關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)人工智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)分析

張運(yùn)輝

（公誠(chéng)管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)逐步問世，其中包括5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)是指第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在很大程度上降低了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)行及維護(hù)成本，顯著提升了網(wǎng)絡(luò)信息傳遞效率，為全球移動(dòng)信息時(shí)代的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，深入分析5G網(wǎng)絡(luò)人工智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 5G網(wǎng)絡(luò)人工智能概述

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)人工智能分析

5G網(wǎng)絡(luò)人工智能通信技術(shù)應(yīng)用過程中采用構(gòu)成更復(fù)雜的無線傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，屬于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。它將多種制式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行充分的融合處理，使其共存于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為用戶提供使用資源[1]。從技術(shù)應(yīng)用視角而言，5G網(wǎng)絡(luò)人工智能將多層次和多種無線接入技術(shù)進(jìn)行共存處理，提升了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。由于應(yīng)用了多種無線接入技術(shù)，它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋能力獲得提升，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系更復(fù)雜。現(xiàn)階段，為了進(jìn)一步提升技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量，做好網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理工作十分重要。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)特征分析

2G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代配置參數(shù)為50個(gè)，3G時(shí)代為100個(gè)，4G時(shí)代為1 500個(gè)，在此發(fā)展趨勢(shì)下，5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)參數(shù)的配置數(shù)量需求已達(dá)到了2 000個(gè)。目前的4G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)配置均以半自動(dòng)為主，成本較高，管理效率低下，使得5G網(wǎng)絡(luò)性能想要在短時(shí)間內(nèi)增加較為困難[2]。因此，自組織性將會(huì)成為未來5G網(wǎng)絡(luò)的重要特征。此外，5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的核心目標(biāo)主要設(shè)定在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與管理方面，目的在于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行自動(dòng)化。

1.3 人工智能分析

在5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人工智能實(shí)現(xiàn)的目的是在網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)與人類思維模式相類似的系統(tǒng)運(yùn)行模型。人工智能的實(shí)現(xiàn)主要在于構(gòu)建的操作系統(tǒng)能否根據(jù)系統(tǒng)的“思維活動(dòng)”采取理想的行動(dòng)[3]。在人工智能領(lǐng)域中，想要實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用目標(biāo)，首先是感知問題，要求人工智能形成與人類一樣的思維，對(duì)網(wǎng)絡(luò)外部環(huán)境進(jìn)行自我感知；其次是挖掘問題，分類處理感知過程中獲取的外界環(huán)境信息；再次是預(yù)測(cè)問題，在現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)匯總的海量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)搭建概率模型；最后是推理問題，智能化載體具有認(rèn)知功能，且可以按照外部模型進(jìn)行自主總結(jié)，推斷結(jié)論。

2 5G網(wǎng)絡(luò)人工智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

2.1 環(huán)境艙

在5G智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，環(huán)境艙建設(shè)后，5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行直接交流的目標(biāo)。通常情況下，環(huán)境艙在5G網(wǎng)絡(luò)人工智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下需要執(zhí)行的任務(wù)內(nèi)容主要包括以下兩點(diǎn)。

2.1.1 提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行秩序的規(guī)范性

環(huán)境艙在運(yùn)行期間，能夠直接存儲(chǔ)真實(shí)環(huán)境中觀察到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及各類信息，主要包括業(yè)務(wù)請(qǐng)求、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约百Y源使用等。存儲(chǔ)流程執(zhí)行完畢后，還會(huì)自動(dòng)將所存儲(chǔ)的信息傳送至網(wǎng)絡(luò)智能中心[4]。

2.1.2 確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)信息狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新

在運(yùn)行過程中，環(huán)境艙為了確保其面向網(wǎng)絡(luò)智能中心所傳輸?shù)男畔⒏邔?shí)時(shí)性，需要將諸如資源分配、切片配置以及用戶關(guān)聯(lián)等網(wǎng)絡(luò)策略執(zhí)行所采用的行動(dòng)信息全部傳送至真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù)的主要目的是確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)信息狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新。

