面向行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放發(fā)展策略研究

朱 斌，林 琳，胡 悅，高杰復(fù)（中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京 100048）

0 前言

從市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，能力開(kāi)放市場(chǎng)潛力巨大，客戶需求旺盛，目前已成為運(yùn)營(yíng)商新的增長(zhǎng)熱點(diǎn)，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心；從需求角度來(lái)看，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作的啟動(dòng)和商用步伐的加快，圍繞5G的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，5G標(biāo)準(zhǔn)NEF等網(wǎng)元主要解決策略計(jì)費(fèi)、終端事件監(jiān)控和第三方供給能力等，但對(duì)于音視頻等基礎(chǔ)能力并未過(guò)多考慮，需結(jié)合AS等網(wǎng)元功能統(tǒng)一考慮；標(biāo)準(zhǔn)層面5G相比4G，MEC 等網(wǎng)元功能和網(wǎng)絡(luò)位置發(fā)生較大變化，需要統(tǒng)一規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放架構(gòu)；從應(yīng)用角度來(lái)看，為了滿足行業(yè)應(yīng)用端到端需求，需要整體針對(duì)音視頻、5G 消息、5G 流量業(yè)務(wù)開(kāi)展能力開(kāi)放規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐方案及創(chuàng)新產(chǎn)品應(yīng)用研究工作。

因此，需要結(jié)合行業(yè)客戶，特別是聚焦政企類以及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，結(jié)合運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部能力平臺(tái)現(xiàn)狀以及5G 網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展建設(shè)情況，滿足對(duì)接音/視頻業(yè)務(wù)、消息、流量等優(yōu)勢(shì)業(yè)務(wù)能力統(tǒng)一對(duì)外開(kāi)放長(zhǎng)期發(fā)展需求，持續(xù)開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放整體規(guī)劃，同時(shí)考慮5G優(yōu)勢(shì)切片及邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)的結(jié)合，賦能行業(yè)合作產(chǎn)品應(yīng)用等，探索未來(lái)能力開(kāi)放的新空間與價(jià)值。

1 標(biāo)準(zhǔn)情況

1.1 CAPIF標(biāo)準(zhǔn)

CAPIF（Common API Framework for 3GPP northbound APIs）是3GPP 定義的能力開(kāi)放架構(gòu)，主要參考3GPP TS 23.22，其中CAPIF 框架主要描述API 調(diào)用者（應(yīng)用）訪問(wèn)和調(diào)用Servcie API 的功能架構(gòu)，CAPIF 定義了如下4個(gè)功能實(shí)體。

a）AEF（API exposing function）：提供API 暴露，API 開(kāi)放功能，并與CAPIF core function 配合完成對(duì)API調(diào)用者進(jìn)行認(rèn)證、授權(quán)。

b）APF（API publishing function）：向CAPIF Core發(fā)布API Provider 提供的API 信息，以便API invoker 可以發(fā)現(xiàn)API服務(wù)。

c）AMF（API management function）：為API Provider提供管理API的功能。

d）CAPIF core function：基于APF、AMF 發(fā)布的API invoker的身份信息、API信息等進(jìn)行API調(diào)用前的認(rèn)證及使用API之前的授權(quán)、日志等功能。

CAPIF架構(gòu)如圖1所示。

圖1 CAPIF架構(gòu)

1.2 5G NEF網(wǎng)元

在能力開(kāi)放方面，3GPP標(biāo)準(zhǔn)中引入網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放功能（NEF），與4G 不同，在5G 網(wǎng)絡(luò)下NEF 通過(guò)服務(wù)化架構(gòu)以總線方式與所有網(wǎng)絡(luò)功能（NF）相連（見(jiàn)圖2）。

a）主要接口：Nnef 北向是開(kāi)放API 接口，其他均為與5GC 對(duì)接的南向接口。NEF 北向接口位于NEF和AF 之間，接口為Nnef。一個(gè)AF 可以從多個(gè)NEF 獲取服務(wù)，而一個(gè)NEF 可以向多個(gè)AF 提供服務(wù)；NEF 在南向應(yīng)支持與UDM、PCF、AMF、SMF、NRF、BSF、UDR等服務(wù)模塊之間的業(yè)務(wù)調(diào)用和交互。

