基于应用识别和感知优化的5G服务质量保障方案研究

程亚锋 叶晓斌
首先,对5G智能核心网网元NWDAF和UPF赋能,多网元联动形成能力底座,然后基于AI和大数据分析能力,对业务流量进行应用识别和感知优化,实现移动网数据业务的动态GBR保障,保障效果明显。该方案无需用户安装第三方软件,不改变用户的使用习惯,保障用户数据安全。

本文来自微信公众号“邮电设计技术”,作者/程亚锋、叶晓斌。

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背景

随着5G网络成为主流,各种应用对带宽的抢占也越来越激烈。针对5G网络进行服务质量(QoS)保障时,通常可采用为用户提升5G QoS标识符(5QI)的方案,或者通过第三方应用软件提供特定应用的保障能力的方案。但是,直接提升用户5QI能力的方案难以根据网络现状动态触发保证比特速率(GBR)保障;通过第三方软件提供特定应用保障能力的方案,需要用户终端安装第三方应用软件,特定应用需要在第三方应用软件中进行适配,存在安全隐患,用户也存在一定的安全疑虑。2种方案缺少加速保障效果评估和营销管理,不能按需保障。

中国联通移动数据业务的普通用户和VIP用户通过默认承载签约不同5QI实现(一般对应5QI=9和5QI=6),默认承载为Non-GBR承载,无线网络拥塞时,所有用户都达不到峰值速率AMBR。Non-GBR没有承诺保证比特速率,网络拥塞时无法保障用户体验。

GBR承诺保证比特速率,即使网络拥塞,也能达到GBR承诺的最小速率,保障相应的用户体验。

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技术方案介绍

2.1方案概述

网络数据分析功能(NWDAF)是3GPP定义的一种标准网元。作为AI+大数据的引擎,NWDAF具备能力标准化、汇聚网络数据、实时性更高、支持闭环可控等特点。同时,3GPP定义了NWDAF在网络中的位置以及与其他网络功能的交互协同方式,也定义了NWDAF部署的灵活性,NWDAF可以以功能嵌入的方式部署于特定的网络功能单元,也可跨网络功能单元协同,完成网络智能的闭环操作。

某省联通创新性地对5G智能核心网网元NWDAF和UPF赋能,多网元联动形成能力底座,同时基于AI和大数据分析能力,对业务流量进行应用识别、感知分析,通过建立应用基线和质差分析,实现移动数据业务的动态GBR保障,服务质量保障效果明显。该方案无需用户安装第三方软件,不改变用户使用应用的习惯,保障用户数据安全。在现网部署中,NWDAF需要从无线网管获取小区容量信息,防止给该方案中的VVIP用户过度分配资源,对普通用户造成不良影响。本文以移动直播业务为例进行方案介绍和测试,动态GBR保障效果明显,为消费者带来可靠体验保障,同时为运营商带来体验经营闭环。

2.2方案具体实施

网络方案各组成部分(包括但不限于)的部署和配置如下。

a)业务和资源限制的设置。

b)UPF的能力部署。

c)NWDAF的建设以及与其他网元系统(UPF、PCF、SMF、AMF、无线网关、短信网关等)协同控制能力的部署。

d)NWDAF、NEF同时通过N5接口调用PCF能力协同问题。

e)BSS与PCF的互通等问题。

f)保障体验报告和潜客报告的制定和触发规则。

方案实施时,普通用户移动卡和VVIP用户移动卡签约不同套餐(测试中普通用户使用5QI=9的签约,VVIP使用5QI=4的签约)。当未发生网络拥塞时,普通用户和VVIP用户都执行5QI=9的等级,业务不受影响。当无线网络拥塞时,同一基站下普通用户的5QI保持不变;VVIP签约用户通过UPF和NWDAF的应用识别和质差分析能力,对比应用基线,根据质差情况和配置规则动态触发PCF,调整VVIP业务5QI等级为4,使VVIP用户的被保障应用得到高优先级的服务。

在典型的直播应用中,该差异化的动态保障效果体现为(以观众看直播的效果来评价):VVIP主播用户的直播不卡顿,保持基线水准;普通主播用户的直播效果为卡顿或者画质降低等。该方案同时提供VVIP用户保障体验报告和潜客挖掘报告,按规则进行发送。

