基于應(yīng)用識(shí)別和感知優(yōu)化的5G服務(wù)質(zhì)量保障方案研究

程亞鋒，葉曉斌（中國(guó)聯(lián)通廣東分公司，廣東廣州 510627）

1 背景

隨著5G網(wǎng)絡(luò)成為主流，各種應(yīng)用對(duì)帶寬的搶占也越來(lái)越激烈。針對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障時(shí)，通?？刹捎脼橛脩?hù)提升5G QoS 標(biāo)識(shí)符（5QI）的方案，或者通過(guò)第三方應(yīng)用軟件提供特定應(yīng)用的保障能力的方案。但是，直接提升用戶(hù)5QI 能力的方案難以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)觸發(fā)保證比特速率（GBR）保障；通過(guò)第三方軟件提供特定應(yīng)用保障能力的方案，需要用戶(hù)終端安裝第三方應(yīng)用軟件，特定應(yīng)用需要在第三方應(yīng)用軟件中進(jìn)行適配，存在安全隱患，用戶(hù)也存在一定的安全疑慮。2 種方案缺少加速保障效果評(píng)估和營(yíng)銷(xiāo)管理，不能按需保障。

中國(guó)聯(lián)通移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的普通用戶(hù)和VIP 用戶(hù)通過(guò)默認(rèn)承載簽約不同5QI 實(shí)現(xiàn)（一般對(duì)應(yīng)5QI=9 和5QI=6），默認(rèn)承載為Non-GBR 承載，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，所有用戶(hù)都達(dá)不到峰值速率AMBR。Non-GBR 沒(méi)有承諾保證比特速率，網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)無(wú)法保障用戶(hù)體驗(yàn)。GBR 承諾保證比特速率，即使網(wǎng)絡(luò)擁塞，也能達(dá)到GBR承諾的最小速率，保障相應(yīng)的用戶(hù)體驗(yàn)。

2 技術(shù)方案介紹

2.1 方案概述

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析功能（NWDAF）是3GPP定義的一種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)元。作為AI+大數(shù)據(jù)的引擎，NWDAF 具備能力標(biāo)準(zhǔn)化、匯聚網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)性更高、支持閉環(huán)可控等特點(diǎn)。同時(shí)，3GPP 定義了NWDAF 在網(wǎng)絡(luò)中的位置以及與其他網(wǎng)絡(luò)功能的交互協(xié)同方式，也定義了NWDAF 部署的靈活性，NWDAF 可以以功能嵌入的方式部署于特定的網(wǎng)絡(luò)功能單元，也可跨網(wǎng)絡(luò)功能單元協(xié)同，完成網(wǎng)絡(luò)智能的閉環(huán)操作。

某省聯(lián)通創(chuàng)新性地對(duì)5G 智能核心網(wǎng)網(wǎng)元NWDAF 和UPF 賦能，多網(wǎng)元聯(lián)動(dòng)形成能力底座，同時(shí)基于AI 和大數(shù)據(jù)分析能力，對(duì)業(yè)務(wù)流量進(jìn)行應(yīng)用識(shí)別、感知分析，通過(guò)建立應(yīng)用基線(xiàn)和質(zhì)差分析，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)GBR 保障，服務(wù)質(zhì)量保障效果明顯。該方案無(wú)需用戶(hù)安裝第三方軟件，不改變用戶(hù)使用應(yīng)用的習(xí)慣，保障用戶(hù)數(shù)據(jù)安全。在現(xiàn)網(wǎng)部署中，NWDAF 需要從無(wú)線(xiàn)網(wǎng)管獲取小區(qū)容量信息，防止給該方案中的VVIP 用戶(hù)過(guò)度分配資源，對(duì)普通用戶(hù)造成不良影響。本文以移動(dòng)直播業(yè)務(wù)為例進(jìn)行方案介紹和測(cè)試，動(dòng)態(tài)GBR 保障效果明顯，為消費(fèi)者帶來(lái)可靠體驗(yàn)保障，同時(shí)為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)體驗(yàn)經(jīng)營(yíng)閉環(huán)。

2.2 方案具體實(shí)施

網(wǎng)絡(luò)方案各組成部分（包括但不限于）的部署和配置如下。

a）業(yè)務(wù)和資源限制的設(shè)置。

b）UPF的能力部署。

c）NWDAF 的建設(shè)以及與其他網(wǎng)元系統(tǒng)（UPF、PCF、SMF、AMF、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)管、短信網(wǎng)關(guān)等）協(xié)同控制能力的部署。