圖2 5G網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放NEF網(wǎng)元架構(gòu)

b）協(xié)議：NEF 與AF 之間采用JSON/XML 的協(xié)議，例如RESTful HTTP/HTTPS，轉(zhuǎn)換為5GC 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

1.3 5G能力開(kāi)放與3GPP CAPIF映射關(guān)系

3GPP CAPIF框架對(duì)5G NEF提供多種映射選擇。

映射1：NEF 參照完整3GPP CAPIF 框架執(zhí)行映射，NEF 即實(shí)現(xiàn)完整的能力開(kāi)放平臺(tái)，在該部署場(chǎng)景下，NEF實(shí)現(xiàn)通用API架構(gòu)的核心功能、API開(kāi)放功能、API發(fā)布功能和API管理功能。

圖3示出的是NEF實(shí)現(xiàn)通用API架構(gòu)（映射1）。

圖3 NEF實(shí)現(xiàn)通用API架構(gòu)（映射1）

映射2：NEF 只映射為3GPP CAPIF 的AEF、APF、AMF部分，其余部分由全網(wǎng)能力運(yùn)營(yíng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

圖4 示出的是NEF 實(shí)現(xiàn)通用API 架構(gòu)的服務(wù)特定功能（映射2）。

圖4 NEF實(shí)現(xiàn)通用API架構(gòu)的服務(wù)特定功能（映射2）

映射3：NEF 只映射為3GPP CAPIF 的AEF 部分，其余部分由全網(wǎng)能力運(yùn)營(yíng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)；此實(shí)現(xiàn)中NEF 上層還有API GW（統(tǒng)一的能力開(kāi)放平臺(tái)）進(jìn)行能力開(kāi)放，API GW 還可以接其他能力網(wǎng)元的北向API 接口進(jìn)行開(kāi)放。

圖5 示出的是NEF 實(shí)現(xiàn)通用API 架構(gòu)的服務(wù)特定功能（映射3）。

通常情況下CAPIF core function、APF、AMF 由運(yùn)營(yíng)商獨(dú)立建設(shè)（網(wǎng)絡(luò)能力運(yùn)營(yíng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)），AEF 則由API GW 與大區(qū)NEF 實(shí)現(xiàn)分布式部署，即采用映射3方式。

2 5G能力開(kāi)放分析及規(guī)劃

2.1 典型開(kāi)放場(chǎng)景需求

5G 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的商用場(chǎng)景包含如下主要場(chǎng)景，但不限于這些場(chǎng)景。

場(chǎng)景1 描述：用戶狀態(tài)。運(yùn)營(yíng)商向第三方業(yè)務(wù)平臺(tái)開(kāi)放用戶的狀態(tài)信息，例如用戶的漫游網(wǎng)絡(luò)、連接狀態(tài)、通信失敗事件、位置信息等。用于學(xué)生平安信息通報(bào)、無(wú)線傳感器維護(hù)（故障事件報(bào)告）等場(chǎng)景。

場(chǎng)景2 描述：用戶軌跡。運(yùn)營(yíng)商與某第三方業(yè)務(wù)提供商簽署協(xié)議，向第三方開(kāi)放UE 的實(shí)時(shí)軌跡信息。運(yùn)營(yíng)商從獲取的網(wǎng)絡(luò)信息來(lái)確定在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的UE信息。

圖5 NEF實(shí)現(xiàn)通用API架構(gòu)的服務(wù)特定功能（映射3）

場(chǎng)景3 描述：定制化的網(wǎng)絡(luò)功能參數(shù)。運(yùn)營(yíng)商允許外部第三方業(yè)務(wù)提供商為用戶提供預(yù)期的UE 行為信息，包括預(yù)期UE移動(dòng)性信息和通信特征信息；UE移動(dòng)性信息包括節(jié)電、DRX等。

場(chǎng)景4描述：QoS。第三方業(yè)務(wù)提供商請(qǐng)求建立具有特定QoS 的會(huì)話連接（如低時(shí)延和抖動(dòng)），并且優(yōu)先為第三方業(yè)務(wù)提供商所服務(wù)的終端建立特定連接。

