IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书目录IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书1 引言2 智能切片需求和应用场景3 智能切片标准研究4 基于数据分析的智能切片架构及流程5 智能切片的关键挑战6 智能切片商用模式探讨7 总结与展望8 缩略语9 主要贡献单位P1P2P5P9P15P20P22P23P24 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书5G作为数字化社会的关键基础设施，不仅服务于个人用户，还需要满足各行各业数字化转型的需求。对于5G业务ITU提出三大应用场景：增强型移动宽带、超可靠低时延通信和大规模机器类通信，3GPP协议已经定义通过3种类型的网络切片支持，从而避免每种业务都新建独立网络造成的建网成本巨大和制约业务发展的问题，同时网络切片之间的隔离也保证了网络的安全性。网络切片的引入给网络带来了极大的灵活性，主要体现在切片可按需定制、实时部署、动态保障。为了实现这些功能，需要引入专门的管理网元来实现切片实例的全生命周期管理，因此，又给网络带来管理和运维的复杂性，使得运营商面对的是一个高度复杂的移动通信网络。如果网络切片的智能化程度不够，使得网络切片无法根据用户的特殊需求进行切片定制，运营商通过网络切片进行业务创新就会受限。本白皮书在分析智能切片需求的基础上，结合主要标准组织关于网络切片智能化的研究现状，提出了智能切片的整体架构和业务流程，重点关注数据分析在智能切片中的作用，并进一步探讨智能切片在实施过程中的关键挑战和智能切片的商用模式。本白皮书拟服务于运营商后续基于AI构筑5G网络切片灵活调整的能力，以适应5G网络发展、匹配垂直行业需求，实现拓扑灵活可配置、资源专属可保障的智能网络。1 引言1 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书2 智能切片需求和应用场景2（1）租户需求租户和运营商协商网络切片的订购信息，运营商根据该订购信息提供满足租户要求的端到端切片。对于有明确运营时间要求的业务，运营商提供的网络切片需同时满足租户对切片建立、修改、删除的时间要求。运营商可以通过一定的交互方式（比如交互界面），提供自动化、一站式的切片订购渠道。切片租户可以设置并更新切片订购信息，包含切片类型、接入用户信息、切片容量、业务信息、QoS信息等；切片租户可以查询并监控所订购切片的运行情况和切片预测信息，如接入用户数量、用户分布区域信息、QoS保障情况、异常情况预测等；切片租户也可以根据切片运行情况、自身业务数据的反馈，以及智能分析系统反馈的信息来确定是否修改切片的订购信息，如切片容量更新、业务信息更新、QoS更新等。运营商可以为切片租户提供差异化SLA服务，同时也可以结合垂直行业应用，为切片租户部署切片。终端用户只要访问此类应用，就自动享受绑定的切片服务。为提升切片的用户体验，运营商可以通过人工智能技术对切片租户提供智能化客服和切片订购引导，帮助其选择并生成最优最合适的定制化网络切片服务。（2）运营商服务需求运营商网络通过接收租户需求，根据需求选择合适的切片，并且分解为对子切片的需求，然后再把分解指标下发到接入网、传输网和核心网各域。E2E切片的实现不仅 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书3需要端到端的管理，还需要从物理层到资源层到切片层到应用层跨各层次的关联管理，给网络管理和运维带来很大挑战。在5G全云化网络架构基础上，通过引入已经成熟的以机器学习为核心的AI技术，可以从两个方面实现切片网络的智能化。一方面实现切片的智能化部署，利用AI训练平台，对网络数据进行分析，输出切片管理策略规则或者切片优化部署模板；另一方面实现切片的智能化调度管理，根据AI训练平台输出的切片管理策略，自动化执行策略，实现切片的故障自愈和自优化。AI的引入能够帮助运营商实现切片灵活性和切片管理复杂度之间的最佳平衡。（3）典型应用场景在业务层面，智能化网络切片主要针对如下的业务场景需求：a) 所需网络资源和其他应用的资源隔离；b) 具有一定典型性及应用规模；c) 部署实例需要按需动态调整配置。典型的应用场景包括：•赛事/大型活动业务此类业务场景包括赛事活动、大规模群体活动、节日庆典现场等。该类业务场景的特点是在活动举办期间，活动现场人群密集、通信需求瞬时爆发、网络资源需要按需调整。而且，除了活动的直播等通信需求外，针对特定的赛事、活动，根据活动内容和规模的差异，通信网络还可能同时肩负活动期间的现场组织、协调以及公共安全等不同类型的临时通信任务的保障工作。 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书4•工业巡检工业生产环境中，传统的人工巡检方式存在巡检效率低、巡检数据统计不完善等问题，通过将AR技术和无人机/无线机器人技术结合，可以大幅的提升生产环境巡检过程的效率和自动化水平。工业巡检具备周期性、路线固定的特点，运营商可以为特定行业的工业巡检需求生成专用的网络切片，并通过持续的智能化分析和训练形成包含巡检时段、巡检路径等特性在内的的巡检模型，从而提供有针对性的高质量业务保障。 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书53 智能切片标准研究3.1 网络切片标准化5G网络切片的标准化工作主要由3GPP制定。此外，NGMN、ITU、ETSI、IETF和GSMA等标准组织也对网络切片的需求和商业模式等方向展开了相关的研究。3GPP SA1提出了网络切片的需求，通过需求分析，指出网络切片可以让运营商根据用户需求提供按需定制的逻辑网络，为5G多场景下的需求提供解决方案。3GPP SA2研究端到端网络切片系统设计，定义了网络切片的相关概念和切片控制流程，包括网络切片标识、网络切片接入与选择、切片会话隔离、切片移动性管理、支持漫游等；针对ITU提出的三个5G典型应用场景，定义了不同的标准化切片/业务类型，如图1所示。