自動駕駛網絡國際標準研究進展及構建方法

劉永生，廖 軍，黃兵明（中國聯通研究院，北京 100048）

1 概述

越來越多的企業意識到數字技術的價值，緊抓數字產業化和產業數字化的歷史機遇，踐行數字化轉型。運營商作為技術密集型公司是數字化轉型的先行者，實現網絡自動化是其中重要的一環，其最終目標是實現自動駕駛網絡，對外為用戶提供零等待、零接觸、零困擾的服務，對內實現網絡規建維優的自供應、自完成、自擔保的極簡操作。

自動駕駛網絡的價值主要體現在以下3點。

a）網絡技術一直在不停演進發展，目前國內無線網絡2G、3G、4G、5G 共存，同時網絡中也逐漸引入SDN/NFV、云計算、人工智能等新技術，這些都使網絡結構越來越復雜，傳統的網絡操作方式已經不堪重負，實現網絡操作的自動化將是必然選擇。

b）自動駕駛網絡將為運營商極大節省運營成本，最直接的體現是降低了人工成本，以前需要人的操作可以由人工智能替代，人工智能一方面能實現無差錯的操作，另一方面能將知識和經驗進行積累，快速復制運用到新的環境中。

c）自動駕駛網絡是數字基礎設施，運營商可以聯合生態伙伴共同拓展垂直行業務（比如智慧城市和智能工業），最終實現向數字服務提供者的身份轉變。

目前自動駕駛網絡的研究存在如下挑戰。國內外標準組織陸續開始自動駕駛網絡的研究，但是在一些基本概念和定義上并沒有達成一致。網絡智能化的案例越來越多，但是大多數是單個場景的智能化實踐，缺乏宏觀的、有計劃的網絡演進路線。網絡的智能化分級明確了演進的階段，但是距離自動駕駛網絡的最終目標仍然有很大差距，TMF 調查結果顯示52%的運營商認為自己處于Level 1 級水平（輔助運營網絡）（見圖1）；人工智能產業發展聯盟（AIIA）認為目前網絡在Level 2級（初級智能網絡）至Level 3級（中級智能網絡）。

圖1 運營商的網絡智能化水平

針對以上問題，本文首先介紹了自動駕駛網絡的定義、架構和目標，然后詳細列舉了國外各個標準組織的研究進展，最后提出基于傳統網絡構建自動駕駛網絡的可行方法。

2 自動駕駛網絡架構和目標

電信管理論壇（TMF）是最早進行自動駕駛網絡研究的國際組織之一，其提出的3 層4 閉環的架構目前得到了較多的認可，如圖2所示。

圖2 自動駕駛網絡框架

其中的3 層是指業務運營層、服務運營層和資源運營層。

a）業務運營層：主要為客戶、生態系統和合作伙伴的業務賦能和運營提供自動化能力。

b）服務運營層：主要為跨自治域的網絡的規建維優提供自動化能力。

c）資源運營層：主要提供在自治域內的網絡資源和能力自動化。

其中的4 閉環是指用戶閉環、業務閉環、服務閉環、資源閉環，這些都為了實現上下層間的交互操作。

a）用戶閉環：跨層交互對用戶服務。

b）業務閉環：在業務運營層和服務運營層之間交互，向用戶提供按需業務、業務的自動合作和業務生態。

c）服務閉環：在服務運營層和網絡資源之間交互，提供基于數據/知識平臺的全生命周期自動化服務運營。

d）資源閉環：在自治域內的網絡資源之間交互，提供基于極簡網絡架構的網絡運營的閉環操作。

按照不同的視角可以將自動駕駛網絡的目標歸納如下。

a）商業視角：通過改善消費結構和提升資產利用率來提高效率，通過擴大產業機會和提高用戶價值來增加收入。

b）客戶視角：零接觸、零等待、零困擾。

c）服務視角：自供應、自完成、自擔保。

d）網絡運營視角：自規劃、自訂閱、自組織、自管理、自優化。

3 國際標準組織研究進展

3.1 TMF

2019 年TMF 正式成立Autonomous Network 項目，研究自動駕駛網絡產業愿景、業務需求、業務架構等，確定產業方向和價值鏈等內容。2019 年TMF 在自動駕駛網絡領域開始制定2個標準，發布了1個白皮書。

a）跨工業的自動駕駛網絡愿景和路標（IG1193 Cross-Industry Autonomous Networks-Vision and Road?map）。該文檔主要分享了自動駕駛網絡的愿景和路標，包括動機、愿景、需求與原理、新生態、協作與商業模型、架構和自治水平分級、路標和工業協作。

b）自動駕駛網絡的業務需求和框架（IG1218 Au?tonomous Networks -Business requirements &frame?work）。該文檔提供了自動駕駛網絡支持的服務和基礎設施的業務需求和框架，包括用戶需求、關鍵業務能力和框架、自治水平的評價指標、產品生態協作的業務模型。

c）自動駕駛網絡賦能電信行業數字化轉型白皮書（A whitepaper of Autonomous Networks：Empowering Digital Transformation for the Telecoms Industry）。該文檔主要介紹了目標、自動駕駛網絡框架和自治水平分級、應用案例等內容。

