5G-Advanced网络演进关键技术（上）

5G-Advanced网络演进架构趋势和技术方向

为了满足个人消费者体验升级和行业数智化转型的需求，5G-Advanced网络需要从架构层面和技术层面持续演进，以满足多样化业务诉求，提升网络能力。

在架构层面，5G-Advanced网络需要充分考虑云原生、边缘网络、移动算力感知及调度以及网络即服务理念，持续增强网络能力并最终走向云网融合、算网一体。

1）云原生（Cloud Native）是在电信云NFV基础上的进一步云化增强，以便更快的实现5G网络的灵活部署和功能的灵活开发和测试。云原生需考虑通过软件优化提高对硬件资源占用效率，考虑引入云化的安全机制实现基础设施内生安全，同时兼顾电信云资源的可管可控和可维护性，保障电信云的健壮性。

2）边缘网络是分布式网络架构与边缘业务相结合的高效部署形态。

3）移动算力感知及调度通过加强5G网络对算力的感知，实现5G核心网与边缘计算，边缘计算间的协同，为用户及业务提供最优路径及最佳体验效果，形成算网一体化服务。

4）网络即服务(Network as a Service)模式使5G系统变得高度灵活，可以适配垂直行业需求的各种定制化方案，其具体实现形态可以是5G网络切片，也可以是独立部署的网络。5G核心网的SBA服务化架构设计深入网络逻辑内部，有助于运营商全面掌控网络，贴合“网络即服务”的5G网络发展目标。SBA的设计使得5G网络功能(NFs)可以进行无状态开发。它允许对NFs进行模块化、灵活和以应用程序为中心的更高效通信。SBA的一个重要特点是，通过使用基于请求/响应和订阅/通知的方法，有效地管理和控制NF服务之间的各种通信。SBA架构允许对NF服务进行具备鲁棒性的伸缩、监控和负载平衡。

运营商以SBA为网络基础、以网络切片为服务框架、以网络平台为核心、以关键网络功能API为抓手，构建敏捷定制化5G能力，帮助用户深度参与到网络服务的定义和设计中，提供差异化的业务体验及更高的业务效率，使得联接与计算共同成为5G服务行业发展的强大助推器。

图1  5G-Advanced 网络架构

在网络特征与网络功能层面，未来用户对网络有着越来越复杂多样的需求，基于此，5G-Advanced需要具备智慧（AI）、融合（Convergence）和更丰富使能（Enablement）的特征，即ACE。

1）智慧（AI）：随着5G网络在行业网络中的应用发展，网络规模日益扩大，业务场景日益丰富，网络功能和管理变得愈加复杂。传统网络需要大量手动配置和诊断，带来较高的管理开销，因此需要引入智能化来协助提升从网络功能到网管协作的各个层面的服务能力和服务质量。

2）融合(Convergence)：多种接入方式融合、多张网络融合是5G-Advanced网络演进的大趋势。在5G应用于行业之前，各个行业经过漫长的应用与演进，形成了彼此独立的网络，出现了多样化的终端、接入方式与传输方式。网络的通用性极差，导致了新功能迭代时间长、设备价格高昂、技术发展缓慢等问题。因此，天地一体化、工业互联网等多行业多协议融合的下一代网络成为新趋势。

3）使能（Enablement）：随着5G网络在行业中的应用，网络能力持续丰富和提升，并逐渐由基础设施向业务使能者的角色演变。网络确定性、定制化、面向行业需求的自演进等新能力的引入，都将助力5G-Advanced更好地为行业用户提供按需定制的网络，真正实现网络即服务。

5G-Advanced关键技术

智能化网络

1）网络智能化关键技术

网络资源虚拟化、业务多样化、以及网络切片、边缘计算等5G新能力的不断引入，给5G运营和商用带来挑战。通过智能化技术在电信网络中的应用和融合，可提高网络效能，降低运维成本，提升网络智慧运营水平。

