5G網絡將更加簡潔、敏捷、開放、集約，將顛覆現有網絡架構、管理流程、產業生態，對設備商、運營商和服務提供商等各方而言，挑戰和機遇并存。相對于2G、3G和4G網絡，5G網絡架構最大的特點就是更加扁平化。同時，5G還需要靈活的網絡架構以實現資源的按需調配。
5G的技術創新有兩大方向：一是為了支撐嚴苛的通信指標，如體驗速率、端到端時延等，在接入網層面需要靈活的網絡架構支持多種接入技術;另一方面，5G還需要在無線資源智能化控制、邊緣計算、功能重構、控制轉發/分離等方面開展創新。
目前我們正處在第三波AI(人工智能)革命浪潮中，這次革命與以往時代相比最大的區別是AI已經走出實驗室，落地到各個場景，逐漸應用到各個行業中。業界普遍認為，第四次科技革命是繼蒸汽技術革命、電力技術革命、計算機及信息技術革命之后的又一次科技革命，而AI是第四次工業革命的重要推動技術。同時，英特爾認為5G是第四次工業革命的開啟者。隨著5G和AI技術的發展，更大的變化也即將到來。
AI給5G帶來的機會
5G網絡架構變革趨勢
5G時代，增強移動寬帶(eMBB)、海量機器類通信(mMTC)和超高可靠低時延通信(uRLLC)三大類典型業務與傳統電信業務有很大不同，因而5G必須在無線網、核心網、IP網和傳輸網等方面進行變革與創新，需要從離散的專業網(如無線網、核心網、IP網、承載網、傳輸網等)向虛擬化、軟件化、云網一體化架構等方向轉變，如圖所示。
圖 5G網絡的架構變革
網絡重構將把網絡運營從分散型向集約型演進，由于歷史原因，傳統電信運營商一般沿襲了自上而下的網絡組織和運行方式，各個省市的網絡運營商均獨立建設和運營基礎網絡，因此導致網絡利用率低下、端到端業務體驗較差。隨著互聯網的發展，網絡用戶對網絡的運營模式提出了更高的要求，因此網絡必須具有“統一集約規劃”“統一集約建設”和“統一集約管控”三大特征。
傳統網絡更多關注網絡底層的傳送能力，而對于承載網絡能力向上層應用和新業務的創新開發并無過多的考慮，因此缺乏標準化的業務開放接口，業務調度不靈活。未來的網絡架構必須要達到網絡能力接口標準化及開放的要求。
在互聯網發展過程中，采用云計算來提供業務已成為大勢所趨，但是目前云和網之間缺乏靈活的握手互動機制，通常計算資源、存儲資源和網絡資源多是彼此之間獨立靜態配置，無法統一按需提供。未來的網絡架構必須向業務、IT和網絡云化以及基于DC(數據中心)集中部署并以DC為網絡核心的云網融合轉變。
5G接入網智慧化、共享化
5G基站中將引入AI，可以使基站支持智慧化的學習能力，實現資源調度靈活、高效，有效進行智慧化的網絡規劃和網絡優化，例如在小區進行自動部署和彈性部署，實現小區自動分裂、干擾智能消除、容量彈性伸縮等，達到高效利用基站資源的目的。
另外，接入網共享應成為5G時代發展的趨勢，不同運營商之間采用5G基站共享、頻率共享方法，可以減少單個運營商5G基站設備和基站機房的部署投入，節省頻譜資源，大大降低成本，提高基站利用率，節省用電，綠色環保。由于5G基站實現了軟件化，因此不同運營商所需的基站能力和資源能夠以軟件的形式部署在共享基站中，共享程度和靈活性大大優于傳統基站。5G基站共享將節省基站部署和維護成本，整合資源，提升基站利用率，擴大網絡覆蓋，提高投入產出比，提升共建、共享、共經營的管理水平。
5G核心網虛擬化、切片化
5G核心網將實現虛擬化和切片化。5G核心網功能將采用通用硬件處理器(x86 CPU)和網絡功能虛擬化(NFV)來承載，將5G核心網功能虛擬化，可實現網絡資源的靈活調度與共享;實現功能與硬件解耦，硬件平臺通用化，屏蔽差異性，保證互通性;實現功能與位置解耦，基于虛擬化自動遷移等技術，根據需求靈活選擇模塊的部署位置，進行基礎資源的動態獲取，根據業務量實現硬件資源彈性伸縮，按需靈活部署;實現功能可擴展，能夠快速開發、升級和上線新功能。