d）NWDAF、NEF 同時(shí)通過(guò)N5 接口調(diào)用PCF 能力協(xié)同問(wèn)題。

e）BSS與PCF的互通等問(wèn)題。

f）保障體驗(yàn)報(bào)告和潛客報(bào)告的制定和觸發(fā)規(guī)則。

方案實(shí)施時(shí)，普通用戶(hù)移動(dòng)卡和VVIP 用戶(hù)移動(dòng)卡簽約不同套餐（測(cè)試中普通用戶(hù)使用5QI=9的簽約，VVIP 使用5QI=4 的簽約）。當(dāng)未發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，普通用戶(hù)和VVIP 用戶(hù)都執(zhí)行5QI=9的等級(jí)，業(yè)務(wù)不受影響。當(dāng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，同一基站下普通用戶(hù)的5QI保持不變；VVIP 簽約用戶(hù)通過(guò)UPF 和NWDAF 的應(yīng)用識(shí)別和質(zhì)差分析能力，對(duì)比應(yīng)用基線(xiàn)，根據(jù)質(zhì)差情況和配置規(guī)則動(dòng)態(tài)觸發(fā)PCF，調(diào)整VVIP 業(yè)務(wù)5QI 等級(jí)為4，使VVIP 用戶(hù)的被保障應(yīng)用得到高優(yōu)先級(jí)的服務(wù)。在典型的直播應(yīng)用中，該差異化的動(dòng)態(tài)保障效果體現(xiàn)為（以觀眾看直播的效果來(lái)評(píng)價(jià)）：VVIP主播用戶(hù)的直播不卡頓，保持基線(xiàn)水準(zhǔn)；普通主播用戶(hù)的直播效果為卡頓或者畫(huà)質(zhì)降低等。該方案同時(shí)提供VVIP 用戶(hù)保障體驗(yàn)報(bào)告和潛客挖掘報(bào)告，按規(guī)則進(jìn)行發(fā)送。

2.2.1 業(yè)務(wù)和資源限制設(shè)置

a）設(shè)置保障套餐的業(yè)務(wù)列表。

b）設(shè)置用戶(hù)體驗(yàn)質(zhì)差閾值：業(yè)務(wù)+質(zhì)差標(biāo)準(zhǔn)。

c）設(shè)置無(wú)線(xiàn)小區(qū)GBR資源使用閾值。

2.2.2 UPF能力部署

a）支持智能中心應(yīng)用體驗(yàn)監(jiān)測(cè)策略下發(fā)（結(jié)合ADC）。

b）支持體驗(yàn)劣化邏輯判斷和通知事件上報(bào)。

c）支持SA業(yè)務(wù)識(shí)別能力。

d）智能板卡支持體驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，質(zhì)差判斷能力。

2.2.3 NWDAF建設(shè)和能力部署

a）協(xié)同UPF 完成智能協(xié)議識(shí)別，精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)/有效管控。

b）協(xié)同PCF 完成智能選頻選網(wǎng)，提升5G 網(wǎng)絡(luò)效率。

c）協(xié)同PCF 完成業(yè)務(wù)體驗(yàn)按需保障，差異化運(yùn)營(yíng)。

d）協(xié)同SMF 完成輔助用戶(hù)面選擇，提升用戶(hù)體驗(yàn)。

e）協(xié)同PCF/AMF 完成異常終端識(shí)別和IOT 攻擊防護(hù)。

f）NWDAF與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)管協(xié)同，獲取小區(qū)容量信息。

g）其他NWDAF相關(guān)能力部署。

2.2.4 方案實(shí)施流程

方案的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。為了更好介紹和理解文中的方案，以直播業(yè)務(wù)為例進(jìn)行展示，并將圖1中的流程分成3個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行介紹。

圖1 實(shí)現(xiàn)方案流程

a）場(chǎng)景1：直播套餐用戶(hù)體驗(yàn)保障（步驟S4～S14，見(jiàn)圖2）。識(shí)別主流的直播應(yīng)用，針對(duì)簽約“5G 直播套餐”的VVIP 用戶(hù)，在直播時(shí)，根據(jù)質(zhì)差分析，動(dòng)態(tài)提供GRB專(zhuān)載保障。

圖2 場(chǎng)景1：直播套餐用戶(hù)體驗(yàn)保障

b）場(chǎng)景2：效果可視（步驟S15～S16，見(jiàn)圖3）。

圖3 場(chǎng)景2：效果可視

（a）效果評(píng)估報(bào)表：VVIP 用戶(hù)保障前后的體驗(yàn)提升對(duì)比；經(jīng)營(yíng)報(bào)表：套餐簽約趨勢(shì)洞察、套餐簽約用戶(hù)行為分析；運(yùn)維報(bào)表：保障結(jié)果運(yùn)維、輔助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)優(yōu)。