从3GPP Rel-16开始，为了推动网络智能化，在网络基础架构（SA2）和网管（SA5）技术标准化层面开展了持续推进。NWDAF是3GPP SA2在5G引入的标准网元，是AI+大数据的引擎，具备能力标准化、汇聚网络数据、实时性更高、支持闭环可控等特点。3GPP不但定义了NWDAF在网络中的位置以及和其他网络功能的交互协同，也定义了NWDAF部署的灵活性。NWDAF可以通过功能嵌入的方式部署在特定的网络功能单元，也可以独立部署。通过网元内生智能结合独立NWDAF的跨网元协同，完成网络智能的闭环操作。同时，NWDAF还将构建AI模型在网性能的自评估、自优化机制，这将为AI与网络的深度融合提供了重要的落地支撑。MDAS是3GPP SA5正在研究的服务能力，是网络和服务管理与编排的自动化和认知的一个使能器。它与人工智能（AI）和机器学习（ML）技术相结合，为网络服务管理和编排带来了智能化和自动化。MDAS基于网络管理数据的数据处理和分析功能，可实现对网管领域数据价值挖掘；可结合AI/ML技术对网络管理数据进行处理和分析，进而输出分析报告及相应的网络管理操作建议，以促进网络管理及编排的智能化和自动化，实现网管域的闭环管理。NWDAF与MDAS可相互协同，尤其在跨域和端到端领域，NWDAF可为MDAS提供数据和本地化分析结果，助力MDAS进一步构建端到端的智能能力。

随着5G网络的演进，网络变得越来越复杂，网络运维的复杂性也相应增加，这就要求网络是一个高度智能化，高度自动化的自主网络。一方面网络需要根据自身和环境的变化，自动调整以适应快速变化的需求；另一方面，网络也需要根据业务和运维要求，自动完成需要的网络更新和管理。为满足这些需求，以下人工智能领域技术可为5G-Advanced网络智能化发展提供参考：

机器学习作为网络智能的基础技术，可广泛地分布于5G网络中各节点及网络控制管理系统中。基于5G系统生成的丰富的用户和网络数据，并结合移动通信领域的专业知识，可以构建灵活多样的学习框架，形成一个应用广泛、分布与集中相结合的网络智能化处理体系。

以认知技术为基础，将移动通信领域的专业知识内置到算法，充分利用5G网络生成的大数据，增强网络运营智能化程度，以实现复杂多样的业务目标。

意图驱动网络使得运营商能够定义期望的网络目标，系统可以自动将其转化为实时的网络行为，通过意图维持对网络进行持续地监控和调整，从而保证网络行为同业务意图相一致。

此外从架构层面，5G-Advanced网络可进一步优化5G网络生成的大数据的应用，具体通过支持如下的增强实现：

分布式可信AI架构：例如通过联邦学习来支持多个网络功能之间、终端之间、网络功能与终端之间、网络与行业应用的AI单元之间共同学习训练。这样既能有效增强训练效果，又保护数据隐私。此外，NWDAF可服务拆分、分层部署，灵活地构建分布式智能网络体系，更好地应对差异化的业务需求。

使能层的数据分析框架：除了分析核心网域的大数据，还包括管理域、应用域的大数据分析以优化实现业务目标。

图2   基于 NWDAF的 5G 网络智能架构

2）网络支持 AI/ML 业务

利用AI/ML技术更好的实现如自动驾驶、健康监测、语音交互等智能化应用是未来的发展方向。5G-Advanced网络可以为AI/ML业务提供良好的管道能力、按需的信息开放能力和高质量的信息共享能力，从而实现高效的模型推理、模型训练和下载以及分布式/联邦学习等业务。

（1）对于AI模型推理，由于算力和隐私限制， 5G-Advanced网络与AI/ML应用可以通过有效的协商交互以达到AI/ML业务体验不受影响的目的。

（2）对于模型训练和下载，在成千上万的AI模型适配到各种各样的场景中，终端需要按需获得适配当前场景的AI模型。由于5G-Advanced网络具有全局性的优势，可以对任意终端按需进行评估，提供高价值信息以便辅助应用层模型训练的快速完成；并且帮助应用及时感知终端行为，及时将适配场景的模型发送给终端使用。