2020年TMF開始制定2個標準并升級了白皮書。

a）搭建和衡量自動駕駛網絡方案的指導原理（IG1229 Guiding Principles for building and measuring Autonomous Network Solutions）。該文檔概述了設計、建造和衡量自動駕駛網絡方案的指導原理，在這些原理中，有些是高層次設計指導，有些是關于實現的背景、文化、實用方面的內容。

b）自動駕駛網絡技術架構（IG1230 Autonomous Networks Technical Architecture）。該文檔介紹了自動駕駛網絡架構組件，具體內容包括自治概念與原理、技術架構、自治域、意圖驅動的交互、閉環機制、知識和智能、智能網絡架構等。

c）為智慧社會和工業賦能的自動駕駛網絡白皮書（Whitepaper-Autonomous Networks：Empowering digi?tal transformation for smart societies and industries）。該文檔主要介紹自動駕駛網絡工業標準框架的進展，包括案例驅動、自治域、意圖驅動交互，同時概述了簡單網絡架構及自運營能力。

3.2 ITU-T

國際電信聯盟標準化部門（ITU-T）的SG13 工作組在2020 年12 月成立自動駕駛網絡焦點組（Focus Group on Autonomous Networks，FG-AN），專門開展研究工作，目前下設3 個工作小組：案例和需求分析組、架構和核心技術使能者組、概念驗證組。

ITU-T 的SG2、SG11、SG13 這些常設的工作組也在陸續開展自動駕駛網絡相關的標準研究工作，這些標準包括：

a）未來網絡的智能化水平框架（Y.3173 Frame?work for evaluating intelligence levels of future networks including IMT-2020）。該標準描述了評估未來網絡智能化水平的框架，具體包括網絡智能化的發展趨勢、網絡智能化水平評估方法、網絡智能化水平架構圖。

b）未來網絡中機器學習結構框架（Y.3172 Archi?tectural framework for machine learning in future net?works including IMT-2020）。該標準定義了未來網絡的機器學習結構框架，具體包括需求、組件、框架等。

c）人工智能增強的電信運營和管理框架（M.3080 Framework of Artificial Intelligence enhanced Telecom Operation and Management（AITOM））。該標準定義了人工智能增強的電信運營和管理框架，主要描述了支持電信運營管理的功能架構，從而達到效率提升、質量保證、開銷管理和安全保障。

d）智能運營、管理和維護框架（M.3041 Frame?work of smart operation，management and maintenance）。該標準介紹了智能運營、管理和維護的框架，該架構支持傳統網絡和SDN/NFV 網絡，具體包括特征場景、功能架構等。

3.3 3GPP

3GPP 的SA2 和SA5 工作組陸續開展了一些自動駕駛網絡相關的標準制定工作。

a）自動駕駛網絡智能化水平（3GPP TS 28.100 Levels of autonomous network）。該標準定義了自動駕駛網絡智能化水平的概念、案例、需求。

b）通信業務保障的管理服務（3GPP TS 28.535 Management services for communication service assur?ance）。該標準規定了閉環保障方案，從而使能業務提供者或者運營商向用戶連續提供指定質量的通信服務。

c）移動網絡意圖驅動的管理服務（3GPP TS 28.312 Intent driven management services for mobile net?works）。該標準為服務和網絡管理定義了概念、用例、需求和解決方案。

d）5G 的自組織網絡（3GPP TS 28.313 Self-Orga?nizing Networks（SON）for 5G networks）。該標準定義了5G中SON功能的概念、用例、需求和過程。

e）5G 網絡自動化的使能者研究（3GPP TR 23.791 Study of Enablers for Network Automation for 5G）。該文檔研究了網絡功能中如何收集數據和反饋數據分析。

3.4 ETSI

歐洲電信標準化協會（ETSI）的多個工作組都發布了自動駕駛網絡相關系列標準。

ETSI 零接觸網絡和服務管理工作組（Zero Touch Network and Service Management，ZSM）發布的系列標準主要包括：

a）閉環自動化第一部分：使能者（ZSM009 Closed-Loop Automation；Part 1：Enablers）。該文檔描述了ZSM 架構中閉環自動化的使能者，包括閉環的需求、功能等；使能者的閉環治理、閉環生命周期管理和模型。

b）自動化的方法（ZSM005 Means of Automation）。該文檔探討了現有的實現自動化的方式方法，這些方法可以存在不同層級或者管理系統。

c）引用架構（ZSM002 Reference Architecture）。該文檔在用戶場景和需求的基礎上定義了端到端ZSM引用架構。

ETSI 體驗式感知網絡工作組（Experiential Net?worked Intelligence，ENI）發布的系列標準主要包括：

a）通信網絡智能化分級/分類定義（ENI 007 Defi?nition of Networked Intelligence Categorization）。該文檔定義了人工智能技術在網絡運營管理中應用水平的等級分類，描述了從傳統網絡到全自治網絡的功能要求。

b）通信網絡智能化等級評估（ENI 010 Evaluation of categories for AI application to Networks）。該文檔進一步明確了智能化分級中每一級定性描述及可定量指標，并基于量化關鍵指標制定了一套評分原則，利用該原則計算出具體場景得分，并通過分數來定義它的智能化等級。