場(chǎng)景5描述：計(jì)費(fèi)。運(yùn)營(yíng)商提供開(kāi)放計(jì)費(fèi)策略：第三方業(yè)務(wù)提供商和運(yùn)營(yíng)商簽署協(xié)議，業(yè)務(wù)提供商向運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求改變計(jì)費(fèi)模式，如用戶為數(shù)據(jù)流量付費(fèi)、第三方業(yè)務(wù)提供商為數(shù)據(jù)流量付費(fèi)或用戶和第三方業(yè)務(wù)提供商共同為數(shù)據(jù)流量付費(fèi)。

場(chǎng)景6 描述：背景流量。第三方業(yè)務(wù)提供商希望在特定區(qū)域內(nèi)為其移動(dòng)用戶提供推送業(yè)務(wù)，如智能手機(jī)的軟件升級(jí)服務(wù)或者是音樂(lè)/視頻的推送。PCF 需支持背景流量傳輸?shù)墓芾聿呗?，支持在多個(gè)時(shí)間窗內(nèi)發(fā)起背景流量傳送。

場(chǎng)景7 描述：音視頻能力。運(yùn)營(yíng)商向第三方應(yīng)用開(kāi)放音視頻通話能力。應(yīng)用訂閱用戶的呼叫事件后，用戶的呼叫事件就可以上報(bào)給應(yīng)用，應(yīng)用依據(jù)不同的場(chǎng)景，可以對(duì)通話進(jìn)行控制。

場(chǎng)景8 描述：消息能力。運(yùn)營(yíng)商向第三方應(yīng)用開(kāi)放消息能力。消息能力主要應(yīng)用于通知類場(chǎng)景，比如服務(wù)于導(dǎo)游的應(yīng)用可以將旅游的線路、提示等信息以圖片和信息的方式推送給游客。

2.2 5G能力開(kāi)放規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放是運(yùn)營(yíng)商能力開(kāi)放體系的重要組成部分，5G 能力開(kāi)放是5G 階段的網(wǎng)絡(luò)側(cè)能力開(kāi)放的一部分。5G 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放需要結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)的NEF、MaaP/RCS、SIP-AS/IMS等網(wǎng)元或平臺(tái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)開(kāi)放，經(jīng)過(guò)面向行業(yè)分析，目前可重點(diǎn)開(kāi)展通話類、消息類、流量類業(yè)務(wù)的能力開(kāi)放服務(wù)。

2.2.1 通話類業(yè)務(wù)（包括5G音視頻等）

圖6示出的是語(yǔ)音業(yè)務(wù)能力開(kāi)放產(chǎn)品體系規(guī)劃。

未來(lái)語(yǔ)音業(yè)務(wù)及能力開(kāi)放，是將智能化終端、運(yùn)營(yíng)商定制化網(wǎng)絡(luò)資源、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等進(jìn)行整合，為用戶帶來(lái)無(wú)需硬件部署、一點(diǎn)受理全國(guó)開(kāi)通、靈活定義的智能語(yǔ)音視頻服務(wù)，針對(duì)5G 音視頻業(yè)務(wù)開(kāi)放，需結(jié)合SIP-AS平臺(tái)及IMS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，具體考慮如下：

a）Vo5G 仍然基于IMS，可依據(jù)不同組網(wǎng)（NAS、SA）形成不同方案（回落3G、回落VoLTE、VoNR）。

b）5G 語(yǔ)音能力開(kāi)放可選擇由網(wǎng)絡(luò)側(cè)或終端側(cè)實(shí)施，網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過(guò)IMS觸發(fā)至語(yǔ)音基礎(chǔ)能力平臺(tái)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)API接口開(kāi)放，終端側(cè)采用安裝SDK方式實(shí)現(xiàn)。

c）基于2C 語(yǔ)音業(yè)務(wù)，按照現(xiàn)網(wǎng)方式部署，初期仍由現(xiàn)網(wǎng)31 省移網(wǎng)IMS 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，中后期隨移動(dòng)IMS網(wǎng)絡(luò)收斂（依據(jù)移動(dòng)IMS網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃），由集中于5GC大區(qū)的IMS網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。

d）基于2B/2H/2I語(yǔ)音業(yè)務(wù)，按照目前已建設(shè)的雙大區(qū)方式為用戶提供服務(wù)（成都/上海雙平面），路由至集中部署語(yǔ)音基礎(chǔ)能力平臺(tái)、增強(qiáng)能力平臺(tái)、AI 平臺(tái)以及后續(xù)規(guī)劃系列的應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