（3）对于分布式/联邦学习，为了打破终端的数据孤岛问题，充分利用大量终端本地数据形成有效全局数据集，高效完成模型训练。5G-Advanced网络支持应用层分布式/联邦学习有助于算力分担、隐私安全、无线资源高效利用等诸多方面。

5G-Advanced网络将有助于打破通信网络和上层应用之间的资源隔离，形成优势互补，对于提升AI/ML业务的效率做出有效贡献。

3）智能网络应用场景

为实现智能网络构建，赋能各行各业数智化转型，5G网络需要在网络各领域不断引入AI技术。对内可服务网络、安全、管理等领域，将云网的大数据资源通过人工智能算法转化为云网的智能规划、业务分析、故障诊断、动态优化能力。5G网络通过引入AI技术，可实现完整的业务体验优化闭环，包括对用户体验进行智能的评估与监测，需结合业务需求、网络能力进行智能综合分析，通过业务体验反馈机制，进行策略的调整和闭环跟踪，包括引导用户接入网络的方式和接入频段等，实现网络成本和业务体验的最优匹配。例如通过智能数据分析，建立用户体验指标与QoS指标的关系模型，并基于该模型实时评估和监测当前业务的用户体验质量；分析挖掘用户的通信习惯，通过网络智能识别用户当前在使用的业务，从而形成最佳匹配于用户/业务与网络的差异化QoS参数；通过联邦学习等隐私计算方法，面向网络KPI与应用体验数据进行数据不出本地的联合建模，实现网络服务质量的智能对账；使用强化学习等优化决策算法对切片资源和用户进行综合调度和优化，实现切片资源和用户的智能调度，保障切片业务的体验质量；基于AI的多接入协同，保障多接入资源得到充分利用的同时提高用户体验。

网络智能技术对外可以充分支持自动驾驶、AR/VR、智能定位和感知等多类型AI/ML业务。通过开放智能QoS预测能力，可以使应用及时调整操作方式以更好的适配网络，比如对于V2X应用，当收到网络的预测QoS无法满足自动驾驶要求时，及时调整为辅助驾驶。同时，充分利用电信行业的算力、数据和场景优势，重新定义端管云生态，构建电信行业的新商业模式。在许多特定的应用场景需要云边端协同工作，通过数据采集、模型训练、智能模型推理，可以实现灵活的资源编排和调度，完成特定的业务逻辑。云网边端的可用计算能力状况和网络状况是实时动态变化的，在引入人工智能技术对计算负载和网络负载进行合理预测的基础上，运营商可以对云网边端中的算力、存储和网络连接等多维资源进行联合优化调度，实现云网边端资源的一体化调度和动态分配，在满足业务服务质量要求并取得资源效率全局优化的前提下，使业务负载在云、网、边、端全域异构资源上合理、灵活地部署和迁移。

行业网融合

5G与行业网融合将会成为5G-Advanced网络面向垂直行业客户的一个重点场景。5G网络在行业网络中，凭借无线化、移动性等优势，能带来更多的业务价值，如人员保护、生产柔性化等。从组网角度，不仅能大幅降低有线组网的复杂度和人力成本，更能帮助行业客户实现“一网到底”的理想。例如，在工业制造领域的现场与车间组网中，5G可在垂直层面简化多层次的有线网络层次实现网络扁平化；基于5G确定性能力的差异化保障，5G可以实现现场网络的IT网络（如设备运维数据采集）与OT网络（如PLC控制）合一。

行业专网的特点在于为第三方客户在自身的运营管理范围内提供灵活按需的定制化网络。5G行业专网可将企业自身的网络体系与5G网络融合，构建统一管理、无缝切换的融合行业网络。

融合的行业网络主要分为以下几方面增强：

1）网络组网互通增强

5G-LAN技术可利用5G网络代替当前工业领域的局域网，解决在当前的工业网络中线缆移动性限制，光纤铺设成本高的问题，为行业用户提供了快速灵活组建移动专网的能力。5G-LAN通过组的概念定义了虚拟网络，支持组内点对点和点对多点的通讯。5G-LAN组可以部署一个UPF，也可以部署多个UPF，支持UPF内的本地交换，也支持跨UPF的组内通讯。通过开放API接口使得第三方能够灵活的创建或者修改通讯组，从而实现组的动态管理。

