文章学习｜开放，让5G网络更智能

学习文章：开放，让5G网络更智能

介绍

从2G到5G，网络在不断发展，通信行业的生态系统在不断演进，运营商的角色也发生着改变。

在2G和3G时代，运营商作为服务提供商为用户提供通信业务和互联网业务，获得了大量收益，在通信产业链中处于核心地位。

在4G时代，移动互联网蓬勃发展，视频通话、网络游戏等OTT（Over The Top，通过互联网向用户提供各种应用服务）应用层出不穷，运营商转向流量经营，管道化趋势逐渐明显。

转型成了运营商不得不思考的问题。

5G时代的到来，促进了行业数字化，为运营商转型带来了机遇。

随着千行百业数字化转型，一方面需要提供广覆盖、高带宽、低时延、高可靠的新型网络，另一方面要求可对网络进行自主管控、灵活设置以满足其高效、安全、差异化的网络连接需求。

运营商如何更好地满足不同行业的个性化需求？运营商如何利用自身优势，更好地与OTT合作？

网络能力开放是关键

网络能力即通信网络的信息传递能力和用户信息提供能力，比如网络可以给终端保证带宽和时延稳定，可以提供终端用户的位置和状态信息等。

5G带来了更好的网络，但是网络的运营，需要深耕和精细化，为了更大地发挥5G网络的价值，运营商不仅在建设5G网络，也在将5G网络能力开放给各行各业。

运营商将5G网络能力通过API（Application Program Interface，应用程序接口）开放给第三方应用，既可以及时响应第三方的业务需求，保障第三方业务能力及用户体验，又可以释放5G网络潜能，推动5G网络与垂直行业深度融合，早日实现万物互联的美好愿景。

通过开放网络能力，赋予企业更多自主权，解决企业在按需使用、快速定制、网络安全等方面的需求，为企业的发展提速。具体表现如下：

• 为不同场景提供定制化的网络，提升网络利用率，减少网络拥堵，改善用户体验。
• 实现设备自动化、智能化，加快传统行业数字化转型。

通过开放网络能力，逐渐缩小5G网络技术与垂直行业需求之间的差距，为5G的成熟提速。具体表现如下：

• 优化5G系统现有的NF（Network Function，网络功能）和5G系统的E2E（End to End，端到端）功能
• 通过API引入新的NF，促进5G系统更加完善

开放的网络能力及相关业务场景

5G网络能力开放可广泛应用于CHBN（Customer，个人移动业务；Home，家庭业务；Business，政企业务；New，新兴业务）各种场景，满足不同应用的差异化网络连接需求，为运营商带来新的收益。

3GPP标准定义的可开放的能力包括以下四类：

网络感知类能力

帮助行业应用及时感知设备的网络可达性、接入类型、位置、网络质量等信息。

监控能力

Monitoring Event API

将网络中终端的信息开放给特定应用，用户从5G网络订阅设备的特定事件后，5G网络将向用户报告相应的事件，如UE（User Equipment，用户设备）可达性、连接丢失、漫游状态、UE位置上报等。

业务场景：

• 物流行业中，管理车队的物联网应用可以获取设备的位置和连接状态，实时跟踪货物运输情况。

• 智能穿戴设备或儿童/老人定位设备上报其位置信息，方便监护人掌握其运动轨迹。

数据分析能力

Analytics Exposure API

应用与NWDAF（Network Data Analytics Function，网络数据分析功能）通过Analytics Exposure API相互获取网络数据分析信息（包括网络性能分析、UE移动性分析、用户数据拥塞分析等），以便对网络进行优化，使网络变得更智能。

业务场景：

• 云游戏应用根据获得的UE移动性分析和网络性能分析，请求部署新的MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）主机，提前解决可能出现的QoS（Quality of Service，服务质量）问题，保证用户体验感。