2.2 智能中心

在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，智能中心屬于核心構(gòu)成成分，具體的5G智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能中心正常運(yùn)行下，它的主要運(yùn)行動(dòng)力來自于對(duì)人工智能中感知、挖掘、推理以及預(yù)測(cè)任務(wù)的良好執(zhí)行。所有任務(wù)執(zhí)行完畢后，智能中心面向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境艙中獲取并處理信息。具體的執(zhí)行方法可以借助拓?fù)涓兄蜆I(yè)務(wù)預(yù)測(cè)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。智能中心處理完接收到的數(shù)據(jù)后，會(huì)將數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)策略模塊。發(fā)送的內(nèi)容主要包括資源配置建議和用戶控制信息等[5]。為了進(jìn)一步了解智能中心的運(yùn)行流程，深入分析網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，當(dāng)人工智能獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔r(shí)，會(huì)利用感知模塊完成信息的獲取行為，隨后針對(duì)獲取的信息進(jìn)行處理和總結(jié)。處理時(shí)，主要選用數(shù)據(jù)挖掘模塊實(shí)現(xiàn)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)策略

網(wǎng)絡(luò)策略由智能中心傳遞的各類信息形成。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需要在網(wǎng)絡(luò)策略的決定下完成各類任務(wù)行為。例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)映射處理并配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，然后按照具體請(qǐng)求為其建立切片。當(dāng)?shù)贸鲎罱K的決策行動(dòng)路徑后，需要借助環(huán)境艙將決策結(jié)果反饋于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，最后由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境按照當(dāng)前最新更新完成的狀態(tài)信息反饋給網(wǎng)絡(luò)用戶。

3 5G網(wǎng)絡(luò)人工智能關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

現(xiàn)階段采用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通常以“一體適用”為主，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)不同類型的業(yè)務(wù)需求處理沖突，降低用戶體驗(yàn)感。5G網(wǎng)絡(luò)人工智能切片關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，使得5G網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)的特定需求自行租用共享的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)一步構(gòu)建數(shù)量更多且邏輯更獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建了一個(gè)服務(wù)模型，可以按照動(dòng)態(tài)化業(yè)務(wù)需求靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源，且應(yīng)用需求滿足效果方面更理想。此外，為了進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率，設(shè)計(jì)了代理商實(shí)體。在5G網(wǎng)絡(luò)切片中，將3個(gè)模塊聯(lián)合調(diào)用，優(yōu)化利用率。

3.2 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的不斷攀升，由用戶發(fā)起的業(yè)務(wù)需求量隨之增長(zhǎng)。在5G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督管理工作開展過程中，業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)是監(jiān)管工作推進(jìn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)監(jiān)管需做好業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)工作，確保技術(shù)本身的精確性，才能借助技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)追蹤，總結(jié)追蹤結(jié)果和數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從而構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分析模型。在此期間，業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果通常會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)中非線性因素的影響，導(dǎo)致關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用后的業(yè)務(wù)變化呈現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)用傳統(tǒng)的線性回歸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)變化規(guī)律處理，不僅處理效率低，而且網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的處理質(zhì)量不理想。5G業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，則能進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理效率。智能5G網(wǎng)絡(luò)下常見的幾種業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)方法如表1所示。

3.3 無線資源配置技術(shù)

為了能夠進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的資源使用需求，可以通過5G網(wǎng)絡(luò)為用戶分配動(dòng)態(tài)資源?，F(xiàn)階段主要被應(yīng)用到無線資源管理領(lǐng)域中的人工算法如表2所示。