5G-Advanced对5G-LAN可以在以下方面进行的技术增强：

（1）进一步研究工业网络中的新需求，在移动网络二层数据传输方面进行增强，扩大5G-LAN在工业网络中的应用场景。例如，工厂场景需要网络间具有服务连续性的组通信、5G LAN中的动态组通信、5G-LAN组QoS支持。

（2）目前5G-LAN只支持一个组由单个SMF服务，未来将扩展到一个组跨多个SMF，从而实现广域范围的互联互通。

（3）固定网络和移动网络的融合，5G-LAN需要和传统工业有线局域网进行互通和融合。

此外在5G行业专网组网中，企业可对于终端地址进行统一管理与规划。通过构建N3IWF网络功能，还可支持实现行业现有网络与5G专网的融合覆盖与切换。

2）网络管理增强

构建面向企业的统一网管监控体系，简化网络管理流程，打破烟囱式管理模式；

3）网络安全增强

由运营商部署运维的行业网需要在安全和可靠性方面满足企业要求。行业网与公网按需实施有效的隔离，其中一个可能的方式是支持行业专网（如PNI-NPN等）。安全保障能力包括：接入终端与卡号鉴权、拓扑隐藏等，企业甚至会对行业专网接入的所有数据进行防火墙过滤，从而确保敏感数据不出园区；可靠性能力包括：接入可靠性、资源按需占用性和连接的可靠性。

家庭网络融合

家庭网络会成为5G-Advanced网络覆盖的一个重点场景。运营商发现用户晚间在家时，会出现移动数据流量高峰。如果消费者使用新业务如手机游戏或高清移动电视时，这种情况更加明显，因为这些服务需要更高的数据速率。

高数据速率服务如交互式应用，未来可能在更高的频段承载以获取更多的带宽。然而这些较高频段如何为室内提供覆盖正在成为网络发展的一个挑战。室外基站可能无法提供足够的室内覆盖，可考虑引入中继或室内基站，来为消费者提供无处不在的覆盖体验。

家庭网络有其自身特点：设备移动范围较小；接入数量较多，且接入设备类型较多；对网络的可靠性要求不高，但是对协议转化要求较高；对带宽需求明显；可能有很多近距离通信需求。

面向未来的家庭智慧物联，入网的终端将会多种多样，采集到的数据也是多样化的。如何实现这些多样化采集数据的同步传输，并结合AI算法，更加准确的判断出人员行为、预测设备状态、进行智能调控，会成为下一阶段家庭网络技术研究的重点。

天地一体化网络融合

5G网络不仅提供更高速的数据传输服务，更将提供无处不在的移动网络接入。然而，在偏远地区，例如山区、沙漠、远洋等，5G网络建设和维护的成本极高，因此无法通过传统地面5G基站在偏远地区提供无缝的5G网络覆盖。随着航空航天技术的发展，宽带卫星通信已经可以地面蜂窝网络难以比拟的成本优势来实现广域甚至全球覆盖。因此，5G网络应充分融合卫星通信，取长补短，共同构成全球无缝覆盖的天地一体化综合通信网，满足用户无处不在的各种业务需求。

目前5G网络已支持基站采用5G NR空口制式，允许终端通过卫星基站接入统一5G核心网，支持卫星工作在透明转发模式，但在语音业务、传输时延等方面存在一定的局限性。未来支持天地一体化网络融合的5G-Advanced网络将具备如下特点：

1）支持不同轨道高度的卫星网络与地面5G网络的融合，如低、中、高轨不同的移动性管理策略。

2）卫星提供无线接入时，可工作在弯管模式或再生模式，分别提供数据透明转发功能和星上信息处理功能，支持星地或星间组网，支持终端同时使用卫星接入和地面接入，以优化业务数据传输，支持卫星接入或者地面接入属于一个或者多个运营商。5G核心网应能够针对通过卫星接入的终端，采用增强的移动性管理机制，例如支持基于终端位置的接入控制，支持终端在卫星接入与地面接入之间无缝切换，基于卫星接入的类型进行策略与QoS控制，以及支持非连续卫星覆盖时的寻呼增强和终端节电增强。支持基于网络的定位来满足非GNSS终端定位需求。