2.2.2 5G商用消息類

RCS是5G 時(shí)代運(yùn)營(yíng)商短信升級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，MaaP 為5G 行業(yè)消息業(yè)務(wù)方案。5G 商用消息開(kāi)放需要結(jié)合RCS、MaaP平臺(tái)、IMS及5GC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。

消息即平臺(tái)（MaaP）定位為5G 行業(yè)消息業(yè)務(wù)，以RCS消息、聊天機(jī)器人等方式，使用戶在消息窗口中完成搜索、交互、支付等一站式體驗(yàn)。相比行業(yè)短信“通知即結(jié)束”業(yè)務(wù)形式，5G 消息以RCS為入口，實(shí)現(xiàn)基于“富媒體消息+運(yùn)營(yíng)商核心能力”的5G 消息業(yè)務(wù)，直連運(yùn)營(yíng)商和第三方應(yīng)用服務(wù)生態(tài)。

圖7示出的是5G消息業(yè)務(wù)能力開(kāi)放架構(gòu)。

2.2.3 5G數(shù)據(jù)流量經(jīng)營(yíng)類

5G 流量數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，需要結(jié)合NEF、MEC 以及切片系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)放。NEF 可對(duì)接7 類網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)全面開(kāi)放，依據(jù)成熟度和5G數(shù)據(jù)流量?jī)?yōu)先考慮5G 特色能力，梯次規(guī)劃優(yōu)先考慮QoS、流量引導(dǎo)、事件監(jiān)控能力進(jìn)行，后期隨著5G 的uRLLC 及mMTC 技術(shù)成熟，逐步引入并擴(kuò)大數(shù)據(jù)分析及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控能力應(yīng)用范圍。

3 部署建議

3.1 能力產(chǎn)品化建議

圖8示出的是網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放流轉(zhuǎn)示意圖。

網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放需要考慮網(wǎng)絡(luò)中臺(tái)能力匯聚以及應(yīng)用前臺(tái)開(kāi)放的職責(zé)及界面，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)（包括平臺(tái)）匯聚能力后，經(jīng)過(guò)了能力流轉(zhuǎn)最終形成產(chǎn)品或業(yè)務(wù)，主要包括2個(gè)過(guò)程。

過(guò)程一：網(wǎng)絡(luò)能力互聯(lián)網(wǎng)化（CT→IT，提供API 能力）。

圖6 語(yǔ)音業(yè)務(wù)能力開(kāi)放產(chǎn)品體系規(guī)劃

圖7 5G消息業(yè)務(wù)能力開(kāi)放架構(gòu)

圖8 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放流轉(zhuǎn)示意圖

網(wǎng)絡(luò)中臺(tái)職責(zé)范圍：網(wǎng)絡(luò)能力的通用化API 標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量。

a）API 只對(duì)內(nèi)不對(duì)外，不負(fù)責(zé)API 的直接運(yùn)營(yíng)對(duì)接。

b）API只涉及計(jì)量統(tǒng)計(jì)，不負(fù)責(zé)API的計(jì)費(fèi)。

過(guò)程二：網(wǎng)絡(luò)能力產(chǎn)品化（API+計(jì)費(fèi)+用戶定制功能，提供業(yè)務(wù)產(chǎn)品）。

業(yè)務(wù)前臺(tái)職責(zé)范圍：網(wǎng)絡(luò)能力API 的產(chǎn)品化計(jì)費(fèi)運(yùn)營(yíng)。

a）若提供SaaS產(chǎn)品，則不涉及API對(duì)接及運(yùn)營(yíng)。

b）若提供API 服務(wù)，則為第三方（如行業(yè)客戶）直接提供API 對(duì)接及運(yùn)營(yíng)，即業(yè)務(wù)應(yīng)用前臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中臺(tái)獲取API 能力，同時(shí)增加計(jì)費(fèi)結(jié)算考慮，包裝為API產(chǎn)品（增加計(jì)費(fèi)功能）。