3.4 虛擬網(wǎng)絡(luò)資源共享技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬技術(shù)應(yīng)用后，允許底層物理網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者直接面向服務(wù)商進(jìn)行部分設(shè)施出租服務(wù)。此階段，服務(wù)提供商可以利用出租設(shè)備及其所帶資源，重建屬于自身的虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。虛擬網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要包括一系列的虛擬節(jié)點(diǎn)和鏈路，其正常運(yùn)行需由底層物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和路徑的支撐。通常情況下，提升底層物理共享資源高效性的過程是先做好虛擬網(wǎng)絡(luò)映射工作，將虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路和節(jié)點(diǎn)作為底層物理路徑和節(jié)點(diǎn)映射方，然后確保在虛擬網(wǎng)路生命周期基礎(chǔ)上，將資源分配到虛擬節(jié)點(diǎn)和鏈路。在這一系列流程執(zhí)行期間，為更好地提升資源共享的高效性，設(shè)計(jì)了一種資源自動(dòng)化分配系統(tǒng)。系統(tǒng)主要利用人工神經(jīng)技術(shù)，自動(dòng)按照虛擬網(wǎng)絡(luò)用戶需求進(jìn)行更適宜的資源分配處理。

表1 智能5G網(wǎng)絡(luò)下常見的業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)法

表2 無線資源管理領(lǐng)域中的人工算法

4 5G網(wǎng)絡(luò)人工智能的作用

4.1 有利于提升網(wǎng)絡(luò)資源管理效率

在最早期的語(yǔ)音通信時(shí)代中，流程模型搭建較易于預(yù)測(cè)。該階段無論是流量需求還是管理工作內(nèi)容均比較簡(jiǎn)單。但是，隨著各類智能網(wǎng)絡(luò)終端的出現(xiàn)，無線流量模型的粒度和處理維度趨于復(fù)雜。此時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)人工智能的實(shí)現(xiàn)在極大程度上滿足了網(wǎng)絡(luò)中不同業(yè)務(wù)的流量需求，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)資源管理效率，同時(shí)對(duì)提升用戶體驗(yàn)起到了很好的促進(jìn)作用。

4.2 有利于降低網(wǎng)絡(luò)資源管理成本

在2G、3G以及4G網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)獲取信息數(shù)據(jù)時(shí)，通常以公開信息整理和購(gòu)買數(shù)據(jù)庫(kù)為主。此種數(shù)據(jù)獲取手段在維護(hù)成本方面的投入很高，同時(shí)無法滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的高資源利用率。而應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)人工智能技術(shù)，能夠針對(duì)用戶域和網(wǎng)絡(luò)域之間的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和了解，進(jìn)一步達(dá)成5G網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化發(fā)展目標(biāo)。

5 5G網(wǎng)絡(luò)人工智能未來發(fā)展

人工智能目的的達(dá)成，很大程度上為5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建創(chuàng)造了機(jī)遇。一方面，面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中越來越多的數(shù)據(jù)量，人工智能的實(shí)現(xiàn)能夠有效分析和總結(jié)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生的預(yù)測(cè)。在此基礎(chǔ)上，5G網(wǎng)絡(luò)能夠自動(dòng)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)資源分配工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化配置運(yùn)行參數(shù)。另一方面，自網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)異構(gòu)化發(fā)展以來，5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用滿足了網(wǎng)絡(luò)用戶對(duì)性能的需求，為用戶提供了更多的適配資源。人工智能技術(shù)的發(fā)展，使5G網(wǎng)絡(luò)在安全威脅防護(hù)和系統(tǒng)警報(bào)相應(yīng)速度方面發(fā)揮了功效，提升了網(wǎng)絡(luò)意外事件應(yīng)對(duì)工作的開展效率。

6 結(jié) 論

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)人工智能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效構(gòu)建，對(duì)人工智能技術(shù)的應(yīng)用和普及起到了很好的促進(jìn)作用，也推動(dòng)了人工智能時(shí)代的到來。目前，5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)在應(yīng)用中雖然還存在不足，但相信通過不斷優(yōu)化，將研發(fā)出更具5G網(wǎng)絡(luò)人工智能特色的關(guān)鍵技術(shù)，從而更好地促進(jìn)人工智能化發(fā)展和信息全球化。