3）基站使用卫星网络提供的回传服务时或者星载基站，核心网应能够感知卫星网络的特征（例如时延、带宽等），并在考虑卫星移动和整个星座系统情况下，进行策略与QoS控制，以及向应用层开放回传能力以辅助应用层的适配。

4）在主要业务应用上星的情况下，支持UPF上星，使卫星可以提供边缘计算服务，以减少传输时延和回传资源；支持通过星上UPF完成UE间通信数据的本地交换，减少通信的端到端时延，提高通信效率。

图3  融合卫星系统的 5G 网络

交互式通信能力增强

随着5G网络实现连续覆盖、智能终端大屏化和AR/VR/XR等新媒体终端的成熟，用户实时通信的诉求不再局限于音视频。触、摸、拖、拽等操作的互动，针对同一事务共同协作，使沉浸式视频通信等成为可能。实时通信将向高清化、交互式、沉浸式及开放性的交互式通信演进。

交互式通信在实时通信的基础上搭载新的数据传输通道，为用户提供除音视频之外的更丰富的实时交互服务。不仅提升消费者通信体验，如个性呼叫、远程协作、AR社交、VR通信等；而且提升企业沟通效率，如企业名片提升外呼电话可信及接通率，可视菜单提升选择效率和客服满意度；同时提供了更开放的网络能力，使能更丰富的行业应用场景。如打车应用、企业园区通信及互动远程教育等。

3GPP Rel-17针对云游戏和XR等交互式业务定义了新的5QI和QoS参数等，而在5G-Advanced阶段，交互式通信还需要如下关键技术支撑：

1）IMS Data Channel：通过建立与音视频通话同步的数据通道，在音视频通话中实现屏幕共享，叠加AR，甚至是听觉、视觉、触觉、动觉、环境信息等同步的全沉浸式体验。

2）分布式、服务化融合媒体：构建统一的融合媒体面，同时支持音视频、协作、AR/VR等媒体，分布式部署，就近调度，满足此类业务的低时延及上行大带宽需求。研究媒体控制接口服务化，以灵活满足不同业务的差异化需求，如转码、放音、Data Channel等，提升媒体资源分配效率，缩短新业务上市时间。

3）通话应用可编程：终端除了需要支持IMS Data Channel，还需要支持通话应用可编程，支持Web引擎实时处理数据通道的业务数据并实时在用户UI呈现，可以灵活扩展业务。

4）第三方ID可信接入：企业服务电话经常被当做骚扰电话拒接，导致沟通效率低下。需要定义运营商与企业的联合认证机制，能够在呼叫接续时携带经过认证的主叫身份和呼叫意图信息，确保企业服务电话是可信的，提升呼叫接通率。

5）全新QoS机制：网络侧针对多流业务进行分层编码和分层传输，并提供不同的5QI进行QoS保障；识别不同的数据包并以更细粒度实施QoS控制（例如，延迟，或可靠性）；引入新的QoS参数（例如新的等待时间要求，可靠性，带宽）以支持触觉数据或传感器数据传输；支持感知媒体业务特征的QoS机制，基于业务特征信息对业务流的不同数据包提供差异化QoS调度；面向XR业务的端到端时延保障机制及去抖动机制。

6）增强多媒体数据流协同：触感通信可支持多维数据采集，从而用于全面表征业务特征。这种新的通信模式需要实现多业务流间的传输协同和统一的调度，保障数据包同步到达处理服务器或终端。

7）增强的网络能力开放机制：针对AR/VR等强交互性业务场景，5G系统可通过开放更多更实时的信息来支持更好的用户体验以及更高效网络资源利用。

8）增强的移动性管理和节能机制：面向XR和多媒体业务的新型移动性管理和能耗优化，提升终端的待机时间和业务体验，让用户在移动场景下更好享受沉浸式的多媒体服务。

9）为确保XR业务体验，可考虑针对占用网络资源较高的多媒体业务提供资源保障能力。

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