• 运营商基于NF负载分析和网络性能分析，优化网络系统，将网络变得更智能。

网络策略类能力

为应用提供差异化QoS和流量计费等服务，提升用户体验的同时，实现网络权益经营。

QoS策略控制

As Session With QoS API

针对特定用户提供定制化的QoS服务（如带宽，优先级等）。当网络质量不能满足用户体验要求时，第三方应用可以调用5G QoS保证能力，保障UE访问应用/内容的网络质量。【流量分发？】

业务场景：

• 在人流量密集场所玩游戏出现卡顿时，游戏应用调用QoS策略控制能力，为手机游戏加速，保证用户体验。

• 给AR/VR等特定的应用提供定制化的QoS服务，有效降低时延，给用户提供更真实的感受。

流量路由配置

Traffic Influence API

支持应用与5G网络交互，对数据路由进行分流和优化，减少UE与服务端之间的延迟。一般情况下，通过MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）调用Traffic Influence API来满足带宽和超低延迟需求。

业务场景：

• 自动驾驶中，当UE位置变化导致前端应用和后端应用之间的路由变得不理想时，后端应用会从一个MEC主机卸载到另一个MEC主机，保证数据传输的时效性。

• 对于移动的无人机场景，优化UE与服务端的路由，选择最优服务端主机进行数据传输。

背景流量策略控制

Resource Management of Background Data Transfer API（BDT API）

应用与网络协商背景数据传输策略（时间窗、带宽和时延等），避免在海量设备和应用服务器之间传输大量背景数据导致网路拥塞，提高网络基础设施的效率。

业务场景：

• 许多具有大量视频、图片的设备（如道路上的监控）需要将数据上传到应用服务器，为了避免对正常数据传输造成影响并导致网络拥塞，应用会调用BDT API协商策略，根据策略进行数据传输。

网络配置类能力

为应用提供针对特定终端开通或配置网络参数、网络数据等配置管理服务，以便为行业提供自主可控的网络服务。

网络参数配置

NP Configuration API

将网络参数配置能力开放给用户。例如，将终端的PSM （Power Saving Mode，节电模式）定时器、位置区域更新定时器和最大连接时间定时器等参数配置能力开放给第三方，第三方用户根据需要进行设置。

业务场景：

• 在物联网中，调用NP configuration API配置设备的PSM定时器，可帮助设备节省电量，延长电池寿命，降低设备的维护成本。

通信模式配置

CP Provisioning API

将通信模式配置能力开放给用户，向用户提供通信模式定制及修改能力，优化通信模式，提高网络资源利用率。用户可以调用CP Provisioning API管理设备的周期性通信、通信持续时间等参数。

业务场景：

• 在智慧家庭或智慧城市中，用户根据需要对设备的通信模式参数（通信周期、持续通信时间等）进行设置，实现设备智能化、自动化。

5G LAN 能力

5G LAN Parameter Provisioning API

为应用提供动态创建和管理5G虚拟网络组、管理5G虚拟网络组成员和数据的能力，增强5G LAN（Local Area Network，局域网）的灵活性，满足行业的实际需求。

5G LAN的功能类似于LAN和VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网），但5G LAN利用5G优势（例如高性能、长距离访问、移动性和安全性），具有更高的效率和可用性。

业务场景：

• 在工厂中，大型金属设备会导致Wi-Fi网络存在盲区，而覆盖范围广、抗干扰能力强的5G LAN可以更好地保障生产效率和生产安全。

• 企业根据需要创建专用5G LAN，设置授权和认证机制，并对用户进行严格分组管理，安全性远大于Wi-Fi，同时管理起来更加方便。

IoT通信类能力

针对低功耗物联网类应用，提供基于信令的小数据通信服务。

非IP数据传输

Non-IP Data Delivery API（NIDD API）

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）具有广覆盖、大连接和速度快等优势。但当前NB-IoT设备通信存在耗电量高、成本高、数据传输安全性等问题，以及传输协议非标定制化、扩展困难、不支持使用外部ID标识通信等问题。