3.2 發(fā)展策略建議

總體策略：完善網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建統(tǒng)一能力開(kāi)放層；梯次規(guī)劃5G網(wǎng)絡(luò)能力中臺(tái)及創(chuàng)新業(yè)務(wù)產(chǎn)品，結(jié)合5G行業(yè)需求，以NEF為錨點(diǎn)，結(jié)合切片及MEC平臺(tái)能力逐步將5G業(yè)務(wù)應(yīng)用于各行各業(yè)。

圖9示出的是5G+N網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放架構(gòu)。

面向未來(lái)的5G+N 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放，建議分層分階段部署實(shí)施。

a）在面向客戶層，面向5G 千行百業(yè)需求，將網(wǎng)絡(luò)能力封裝后提供給政企、垂直行業(yè)、個(gè)人/家庭等第三方客戶。

b）在能力開(kāi)放層，基于5G 開(kāi)放、軟件化的服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，按需構(gòu)建統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的能力開(kāi)放層。

c）在能力提供層，構(gòu)建5G 網(wǎng)絡(luò)側(cè)能力體系，包括5G 策略能力、5G 切片能力、5G 數(shù)據(jù)共享、5G 終端類能力等，逐步落地網(wǎng)絡(luò)切片及邊緣計(jì)算能力，探索5G 網(wǎng)絡(luò)能力與人工智能、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合，面向未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景探討5G+N能力開(kāi)放。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)營(yíng)商的能力開(kāi)放是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，無(wú)法直接依靠單一網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)元一蹴而就，網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放是運(yùn)營(yíng)商在產(chǎn)業(yè)鏈中提供最終產(chǎn)品要素參與產(chǎn)品融合的一個(gè)過(guò)程。從發(fā)展角度來(lái)看，運(yùn)營(yíng)商在3G/4G 階段早已啟動(dòng)了能力開(kāi)放工作，但受限于當(dāng)時(shí)內(nèi)外部環(huán)境因素影響，如協(xié)議上仍采用自有通信協(xié)議，架構(gòu)上封閉沒(méi)有5G的服務(wù)化架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致外部也缺少行業(yè)用戶參與，因此在運(yùn)營(yíng)商面向行業(yè)發(fā)布的產(chǎn)品中，梳理下來(lái)僅有語(yǔ)音及號(hào)碼變換類業(yè)務(wù)、行業(yè)短信及驗(yàn)證碼、專線以及計(jì)費(fèi)類等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)長(zhǎng)期存活下來(lái)，其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)沒(méi)有得到有效發(fā)展。在5G階段，網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算是5G 網(wǎng)絡(luò)原生的最典型能力和服務(wù)，也是檢驗(yàn)5G 時(shí)代運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與支撐系統(tǒng)協(xié)同融合深度和效能的重要試金石，更是運(yùn)營(yíng)商提供業(yè)務(wù)差異化供給能力的重要手段，其真正的能力開(kāi)放仍然有很多挑戰(zhàn)，依賴于諸如N4解耦UPF、無(wú)線+傳輸+核心網(wǎng)端到端的切片拉通技術(shù)成熟度以及網(wǎng)絡(luò)資源編排的有效協(xié)同等，切片及邊緣計(jì)算全面鋪開(kāi)發(fā)展的工程量浩大且目前未有清晰的商業(yè)盈利模式，仍需要市場(chǎng)線積極探索，網(wǎng)絡(luò)線完善技術(shù)儲(chǔ)備，掃清部署障礙，依據(jù)5G 能力梯次規(guī)劃好能力的輸出。

圖9 5G+N網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放架構(gòu)

本文以5G 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放為突破點(diǎn)探索互聯(lián)網(wǎng)化運(yùn)營(yíng)的新思路，從標(biāo)準(zhǔn)角度、能力開(kāi)放需求分析及規(guī)劃方面展開(kāi)，希望通過(guò)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放發(fā)展策略研究，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)化以及業(yè)務(wù)能力的平滑演進(jìn)，面向第三方行業(yè)客戶應(yīng)用需求開(kāi)放，滿足未來(lái)一體化的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放研發(fā)、運(yùn)營(yíng)和支撐體系發(fā)展需求。