人工智能在5G网络中的应用

来源：中国指挥与控制学会

来源丨中国电科院学报

作者丨肖哲

随着5G的商业化运行，通信网络运营正面临巨大挑战，传统运维管理方式难以适应5G空前庞大的网络规模、复杂的网络结构、激增的网络流量和多元化动态业务等新的需求，成为制约5G应用推广和效能提升的最大瓶颈。人工智能近年来发展迅猛，在许多传统行业成功应用。将人工智能应用于5G网络，可以有效提升网络的自动化、自主化程度，使过去的“傻瓜式”网络逐步向“智能化”的自动运行网络演进，为5G的商业化部署和更新迭代扫清障碍。

人工智能在5G网络中的应用

根据ITU定义的5G网络适用的eMBB、uRLLC及mMTC三大技术应用领域，大规模天线阵列、新型网络架构、新型多址技术、超密集组网技术、D2D通信技术等十二项关键技术，网络的规模和复杂程度都远超以往。快速变动的动态业务使得通过人力进行参数配置与使用专家经验制定策略的方法已经无法满足需求，将5G 网络与AI相结合，可有效提高5G 网络的智能化程度，使网络从人工配置参数与使用专家经验制定策略变为网络智能配置参数与智能策略自动生成成为可能。

 人工智能应用于5G基站覆盖智能优化。目前5G技术研制和标准制定工作正有条不紊的进行，但是其商用化部署仍存在许多实际困难。大规模MIMO、非正交技术、超密集组网等5G核心技术在大幅度提升频谱效率的同时，也使得网络拓扑更加复杂，干扰控制、小区间协调、传输资源及部署成本等问题越发突出。仅依靠人工采集和分析各项数据，不仅耗时耗力，而且难以保证得到最优方案。利用AI技术，自动对数据进行分析，可以在极短的时间内，从上万种参数组合中找到最优解，大大降低5G商用化部署难度和成本。

 人工智能应用于5G异构网络接入控制。未来5G网络将是宏基站与微基站结合，4G、5G、WiFi、D2D等多种接入方式并存的异构网络。与此同时，随着业务范围的增加，用户的需求更加复杂多变，仅采用Wifi优先的接入规则难以满足以用户为中心和资源利用率最优化的业务需求。AI技术可以通过主动分析用户的业务需求和网络环境，自动选择最优的接入网络。并且可以根据用户的移动轨迹和接入历史，进行预设置，实现不同网络、不同小区之间的平滑过渡，进一步提升用户体验。

 人工智能应用于5G网络切片资源管理。网络切片即根据不同业务的场景需求，将网络中的基础设施及相关资源利用虚拟化技术分割为若干虚拟网络，其中每个切片根据业务场景需求和话务模型不同，可以单独的定制、剪裁与编排相关资源，已满足其业务需求。利用AI技术可以识别不同业务场景，匹配网络切片模板，并根据业务需求规模申请所需的网络资源，使用虚拟化分割技术根据切片模板实现虚拟网络、服务编排与接口实例化等功能。在运行过程中实时监测切片状态，提高资源调整的速度，加快功能升级的部署，业务下线后迅速撤销并回收切片资源，进一步提升网络灵活性和网络资源利用率。

人工智能应用于5G网络运行维护。5G的一个重要特征是将人与人之间的互联扩展到万物互联，网络规模与复杂程度空前庞大，运行与维护成本大幅度提升，传统依靠人工和预先策略的运行维护机制已无法满足需求。在网络运维中引入人工智能，可以通过对历史数据的深度挖掘，建立网络健康度模型，对网络的运行态势进行评估和预测；通过人工智能的时序推理能力，可以对网络的流量趋势进行预测，实现网络资源的合理调配与预留，在高效服务保障的同时大幅度节省能耗；通过对监视与告警信息的关联性分析，可以精准的定位到故障位置及根因，实现网络故障的快速维护。

 人工智能应用于5G网络安全防护。5G时代面临着严峻的安全形势：一方面大规模、复杂网络环境中入侵检测、病毒防御更加困难。另一方面，随着车联网、工业物联网等万物互联模式的发展，网络攻击行为造成的危害也将更加严重。传统网络防御工具通过匹配已知恶意代码进行防御，黑客或病毒只需修改此前恶意代码的一小部分即可绕开这种针对性的防御。人工智能网络防御工具可以识别网络中行为模式的变化并检测异常情况，能应对未知攻击方法。这些工具将使防御方更具前瞻性，同时更有效地对抗新型、有创造性的网络攻击方式，而不仅是简单监视已知的攻击方式。同时，利用AI技术还可以自动识别并修补系统漏洞，强化网络安全性和可靠性。 

5G的发展恰逢人工智能热潮，AI技术的迅速发展与成熟势必会为5G的推进带来新的助力，同时，5G的应用需求也将促生新的人工智能产品落地，并为新一代人工智能产业提供环境基础。未来信息社会将是以5G为环境基础，大数据为生产原料，云计算为生产工具，人工智能为生产力的新型生态体系。我国在5G和人工智能领域的发展都处于相对领先的位置，并有着更加适合开展新技术产品化、市场普及的社会基础和强烈需求。抓住机遇、提前布局，有利于AI+5G技术的顺利推行，有利于打造网络强国、信息强国，在新一轮技术革命中把握战略主动，实现弯道超车。

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