IoT应用调用NIDD API通过核心网及NB-IoT网络的NAS信令进行数据传输，实现简单易用、低功耗、安全的IoT设备消息发送及接收。

业务场景：

• 医疗行业中，应用可以调用NIDD API获取患者的体温、心跳。

• 智慧农业中，应用调用NIDD API获取土壤温度、湿度等数据。

设备触发能力

Device triggering API

当UE的IP地址不可用或不可达时，应用调用Device Triggering API通过3GPP网络向该UE发送信息以触发UE执行特定动作。

业务场景：

• 智能农田中，气候突变需要唤醒设备采取相应措施。

• 智慧交通中，唤醒汽车应用，进行挪车或提前开启空调等。

5G网络能力开放的接头人—NEF

前面介绍了部分开放的网络能力及业务场景，那么具体是由谁来实现能力开放呢？

接下来介绍网络能力开放的接头人：

NEF

（Network Exposure Function，网络开放功能）

NEF是3GPP定义的负责5G网络能力开放的NF，是5G核心网的一部分，实现5G网络能力的聚合和开放。NEF与5G核心网的其他NF集成部署，将5G网络能力以安全、可控、可管理的方式暴露给第三方。

NEF具有如下功能：

• 汇聚5GC各种网络能力，并统一向内外部应用暴露。
• 对接入的应用进行认证和授权。
• 屏蔽3GPP网络拓扑结构，保护核心网其他NF的安全。
• 支持SLA（Service Level Agreement，服务等级协议）等策略管理和控制。
• 支持接口协议适配和数据格式转换。

NEF作为5G网络与行业应用之间的桥梁，利用5G网络的优势，帮助运营商从垂直行业中获益，促进行业数字化转型。

开放网络能力，需要一个引擎

中兴通讯针对NEF推出了ZXUN NCEE产品，以实现NEF的网络能力开放功能。

ZXUN NCEE

Network Capability Exposure Engine

中兴通讯网络能力开放引擎

ZXUN NCEE主要由四个功能模块组成：

• CEM（Capability Exposure Module，能力开放模块）

南向统一接入能力层各能力网元，北向针对API调用者开放标准化API接口（CAPIF-2/2e）。

提供电信网络协议适配、封装开放、消息分发和路由、策略控制、流量控制等功能，支持网络能力和传统电信能力的集成和开放。

• CCM（Capability Control Module，能力控制模块）

面向API调用者开放CAPIF-1/1e接口。提供能力发现、能力状态订阅和通知等功能。

CCM与CEM配合，提供对API调用的认证授权、接入控制和策略控制等功能。

• CMM（Capability Management Module，能力管理模块）

提供API发布功能，向CCM发布API信息，以便API调用者通过CAPIF-1/1e接口发现API服务。

提供API生命周期管理、API产品运营管理、合作伙伴管理、系统和配置管理、统计报表等功能。

• GSM（General Support Module，通用支撑模块）

为上述各模块提供公共的license管控、各种场景的数据存储、网管告警、操作维护等功能。

ZXUN NCEE基于以上模块，可以提供基础通信，管道连接两大类API开放服务。

• 开放基础通信能力，主要包含短信能力，彩信能力，语音能力和USSD（Unstructured Supplementary Service Data，非结构化补充业务数据）能力。
• 开放管道连接能力，主要包括SCEF（Service Capability Exposure Function，服务能力开放功能）和NEF定义的开放能力，如网络参数配置能力，QoS能力，NIDD能力等。

ZXUN NCEE可以为各种行业提供通信能力，助力网络的发展，优势在于：

• 提供服务发布、服务发现、认证授权等功能，助力运营商打造能力开放新生态。
• 支持统一能力接入，融合开放，为开发者提供一站式能力开放速递服务，提升开发体验。
• 采用微服务架构，实现按需部署/弹缩和版本快速迭代，助力新能力快速开放。