5G核心網承載的業務將以切片形式呈現，在運營商的網絡會運行數十個甚至上百個切片，傳統依靠人工的運維模式完全不能滿足5G網絡切片的建設。5G網絡最大的特性之一就是高度靈活性，可以根據不同的應用場景和業務需求進行網絡切片，這就要求5G網絡在部署規劃、運行維護等方面，具備高度的自動化和智能化水平，可以進行自動網絡能力編排。如果還采用傳統的網絡規劃、優化、部署與編排方式，實現難度會大大增加。
因此，5G核心網虛擬化和切片化建設，是以AI為核心構建自動化的運維體系，實現網絡運行狀態實時監控，對網絡行為進行精準預測、對故障進行自動恢復，并且可以實現切片分鐘級上線，滿足快速變化的市場需求。不僅如此，AI在為5G注入自知能力的同時，也為產業鏈打開了新的成長空間。在未來5G時代，基于數據訓練的AI能夠通過分析形成精準洞察，自主設計出最能滿足商業目標的網絡和服務，靈活適應智慧城市、智能制造、醫療、交通等多領域的需求。
移動計算邊緣化、本地化
MEC(移動邊緣計算)是邊緣計算和移動網絡結合的產物，主要是為運營商提供邊緣服務。MEC是5G與AI的交點。通過MEC和AI結合，運營商在5G網絡設備(比如基站)“附近”提供更多服務，如數據的智能處理等。這樣，運營商就可能從這些新的服務中獲得更高的利潤。
將MEC從核心網邊緣下沉到基站，即MEC本地化，對未來網絡發展至關重要。通過在基站側增加計算、存儲、處理等功能，采用能互通互聯網應用的RESTful架構和接口，構建可以植入第三方應用的開放平臺，并實現基站與MEC之間的信息交互，可以促進無線網絡與業務之間的緊密融合，有效滿足移動互聯網、物聯網高速發展所催生的新應用領域(如AR/VR、自動駕駛、工業控制等)對網絡帶寬、時延等提出的更高需求，并減輕網絡負荷。
5G網絡安全與AI
安全性是5G網絡重構時需要重點考慮的問題。以往的網絡建設經驗證明，在網絡設計之初就應該考慮安全問題。對于5G網絡而言，由于引入更多新業務和新終端形態，安全的意義更加凸顯。5G催生的大量差異化的業務場景、SDN/NFV等技術的引入、商業模式上的創新以及大量的物聯網設備接入到運營商的網絡中，都意味著5G將對安全提出更高的要求。
具體而言，多種接入技術采用的安全機制各不相同，為了改善用戶業務體驗和提高鑒權認證效率，在5G網絡架構設計時應考慮采用統一的認證架構。同時，由于大量的低成本的物聯網設備接入網絡，如何滿足這些設備的安全和隱私保護需求，也是要考慮的重點。
此外，5G時代將產生大量的行業應用，運營商會將網絡能力進一步開放，這就會導致用戶個人信息、用戶使用的業務信息等暴露在比較開放的網絡節點里。如果沒有增強的隱私保護技術，那么就很有可能有惡意攻擊者借助大數據等技術獲得用戶隱私數據，對用戶的信息安全造成威脅。
因此可以利用數據融合、數據挖掘、智能分析、可視化和AI等技術，直觀顯示和預測網絡安全態勢，為網絡安全預警防護提供保障，可在自學習過程中提高5G網絡系統的防御能力。基于人工智能和動態防御技術，可以檢測和防御未知的網絡威脅;使用機器學習和統計模型，可以尋找惡意軟件家族特征，預測進化方向，準確發現和刪除惡意文件，保護5G網絡免受未知的安全威脅;還可以對異常網絡流量等數據進行收集、篩選、處理，自動生成安全報告，利用人工智能入侵檢測技術實現高精度地預測、檢測和阻止網絡攻擊。此外，人工智能技術在網絡安全運營管理、網絡系統安全風險自評估及物聯網安全問題上均有應用前景。
通過感知環境提升決策能力
未來的5G網絡需要達到用戶對網絡的定制化要求，就需要提升當前網絡的決策能力，實現網絡自動化。為了能給特定業務按需建立網絡切片，以達到靈活地使用和管理網絡的目的，有必要讓移動網絡具備感知環境的能力，對不確定因素進行學習，設計相應行為，合理地配置網絡。
AI可以用來對變量進行學習，預測未來狀態，通過和環境交互找到潛在解決方案。因此，5G時代的移動網絡可以利用AI和環境進行交互以改變網絡的運作模式，實現智能的5G時代。智能5G網絡架構能夠從真實網絡環境中讀取、觀察和分析各類網絡信息，同時也能采取相應的行動策略對網絡環境加以控制。