2.2.1业务和资源限制设置

a)设置保障套餐的业务列表。

b)设置用户体验质差阈值:业务+质差标准。

c)设置无线小区GBR资源使用阈值。

2.2.2 UPF能力部署

a)支持智能中心应用体验监测策略下发(结合ADC)。

b)支持体验劣化逻辑判断和通知事件上报。

c)支持SA业务识别能力。

d)智能板卡支持体验数据采集,质差判断能力。

2.2.3 NWDAF建设和能力部署

a)协同UPF完成智能协议识别,精准计费/有效管控。

b)协同PCF完成智能选频选网,提升5G网络效率。

c)协同PCF完成业务体验按需保障,差异化运营。

d)协同SMF完成辅助用户面选择,提升用户体验。

e)协同PCF/AMF完成异常终端识别和IOT攻击防护。

f)NWDAF与无线网关协同,获取小区容量信息。

g)其他NWDAF相关能力部署。

2.2.4方案实施流程

方案的技术实现流程如图1所示。为了更好介绍和理解文中的方案,以直播业务为例进行展示,并将图1中的流程分成3个场景进行介绍。

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图1实现方案流程

a)场景1:直播套餐用户体验保障(步骤S4~S14,见图2)。识别主流的直播应用,针对签约“5G直播套餐”的VVIP用户,在直播时,根据质差分析,动态提供GRB专载保障。

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图2场景1:直播套餐用户体验保障

b)场景2:效果可视(步骤S15~S16,见图3)。

(a)效果评估报表:VVIP用户保障前后的体验提升对比;经营报表:套餐签约趋势洞察、套餐签约用户行为分析;运维报表:保障结果运维、辅助无线网优。

(b)短信通知“5G直播套餐”的VVIP的直播保障效果,体现客户关怀,短信包括个人即时体验报告、个人月度体验报告。

c)场景3:挖掘潜客(步骤S1~S3,见图4)。挖掘直播的重度用户,进行潜客营销。

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图3场景2:效果可视

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图4场景3:潜客挖掘

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方案效果

3.1测试环境

在某省联通新时空一楼营业厅实验室进行方案测试。

3.2测试效果

3.2.1测试过程和效果

a)配置普通用户(5QI=9)和VVIP用户(5QI=4)的直播卡,某直播应用的基线为2 Mbit/s。

b)网络拥塞前,普通用户和VVIP用户的5QI=9,实时报表显示上行带宽约为2 Mbit/s,手机观看直播无卡顿。

c)当基站无线网络拥塞时,如果检测到VVIP用户的直播应用的上行带宽连续7 s(可配置)低于阈值(2 Mbit/s),则触发VVIP用户的GBR保障,建立5QI=4的专有承载。实时报表显示VVIP用户上行带宽约2Mbit/s,普通用户低于500 kbit/s,观众手机观看VVIP主播的直播无卡顿,观看普通主播的直播卡顿严重。

VVIP用户直播结束后,发送用户体验报告至VVIP用户的手机,各参数与实际相符。

3.2.2测试结果

a)针对VVIP用户,当直播应用的上行带宽低于阈值时,NWDAF向PCF发送N5接口消息,PCF下发5QI为4的PCC策略,建立专载,保障VVIP用户的上行带宽。

b)VVIP用户和直播用户的直播上行保障速率对比如图5所示。拥塞前,VVIP用户和普通用户直播业务的上行速率均约为2.3 Mbit/s。拥塞后,VVIP用户的上行速率依旧保持在2.3 Mbit/s,普通用户下降到500 kbit/s以下。

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图5 VVIP直播卡和普通用户卡直播测试上行带宽对比(10月20日)

c)保障短信和潜客短信。

(a)NWDAF基于应用,向VVIP用户发送体验报告短信,告知用户的加速时长和上下行带宽。

(b)NWDAF支持按天/周/月粒度导出“开直播”(上行流量),“看直播”(下行流量),“开直播+看直播”(总流量)的重度用户列表,自动对潜客发送短信。

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总结

某省联通创新性地对5G智能核心网网元NWDAF和UPF赋能,多网元联动形成能力底座,同时基于AI和大数据分析能力,对业务流量进行应用识别、感知分析,通过建立应用基线和质差分析,实现移动数据业务的动态GBR保障,服务质量保障效果明显。该方案无需用户安装第三方软件,不改变用户使用应用的习惯,保障用户数据安全。针对VVIP套餐用户进行GBR重点保障,同时增加限定域“APP+Time”,实现“暂时性跃迁”。文中使用移动直播业务进行方案讲解和测试,动态GBR保障的效果明显,可以逐步推广到云游戏、高清视频会议、远程教育以及AR/VR等更多移动数据业务,为消费者带来可靠体验保障,同时为运营商带来体验经营闭环。

作者简介

程亚锋,高级工程师,硕士,主要从事网络设计及优化、产品研究等相关支撑设计工作;

叶晓斌,工程师,学士,主要从事网络设计及优化、智能维护等相关咨询设计工作。

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