中國電信北京研究院|張志榮 朱雪田 李志軍

5G網(wǎng)絡將更加簡潔、敏捷、開放和集約，將顛覆現(xiàn)有網(wǎng)絡架構、管理流程、產業(yè)生態(tài)，對設備商、運營商和服務提供商等各方而言，挑戰(zhàn)和機遇并存。相對于2G、3G和4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡架構最大的特點就是更加扁平化。同時，5G還需要靈活的網(wǎng)絡架構以實現(xiàn)資源的按需調配。

5G技術創(chuàng)新有兩大方向：一是為了支撐嚴苛的通信指標，如體驗速率、端到端時延等，在接入網(wǎng)層面需要靈活的網(wǎng)絡架構支持多種接入技術；另一方面，5G還需要在無線資源智能化控制、邊緣計算、功能重構、控制轉發(fā)/分離等方面開展創(chuàng)新。

目前我們正處在第三波AI（人工智能）革命浪潮中，這次革命與以往時代相比最大的區(qū)別是AI已經(jīng)走出實驗室，落地到各個場景，逐漸應用到各個行業(yè)中。業(yè)界普遍認為，第四次科技革命是繼蒸汽技術革命、電力技術革命、計算機及信息技術革命之后的又一次科技革命，而AI是第四次工業(yè)革命的重要推動技術。同時，英特爾認為5G是第四次工業(yè)革命的開啟者。隨著5G和AI技術的發(fā)展，更大的變化即將到來。

AI給5G帶來機會

5G網(wǎng)絡架構變革趨勢

5G時代，增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）和高可靠低時延通信（uRLLC）三大類典型業(yè)務與傳統(tǒng)電信業(yè)務有很大不同，因而5G必須在無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)等方面進行變革與創(chuàng)新，需要從離散的專業(yè)網(wǎng)（如無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、IP網(wǎng)、承載網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等）向虛擬化、軟件化、云網(wǎng)一體化架構等方向轉變，如圖所示。

圖 5G網(wǎng)絡的架構變革

網(wǎng)絡重構將把網(wǎng)絡運營從分散型向集約型演進，由于歷史原因，傳統(tǒng)電信運營商一般沿襲了自上而下的網(wǎng)絡組織和運行方式，各個省市的網(wǎng)絡運營商均獨立建設和運營基礎網(wǎng)絡，因此導致網(wǎng)絡利用率低下、端到端業(yè)務體驗較差。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡用戶對網(wǎng)絡的運營模式提出了更高的要求，因此網(wǎng)絡必須具有“統(tǒng)一集約規(guī)劃”“統(tǒng)一集約建設”和“統(tǒng)一集約管控”三大特征。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡更多關注網(wǎng)絡底層的傳送能力，而對于承載網(wǎng)絡能力向上層應用和新業(yè)務的創(chuàng)新開發(fā)并無過多的考慮，因此缺乏標準化的業(yè)務開放接口，業(yè)務調度不靈活。未來的網(wǎng)絡架構必須要達到網(wǎng)絡能力接口標準化及開放的要求。

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，采用云計算來提供業(yè)務已成為大勢所趨，但是目前云和網(wǎng)之間缺乏靈活的握手互動機制，通常計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡資源多是彼此之間獨立靜態(tài)配置，無法統(tǒng)一按需提供。未來的網(wǎng)絡架構必須向業(yè)務、IT和網(wǎng)絡云化以及基于DC（數(shù)據(jù)中心）集中部署并以DC為網(wǎng)絡核心的云網(wǎng)融合轉變。

5G接入網(wǎng)智慧化、共享化

5G基站中將引入AI，可以使基站支持智慧化的學習能力，實現(xiàn)資源調度靈活、高效，有效進行智慧化的網(wǎng)絡規(guī)劃和網(wǎng)絡優(yōu)化，例如在小區(qū)進行自動部署和彈性部署，實現(xiàn)小區(qū)自動分裂、干擾智能消除、容量彈性伸縮等，達到高效利用基站資源的目的。