AI為5G提供了機會和價值
AI給5G網絡的實現帶來了更多機會。面對超負荷的移動網絡數據量，AI可以利用這些數據預測可能發生的事件，并在此基礎上實現網絡資源的動態分配和參數的動態配置;隨著網絡的異構化，AI能夠分析新興的業務請求并為其匹配最合適的接入點以滿足用戶的性能需求;AI可以助力5G網絡的系統警報響應速度和安全威脅防護能力提升，從而使網絡更好地應對突發的網絡狀況。
同時，AI將為5G的自動化和智能化提供有價值的幫助。根據5G網絡設計要求，5G將支持各種應用場景。為了支持這一系列高性能指標，5G系統引入了大規模天線、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和毫米波通信等先進技術，技術復雜度顯著提高，參數配置更加靈活。這些都對運營商的網絡規劃、優化、日常運營和維護提出了較高的要求。現實情況是5G網絡規劃、優化和維護等要求將極大地提高以后工作的復雜性和繁瑣性，以人工為主的傳統模式將無法適應。
5G給AI帶來發展機會
一直以來，AI都被譽為是第四次工業革命的基礎。而AI發展的三大必備要素——數據資源、運算能力、核心算法，現階段均有極大的潛力可以挖掘，這其中通信技術至關重要。相對于2G、3G、4G帶來速率提升不同，5G能夠帶來更高的帶寬、更快的傳輸速率、海量的連接數量、更低的功耗、更高的可靠性等諸多能力。屆時AI將有機會獲得更為龐大的數據，同時過度依賴于云端處理的困境也將被打破，實時分析決策將徹底擺脫現在的束縛。
在“萬物互聯”的時代，無線連接將會成為常態，5G將使AI計算架構實現云端、邊緣端和終端之間的靈活配比，徹底釋放AI潛能。而在AI的加持下，5G將會激活更多傳統行業并開啟眾多新興領域。當前除了智能手機外，物聯網、車聯網、AR/VR等領域都將發生翻天覆地的改變，帶來更多的可能性。
5G的大量應用將徹底革新無人駕駛、數字醫療、VR/AR、智能城市，智能家居等眾多垂直行業，引爆全新的應用場景和商業模式。5G應用發展將經歷三個發展階段。
第一個階段是把終端跟網絡連接起來，5G的高帶寬、低時延和大連接能力，使得萬物互聯成為了現實;第二個階段是在終端設備互聯之后，對整個產業和用戶產生價值，并且隨著時間推移，終端得以進化，變得越來越聰明;第三個階段是終端設備發展到海量之后用人工智能進行控制和管理。
AI與人類處理信息的方式類似，終端將“聽”和“看”到的海量信息在邊緣進行一次加工和提煉，然后在AI大腦進行統一處理。但是受制于體積、功耗和成本，終端的處理能力有限，這些信息會在邊緣數據中心利用云端更加強大的計算能力進行處理，再送往AI大腦。為了帶來更好的業務體驗，5G網絡將應用與云端和邊緣端結合得更加緊密。5G核心網分布式架構完美匹配應用延伸到邊緣的需求，邊緣網關將信息直接轉發到邊緣應用，幫助AI將應用延伸到邊緣。
AI時代多種多樣的應用對網絡提出了不同的需求，智慧城市需要海量的連接，智慧交通需要超低的時延，智慧家庭需要超大帶寬。每個AI的應用都需要一個專屬的網絡，因此要根據應用需求實時動態地進行調整，滿足快速變化的業務需求。而5G核心網構建邏輯隔離的網絡切片，能提供網絡功能和資源按需部署的能力，來滿足未來這些行業多樣化的業務需求，為每個AI的應用打造一個私人定制的網絡。
隨著技術能力的提升和應用規模的擴大，AI在5G網絡運營、運維領域的巨大潛力將得到進一步釋放。5G是基礎設施，就像信息高速公路一樣，它為海量的數據處理和信息的傳遞提供了可能性。而AI不僅是云端的大腦，而且是能夠完成學習和進化的神經網絡，成為人類智慧的延伸。5G和AI的結合，將給全社會生產力的發展帶來前所未有的改善。
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