图1 5G网络切片 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书6另外，网络切片的管理和调度方法由3GPP SA5工作组负责，定义了网络切片管理的信息模型和服务，包括生命周期和配置管理服务、故障检测服务和性能保障服务，但并未定义明确的功能实体，图2所示的各管理功能仅为示例。图2 网络切片管理示意图3.2 智能切片标准进展目前3GPP、ETSI、ITU-T、CCSA等国际国内主要标准化组织均有将网络切片和智能化相关联的研究工作，本章节重点介绍各标准组织网络切片智能化研究的进展。3.2.1 3GPP标准研究进展3GPP SA2制定的全新5G核心网架构中引入了新的网络功能NWDAF，用于收集、分析网络数据，以及向其他的网络功能提供数据分析结果信息。NWDAF提供的数据分析结果主要包含切片负载、业务体验、网络性能等信息。针对智能切片，NWDAF分析得到切片中某个业务的用户业务体验（包括业务级平均业务体验、切片中针对某个业务的用户级业务体验），并将该信息反馈给切片管理系统，以便切片管理 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书7系统调整各域的切片资源配置。智能切片在3GPP R17版本会进一步研究。除此之外， SA5和RAN3也同步做了相应的工作。•SA5：切片管理系统性能保障SA5已经定义了切片信息模型，包含切片租户的切片SLA要求，以及用于监测和评估切片SLA的KPI。后续3GPP SA5会研究切片管理系统如何利用数据分析功能（如MDAF），将SLA转换成相应的KPI及配置需求，并参考各数据分析功能相关输入，对网络切片性能进行监控。•RAN3：基于切片管理系统的切片资源配置进行切片资源隔离目前，RAN可以基于SA5定义的接入网侧资源配置参数进行无线资源隔离，但是RAN侧如何隔离属于实现范围，标准未定义。RAN侧提供切片空口资源的保障方式，可以有以下两种：• 完全占有，即该切片的空口资源不可以被其他切片共享；• 动态调配，类似于QoS参数中的GFBR，业务需要时一定会满足，不需要时，可以供其他切片共享使用。 3.2.2 ETSI标准研究进展欧洲电信标准化协会ETSI对智能切片展开研究，成立了ENI和ZSM工作组，分别研究切片智能化和切片自动化。ENI（Experiential Networked Intelligence）工作组于2017年2月成立，致力于利用AI等技术实现智能业务部署、智能策略控制、智能资源管理、智能监控与智能分析预测等功能，解决网络SDN/NFV化、网络切片化后引入的复杂度问题，提高运营商网络部署和运营的体验。在该工作组发布的用例规范中，包括了弹性资源管理和编排，保障业务需求及智能网络切片管理等智能切片相关的用例；其发布的网络切片生命周期管理POC项目，通过AI预测承载网络流量，给出网络资源的智能调整策略，实现网 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书8IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书络切片的动态创建、监控和修改。ZSM(Zero touch network & Service Management)工作组于2018年1月成立。ZSM将定义一个新的面向未来的端到端架构以满足未来网络和服务需要的灵活、高效、定性管理和自动化需求，目标是所有操作过程和任务(例如发布、配置、保障、优化)100%自动化。目前已经发布的文档包括场景、需求和参考架构。关于网络切片的研究正在进行，预计2019年Q3完成。另外，ZSM将开始5G网络切片管理研究。3.2.3 ITU-T 标准研究进展ITU-T的第13研究组（Study Group，SG13）主要研究未来网络、云计算和可信网络架构，并于2017年11月成立了未来网络机器学习（Machine Learning for Future Network，ML5G）焦点组，主要研究未来网络的机器学习技术，当前已输出了统一的逻辑架构。该架构与3GPP SA2定义的NWDAF的数据收集、分析、反馈模型类似。另外，关于AI辅助的网络切片需求分析立项在2019年3月份会议上已经通过，该立项以对网络切片的运维管理优化和满足用户业务体验需求为目的，讨论基于智能化的网络切片的需求及网络架构。该组后续会重点关注智能化研究，尤其是智能化切片的研究。3.2.4 CCSA标准研究进展中国通信标准化协会CCSA关于切片的研究包括TC3的承载IP网络切片技术研究、TC6的传送网网络切片技术研究、TC7的通信网切片管理技术研究和TC5的核心网切片场景及关键技术研究、核心网切片的安全技术研究。除此之外，TC5的5G核心网智能切片的应用研究课题正在研究阶段，重点关注核心网切片的智能化。 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书94 基于数据分析的智能切片架构及流程IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书4.1 智能切片总体架构智能切片在5G网络切片系统中引入AI分析系统，该系统以租户需求数据、网络切片运行数据等作为数据源，通过智能分析算法计算得出能够匹配租户业务需求的网络能力，进而动态调整网络切片的服务能力。智能切片总体架构如图3所示，包括：租户（运营商自身业务或第三方业务）、切片管理系统（包括网管和其他管理系统）以及包含智能分析系统的5G网络。智能分析系统作为桥接运营商网络与切片租户的媒介，借助于成熟的人工智能或者机器学习技术，可以实现网络切片的体验评估、网络切片的资源配置优化等能力。图3 智能切片总体架构 IMT-2020 (5G)推进组基于AI的智能切片管理和协同白皮书10切片在创建阶段、运行阶段和更新阶段均需要切片管理系统和智能分析系统交互，以便确定资源配置信息或获取切片运行动态情况以确定是否进行资源调整。切片状态变迁和切片管理系统、智能分析系统间的交互示意如图4：• 切片创建阶段：切片租户根据自身的业务需求与运营商进行切片的S