另外，接入網(wǎng)共享應成為5G時代發(fā)展的趨勢，不同運營商之間采用5G基站共享、頻率共享的方法，可以減少單個運營商5G基站設備和基站機房的部署投入，節(jié)省頻譜資源，大大降低成本，提高基站利用率，節(jié)省用電，綠色環(huán)保。由于5G基站實現(xiàn)了軟件化，因此不同運營商所需的基站能力和資源能夠以軟件的形式部署在共享基站中，共享程度和靈活性大大優(yōu)于傳統(tǒng)基站。5G基站共享將節(jié)省基站部署和維護成本，整合資源，提升基站利用率，擴大網(wǎng)絡覆蓋，提高投入產出比，提升共建、共享、共經(jīng)營的管理水平。

5G核心網(wǎng)虛擬化、切片化

5G核心網(wǎng)將實現(xiàn)虛擬化和切片化。5G核心網(wǎng)功能將采用通用硬件處理器（x86 CPU)和網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV)來承載，將5G核心網(wǎng)功能虛擬化，可實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的靈活調度與共享；實現(xiàn)功能與硬件解耦，硬件平臺通用化，屏蔽差異性，保證互通性；實現(xiàn)功能與位置解耦，基于虛擬化自動遷移等技術，根據(jù)需求靈活選擇模塊的部署位置，進行基礎資源的動態(tài)獲取，根據(jù)業(yè)務量實現(xiàn)硬件資源彈性伸縮，按需靈活部署；實現(xiàn)功能可擴展，能夠快速開發(fā)、升級和上線新功能。

5G核心網(wǎng)承載的業(yè)務將以切片形式呈現(xiàn)，在運營商的網(wǎng)絡會運行數(shù)十個甚至上百個切片，傳統(tǒng)依靠人工的運維模式完全不能滿足5G網(wǎng)絡切片的建設。5G網(wǎng)絡最大的特性之一就是高度靈活性，可以根據(jù)不同的應用場景和業(yè)務需求進行網(wǎng)絡切片，這就要求5G網(wǎng)絡在部署規(guī)劃、運行維護等方面，具備高度的自動化和智能化水平，可以進行自動網(wǎng)絡能力編排。如果還采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃、優(yōu)化、部署與編排方式，實現(xiàn)難度會大大增加。

因此，5G核心網(wǎng)虛擬化和切片化建設，是以AI為核心構建自動化的運維體系，實現(xiàn)網(wǎng)絡運行狀態(tài)實時監(jiān)控，對網(wǎng)絡行為進行精準預測、對故障進行自動恢復，并且可以實現(xiàn)切片分鐘級上線，滿足快速變化的市場需求。不僅如此，AI在為5G注入自知能力的同時，也為產業(yè)鏈打開了新的成長空間。在未來5G時代，基于數(shù)據(jù)訓練的AI能夠通過分析形成精準洞察，自主設計出最能滿足商業(yè)目標的網(wǎng)絡和服務，靈活適應智慧城市、智能制造、醫(yī)療、交通等多領域的需求。

移動計算邊緣化、本地化

MEC（移動邊緣計算）是邊緣計算和移動網(wǎng)絡結合的產物，主要是為運營商提供邊緣服務。MEC是5G與AI的交點。通過MEC和AI結合，運營商在5G網(wǎng)絡設備“附近”（比如基站）提供更多服務，如數(shù)據(jù)的智能處理等。這樣，運營商就可能從這些新的服務中獲得更高的利潤。

將MEC從核心網(wǎng)邊緣下沉到基站，即實現(xiàn)MEC本地化，對未來網(wǎng)絡發(fā)展至關重要。通過在基站側增加計算、存儲、處理等功能，采用能互通互聯(lián)網(wǎng)應用的RESTful架構和接口，構建可以植入第三方應用的開放平臺，并實現(xiàn)基站與MEC之間的信息交互，可以促進無線網(wǎng)絡與業(yè)務之間的緊密融合，有效滿足移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展所催生的新應用領域（如AR/VR、自動駕駛、工業(yè)控制等）對網(wǎng)絡帶寬、時延等提出的更高需求，并減輕網(wǎng)絡負荷。