（b）短信通知“5G 直播套餐”的VVIP 的直播保障效果，體現(xiàn)客戶(hù)關(guān)懷，短信包括個(gè)人即時(shí)體驗(yàn)報(bào)告、個(gè)人月度體驗(yàn)報(bào)告。

c）場(chǎng)景3：挖掘潛客（步驟S1～S3，見(jiàn)圖4）。挖掘直播的重度用戶(hù)，進(jìn)行潛客營(yíng)銷(xiāo)。

圖4 場(chǎng)景3：潛客挖掘

3 方案效果

3.1 測(cè)試環(huán)境

在某省聯(lián)通新時(shí)空一樓營(yíng)業(yè)廳實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行方案測(cè)試。

3.2 測(cè)試效果

3.2.1 測(cè)試過(guò)程和效果

a）配置普通用戶(hù)（5QI=9）和VVIP 用戶(hù)（5QI=4）的直播卡，某直播應(yīng)用的基線(xiàn)為2 Mbit/s。

b）網(wǎng)絡(luò)擁塞前，普通用戶(hù)和VVIP 用戶(hù)的5QI=9，實(shí)時(shí)報(bào)表顯示上行帶寬約為2 Mbit/s，手機(jī)觀看直播無(wú)卡頓。

c）當(dāng)基站無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，如果檢測(cè)到VVIP 用戶(hù)的直播應(yīng)用的上行帶寬連續(xù)7 s（可配置）低于閾值（2 Mbit/s），則觸發(fā)VVIP 用戶(hù)的GBR 保障，建立5QI=4的專(zhuān)有承載。實(shí)時(shí)報(bào)表顯示VVIP 用戶(hù)上行帶寬約2 Mbit/s，普通用戶(hù)低于500 kbit/s，觀眾手機(jī)觀看VVIP主播的直播無(wú)卡頓，觀看普通主播的直播卡頓嚴(yán)重。VVIP 用戶(hù)直播結(jié)束后，發(fā)送用戶(hù)體驗(yàn)報(bào)告至VVIP 用戶(hù)的手機(jī)，各參數(shù)與實(shí)際相符。

3.2.2 測(cè)試結(jié)果

a）針對(duì)VVIP 用戶(hù)，當(dāng)直播應(yīng)用的上行帶寬低于閾值時(shí)，NWDAF 向PCF 發(fā)送N5 接口消息，PCF 下發(fā)5QI為4的PCC策略，建立專(zhuān)載，保障VVIP用戶(hù)的上行帶寬。

b）VVIP 用戶(hù)和直播用戶(hù)的直播上行保障速率對(duì)比如圖5 所示。擁塞前，VVIP 用戶(hù)和普通用戶(hù)直播業(yè)務(wù)的上行速率均約為2.3 Mbit/s。擁塞后，VVIP 用戶(hù)的上行速率依舊保持在2.3 Mbit/s，普通用戶(hù)下降到500 kbit/s以下。

圖5 VVIP直播卡和普通用戶(hù)卡直播測(cè)試上行帶寬對(duì)比（10月20日）

c）保障短信和潛客短信。

（a）NWDAF 基于應(yīng)用，向VVIP 用戶(hù)發(fā)送體驗(yàn)報(bào)告短信，告知用戶(hù)的加速時(shí)長(zhǎng)和上下行帶寬。

（b）NWDAF 支持按天/周/月粒度導(dǎo)出“開(kāi)直播”（上行流量），“看直播”（下行流量），“開(kāi)直播+看直播”（總流量）的重度用戶(hù)列表，自動(dòng)對(duì)潛客發(fā)送短信。

4 總結(jié)

某省聯(lián)通創(chuàng)新性地對(duì)5G 智能核心網(wǎng)網(wǎng)元NWDAF 和UPF 賦能，多網(wǎng)元聯(lián)動(dòng)形成能力底座，同時(shí)基于AI 和大數(shù)據(jù)分析能力，對(duì)業(yè)務(wù)流量進(jìn)行應(yīng)用識(shí)別、感知分析，通過(guò)建立應(yīng)用基線(xiàn)和質(zhì)差分析，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)GBR 保障，服務(wù)質(zhì)量保障效果明顯。該方案無(wú)需用戶(hù)安裝第三方軟件，不改變用戶(hù)使用應(yīng)用的習(xí)慣，保障用戶(hù)數(shù)據(jù)安全。針對(duì)VVIP 套餐用戶(hù)進(jìn)行GBR 重點(diǎn)保障，同時(shí)增加限定域“APP+Time”，實(shí)現(xiàn)“暫時(shí)性躍遷”。文中使用移動(dòng)直播業(yè)務(wù)進(jìn)行方案講解和測(cè)試，動(dòng)態(tài)GBR 保障的效果明顯，可以逐步推廣到云游戲、高清視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育以及AR/VR 等更多移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為消費(fèi)者帶來(lái)可靠體驗(yàn)保障，同時(shí)為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)體驗(yàn)經(jīng)營(yíng)閉環(huán)。