另外，2020 年ETSI 成立OCG AN 內部跨ISG 工作組，旨在協調和解決ENI、ZSM 等不同工作組在做自動駕駛網絡相關項目時的重復工作或技術觀點沖突問題。同年，ETSI 發布了支持未來ICT 業務的自動駕駛網絡白皮書（Autonomous Networks，supporting tomor?row's ICT business）。該文檔介紹了自動駕駛網絡挑戰、機會與商業價值、愿景和框架、關鍵概念、用戶案例。

3.5 IETF

互聯網工程任務組（The Internet Engineering Task Force，IETF）的NMRG 研究組近年來開展了一些與自動駕駛網絡相關的標準研究工作。

a）數字孿生網絡的概念（Concepts of Digital Twin Network）。該文檔描述了數字孿生網絡的定義、價值以及關鍵挑戰。

b）意圖分類（Intent Classification）。該文檔主要討論了網絡意圖的概念，具體來說強調了意圖的利益相關者、意圖的分類方法和編碼、意圖的類別等。

c）基于意圖的組網：概念和定義（Intent-Based Networking-Concepts and Definitions）。該文檔闡明了意圖的概念，提供了基于意圖組網的功能概述。

4 自動駕駛網絡構建方法

傳統的電信網絡架構、協議和運營系統具有分裂性和直筒性的特征，SDN/NFV、大數據、云計算、人工智能技術的引入，使網絡向軟件化、智能化方向發展，但是網絡的演進速度緩慢，不同網絡域發展速度不一致。結合運營商網絡架構特征及現狀，本文提出基于傳統網絡構建自動駕駛網絡的方法和建議。

4.1 優先構建單域閉環運營和操作

傳統的電信網絡已經存在了網絡域的概念和結構，比如核心網、無線網、城域網等，不同的網絡域具有一定的獨立性，同時不同的網絡域引入新技術的速度是不同的，比如核心網已經具備完全實現轉發和控制分離的條件。因此，這些基礎有利于對每個單獨的網絡域進行升級改造。

每個網絡域形成一個閉環操作，獨立完成來自服務層的意圖請求并進行響應，這樣該網絡域一方面具有獨立運營和操作能力，另一方面屏蔽了網絡域內部的細節，簡化了網絡結構和運營。

網絡域內要從傳統的主要依靠人的操作向全自動化操作轉變，將人的經驗、設備手冊、運維數據等轉變成知識，構建網絡域內的知識平面，從而實現基于知識的決策。

4.2 逐步開發云原生智原生的層次化平臺

傳統網絡的網元正在逐漸實現轉發和控制分離，網絡功能逐漸實現虛擬化，這些為云原生的軟件打下了基礎，為了實現自動駕駛網絡，需要逐步實現全網的云原生能力。同時，網絡功能管控的集中化和平臺化，更加需要智慧的大腦。

根據TMF 提出的自動駕駛網絡架構，除了網絡管控的平臺，還需要服務層平臺和業務層平臺，目前運營商的OSS系統和BSS系統可以逐漸向服務層平臺和業務層平臺進行演進，最終形成自動駕駛網絡的層次化的平臺架構。

云原生和智原生的平臺能夠更好地實現網絡域之間的協同從而為用戶提供端到端的優質服務，數據的集中采集和處理能夠使人工智能模型具有更高的準確性。層次化的結構能夠屏蔽不同層的細節，為上層提供一個更簡潔的接口。

4.3 重視建立數字化產業生態

自動駕駛網絡的最終目標是為其他產業提供數字基礎設施，實現產業的數字化轉型，這些為運營商拓展了新的業務模式并帶來更多的收入。但是，智慧城市、智能工業、智慧政府等這些產業不是運營商的傳統業務范圍，因此，運營商需要與產業上下游生態伙伴合作，共同為新產業的發展提供服務。

在實現自動駕駛網絡的過程中率先取得回報將會加速自動駕駛網絡的構建進程，比如TMF 認為智慧城市是最適合自動駕駛網絡的垂直行業，如果運營商能夠率先和智慧城市的優質企業達成合作并進行示范應用，效益的取得會加速推進構建自動駕駛網絡的進程。

5 結束語

自動駕駛網絡是運營商數字化轉型的重要組成部分，同時也是巨大的挑戰。本文對主要國際標準組織在自動駕駛網絡領域的研究進展進行了介紹，這些標準組織包括ITU-T、3GPP、ETSI、IETF、TMF，進展介紹既涵蓋具體的標準文檔名稱和內容，也包括新成立的組織。最后本文給出自動駕駛網絡構建方法和建議，簡單概括為單域閉環為起點、層次化平臺為目標、數字化生態為引領。