5G網(wǎng)絡安全與AI

安全性是5G網(wǎng)絡重構時需要重點考慮的問題。以往的網(wǎng)絡建設經(jīng)驗證明，在網(wǎng)絡設計之初就應該考慮安全問題。對于5G網(wǎng)絡而言，由于引入更多新業(yè)務和新終端形態(tài)，安全的意義更加凸顯。5G催生的大量差異化業(yè)務場景、SDN/NFV等技術的引入、商業(yè)模式上的創(chuàng)新以及大量的物聯(lián)網(wǎng)設備接入到運營商的網(wǎng)絡中，都意味著5G將對安全提出更高的要求。

具體而言，多種接入技術采用的安全機制各不相同，為了改善用戶業(yè)務體驗和提高鑒權認證效率，在5G網(wǎng)絡架構設計時應考慮采用統(tǒng)一的認證架構。同時，由于大量低成本的物聯(lián)網(wǎng)設備接入網(wǎng)絡，如何滿足這些設備的安全和隱私保護需求，也是要考慮的重點。

此外，5G時代將產生大量的行業(yè)應用，運營商會將網(wǎng)絡能力進一步開放，這就會導致用戶個人信息、用戶使用的業(yè)務信息等暴露在比較開放的網(wǎng)絡節(jié)點里。如果沒有增強的隱私保護技術，那么就很可能有惡意攻擊者借助大數(shù)據(jù)等技術獲得用戶隱私數(shù)據(jù)，對用戶的信息安全造成威脅。

因此可以利用數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、智能分析、可視化和AI等技術，直觀顯示和預測網(wǎng)絡安全態(tài)勢，為網(wǎng)絡安全預警防護提供保障，可在自學習過程中提高5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的防御能力?；谌斯ぶ悄芎蛣討B(tài)防御技術，可以檢測和防御未知的網(wǎng)絡威脅；使用機器學習和統(tǒng)計模型，可以尋找惡意軟件家族特征，預測進化方向，準確發(fā)現(xiàn)和刪除惡意文件，保護5G網(wǎng)絡免受未知的安全威脅；還可以對異常網(wǎng)絡流量等數(shù)據(jù)進行收集、篩選、處理，自動生成安全報告，利用人工智能入侵檢測技術實現(xiàn)高精度地預測、檢測和阻止網(wǎng)絡攻擊。此外，人工智能技術在網(wǎng)絡安全運營管理、網(wǎng)絡系統(tǒng)安全風險自評估及物聯(lián)網(wǎng)安全問題上均有應用前景。

通過感知環(huán)境提升決策能力

未來的5G網(wǎng)絡需要達到用戶對網(wǎng)絡的定制化要求，就需要提升當前網(wǎng)絡的決策能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡自動化。為了能給特定業(yè)務按需建立網(wǎng)絡切片，以達到靈活使用和管理網(wǎng)絡的目的，有必要讓移動網(wǎng)絡具備感知環(huán)境的能力，對不確定因素進行學習，設計相應行為，合理地配置網(wǎng)絡。

AI可以用來對變量進行學習，預測未來狀態(tài)，通過和環(huán)境交互找到潛在解決方案。因此，5G時代的移動網(wǎng)絡可以利用AI和環(huán)境進行交互以改變網(wǎng)絡的運作模式，實現(xiàn)智能的5G時代。智能5G網(wǎng)絡架構能夠從真實網(wǎng)絡環(huán)境中讀取、觀察和分析各類網(wǎng)絡信息，同時也能采取相應的行動策略對網(wǎng)絡環(huán)境加以控制。

AI為5G提供了機會和價值

AI給5G網(wǎng)絡的實現(xiàn)帶來了更多機會。面對超負荷的移動網(wǎng)絡數(shù)據(jù)量，AI可以利用這些數(shù)據(jù)預測可能發(fā)生的事件，并在此基礎上實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的動態(tài)分配和參數(shù)的動態(tài)配置；隨著網(wǎng)絡的異構化，AI能夠分析新興的業(yè)務請求并為其匹配最合適的接入點以滿足用戶的性能需求；AI可以助力5G網(wǎng)絡的系統(tǒng)警報響應速度和安全威脅防護能力提升，從而使網(wǎng)絡更好地應對突發(fā)網(wǎng)絡狀況。

