时间窗口期间的数据或分析信息，并由ADRFNWDAFDCCF进行订阅，在收到对应的数据或分析通知后将其所包含的信息发送给数据或分析信息消费者。3.数据的格式化和预处理当使用了基于DCCF/MFAF的数据协调框架，数据消费者可以-25-通知的触发条件如事件交叉触发、消费者请求触发等，并可能指示DCCF或MFAF在向数据消费者发送通知的时候是否需要同时将数据通知发送给ADRF以进行数据的存储。DCCF/消息框架针对所采集的数据进行初步的概括并形成一个单独，在部署了消息框架和MFAF的情况下，数据的格式化和预处理指示由DCCF下发给MFAF，并进一步由消息框架执行具体的处理过程。 (四)分析时间/时延管理中国联通5G核心网智能架构白皮书-26-，其中包含NWDAF侧评估的“修改的等待时间”信息(如还需要额外的10分钟)，以辅助分析消费者判断是否需要向新的NWDAF重新发起分析请求，还是继续等待当前NWDAF的分析结进行数据的预采集和预分析评估得出的针对该AnalyticsID所需要配置文件的一部分注册到NRF中，并作为分析消费者发现和选择中国联通5G核心网智能架构白皮书-27- AMF，SMF等)和数据消费者(如NWDAF，DCCF)可以支持事数据消费者可以通过事件订阅中的以下标志位指示数据源进行事件储数据的通知：但送事件通知；静音的相关参数可以通过数据格式化和预处理指示发送给DCCF。中国联通5G核心网智能架构白皮书-28- (六)UE应用数据采集过UE建立的PDU会话进行所需数据的采集。UE应用数据的采集ASPSLA确定并配置在AF中，包括UE应用可以向AF提供的信息，AF验证UE应用程序合法性所AUE则可以通过NRF查找应用对应的AF。应用采集数据)和间接采集(UE应用将数据发送给AS，AF向AS获取所需的数据)两种方式实现。AFUE户隐私的应用数据习惯等信息的暴露。中国联通5G核心网智能架构白皮书-29-中国联通5G核心网智能架构白皮书-30-选择。储(ADRF)和数据协调(DCCF/MFAF)能力的标准化智能架构的管理和调度。G智能架构的探索和实践，将显著的提升业务的性能和中国联通5G核心网智能架构白皮书-31-缩写英文全称中文名称5GC5GCoreNetwork5QI5GQoS标识符ADRFion分析数据存储功能AF应用功能AI人工智能AMF接入与移动性管理功能AnLF分析逻辑功能APIApplicationProgrammingInterface应用程序接口AS应用服务器ASPApplicationServiceProvider应用服务提供商BSFBindingSupportFunction绑定支持功能DCCF数据采集协调功能DNNDataNetworkName数据网络名称FLFederatedLearning联邦学习GBRGuaranteedBitRate保障比特速率LMF定位管理功能MFAFMessagingFrameworkAdaptorFunction消息框架适配器功能MTLFModelTraininglogicalfunction模型训练