同時，AI將為5G的自動化和智能化提供有價值的幫助。根據(jù)5G網(wǎng)絡設計要求，5G將支持各種應用場景。為了支持這一系列高性能指標，5G系統(tǒng)引入了大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、新型多址、全頻譜接入和毫米波通信等先進技術，技術復雜度顯著提高，參數(shù)配置更加靈活。這些都對運營商的網(wǎng)絡規(guī)劃、優(yōu)化、日常運營和維護提出了較高的要求?，F(xiàn)實情況是5G網(wǎng)絡規(guī)劃、優(yōu)化和維護等要求將極大地提高以后工作的復雜性和繁瑣性，以人工為主的傳統(tǒng)模式將無法適應。

5G給AI帶來發(fā)展機會

一直以來，AI都被譽為是第四次工業(yè)革命的基礎。而AI發(fā)展的三大必備要素——數(shù)據(jù)資源、運算能力、核心算法，現(xiàn)階段均有極大的潛力可以挖掘，這其中通信技術至關重要。相對于2G、3G、4G帶來速率提升不同，5G能夠帶來更高的帶寬、更快的傳輸速率、海量的連接數(shù)量、更低的功耗、更高的可靠性等諸多能力。屆時AI將有機會獲得更為龐大的數(shù)據(jù)，同時過度依賴云端處理的困境也將被打破，實時分析決策將徹底擺脫現(xiàn)有的束縛。

在“萬物互聯(lián)”的時代，無線連接將會成為常態(tài)，5G將使AI計算架構實現(xiàn)云端、邊緣端和終端之間的靈活配比，徹底釋放AI潛能。而在AI的加持下，5G將會激活更多傳統(tǒng)行業(yè)并開啟眾多新興領域。當前除了智能手機外，物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、AR/VR等領域都將發(fā)生翻天覆地的改變，帶來更多的可能性。

5G的大量應用將徹底革新無人駕駛、數(shù)字醫(yī)療、VR/AR、智能城市、智能家居等眾多垂直行業(yè)，引爆全新的應用場景和商業(yè)模式。5G應用發(fā)展將經(jīng)歷三個發(fā)展階段：第一個階段是把終端和網(wǎng)絡連接起來，5G的高帶寬、低時延和大連接能力，使得萬物互聯(lián)成為了現(xiàn)實；第二個階段是在終端設備互聯(lián)之后，對整個產業(yè)和用戶產生價值，并且隨著時間推移，終端得以進化，變得越來越聰明；第三個階段是終端設備發(fā)展到海量之后用人工智能進行控制和管理。

AI與人類處理信息的方式類似，終端將“聽到”和“看到”的海量信息在邊緣進行一次加工和提煉，然后在AI大腦進行統(tǒng)一處理。但是受制于體積、功耗和成本，終端的處理能力有限，這些信息會在邊緣數(shù)據(jù)中心利用云端更加強大的計算能力進行處理，再送往AI大腦。為了帶來更好的業(yè)務體驗，5G網(wǎng)絡將應用與云端和邊緣端結合得更加緊密。5G核心網(wǎng)分布式架構完美匹配應用延伸到邊緣的需求，邊緣網(wǎng)關將信息直接轉發(fā)到邊緣應用，幫助AI將應用延伸到邊緣。

AI時代多種多樣的應用對網(wǎng)絡提出了不同的需求，智慧城市需要海量的連接，智慧交通需要超低的時延，智慧家庭需要超大帶寬。每個AI的應用都需要一個專屬網(wǎng)絡，因此要根據(jù)應用需求實時動態(tài)地進行調整，滿足快速變化的業(yè)務需求。而5G核心網(wǎng)構建邏輯隔離的網(wǎng)絡切片，能提供網(wǎng)絡功能和資源按需部署的能力，來滿足未來這些行業(yè)多樣化的業(yè)務需求，為每個AI的應用打造一個私人定制的網(wǎng)絡。

隨著技術能力的提升和應用規(guī)模的擴大，AI在5G網(wǎng)絡運營、運維領域的巨大潛力將得到進一步釋放。5G是基礎設施，就像信息高速公路一樣，它為海量的數(shù)據(jù)處理和信息的傳遞提供了可能性。而AI不僅是云端的大腦，而且是能夠完成學習和進化的神經(jīng)網(wǎng)絡，成為人類智慧的延伸。5G和AI的結合，將給全社會生產力的發(fā)展帶來前所未有的改善。