發布時間：2021-07-16所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：針對復雜異構網絡提出了基于業務系統全面解耦的智能開放的電信業務體系(IOTSA)，以及網絡資源智能調度、動態服務編排組合、異常行為智能監控等核心機制。通過建立三級接口、四層能力開放架構，實現多粒度的能力開放與全面的資源共享，滿足了多場景的需
摘要：針對復雜異構網絡提出了基于業務系統全面解耦的智能開放的電信業務體系(IOTSA)，以及網絡資源智能調度、動態服務編排組合、異常行為智能監控等核心機制。通過建立三級接口、四層能力開放架構，實現多粒度的能力開放與全面的資源共享，滿足了多場景的需求。提出了業務系統低風險低成本快速解耦、多業務動態協調等關鍵技術。相關成果形成了系列國際標準，并在現網大規模應用。通過提供大量超細粒度能力、396個原子能力以及靈活的復合能力，有力支撐了運營商及第三方業務應用的發展。
關鍵詞：業務體系;智能開放;解耦共享
1引言
電信網的價值通過自有業務和第三方應用來實現。建立開放共享的電信業務體系，支持運營商自有業務及第三方應用的快速提供，這已成為全球電信行業多年來的努力方向。然而傳統電信業務體系由獨立封閉的豎井型業務孤島構成，由于沒有解耦，因此無論通過綜合業務網關還是能力開放平臺，都只能開放有限的粗粒度能力，難以滿足多場景應用對能力的需求，同時運營商自有新業務也無法共享系統資源，這嚴重制約了運營商自有業務和第三方應用的創新和發展。隨著5G時代的來臨，能否建立智能開放的新一代電信業務體系已成為決定運營商發展轉型成敗的關鍵，必須解決2G~5G復雜異構網絡中構建開放電信業務體系的多項關鍵技術難題，包括能力智能提供、開放安全可控、資源高效共享、多業務沖突避免等，在確保現網業務穩定運行的前提下實現網絡及業務系統能力的全面智能開放和資源的充分共享，創建多方共贏的數字生態。
2電信業務體系的演進
多年來，電信業務體系的演進總體上遵循解耦和開放的原則。所謂解耦是指將功能繁多、緊密耦合的復雜網元系統拆分為若干功能單一的簡單網元，各網元之間采用標準化的協議通信，從而使電信業務體系從垂直封閉的一體化平臺向水平分層的業務網絡發展;所謂開放是指采用能力開放網關、開放協議/API等將電信網絡的資源和能力對外共享和開放，使其能夠被運營商內外部的業務應用所使用。
推動電信業務體系不斷解耦和開放動力有3個方面：一是核心網所追求的高效、穩定、少改動與業務應用所追求的反應靈活、開發簡單、提供快速之間的內在矛盾;二是運營商希望通過網元解耦引入更多廠商，從而從大廠手中奪回產業主導權，降低電信業務體系的建設運維成本;三是運營商希望通過能力開放和資源共享促進自身新業務和第三方應用的快速提供，降低成本，增加收入。
電信業務體系的解耦歷程如圖1所示。早期的電信業務體系是由交換機組成的封閉網絡，交換機負責話路交換/媒體承載、呼叫控制和業務提供，是一個緊密耦合的復雜系統，難以支持快速系統擴容和新業務提供。智能網(intelligentnetwork，IN)實現了業務提供與呼叫控制的分離，極大提升了新業務的開發部署速度，降低了成本。軟交換(softswitch)以及IP多媒體子系統(IPmultimediasubsystem，IMS)基于分組交換技術，實現了呼叫控制與媒體承載的分離，支持高效、低成本的系統擴容與業務提供。近年來，智能網等電信業務系統繼續進行解耦，實現業務邏輯與業務能力的分離，從而進一步降低業務開發的難度，縮短業務提供周期。
在電信業務體系的開放技術方面，OSA/ParlayAPI和ParlayX[1]是最重要的技術，其架構如圖2所示。1998年成立的ParlayGroup制訂了旨在實現電信網絡能力開放的ParlayAPI，后被3GPP接受，形成OSA(openserviceaccess，開放業務接入)/ParlayAPI體系。該體系中，SCS(servicecapabilityserver，業務能力服務器)通過通信協議與各種電信網元交互，將呼叫控制、消息等網絡能力抽象為OSA/ParlayAPI，供內外部業務應用使用;OSA/ParlayFramework一方面與SCS連接，提供業務注冊，另一方面為內外部應用提供鑒權認證、業務發現和訂購、安全管理等框架API。OSA/ParlayAPI提出了一種跨越異構網絡的通用的能力開放接口，但其基于CORBA實現，運行效率低下，技術復雜，需要開發者對電信網絡有相當深入的了解，這嚴重限制了其推廣應用。
針對這一問題，ParlayGroup和3GPP推出了ParlayXWebservices，在Parlay架構上疊加ParlayX網關，針對特定業務場景的需求對OSA/ParlayAPI進行組合封裝，形成更加簡單易用的ParlayX業務組件。不過，ParlayX能力少、功能簡單、不靈活，而且Webservices對互聯網開發者來說仍然不夠簡單。
2008年后，OSA/ParlayAPI和ParlayX的標準化工作轉由OMA負責。OMA將其納入OSE(OMAserviceenvironment，OMA業務環境)架構[2]中，與OMA提出的各種業務引擎融合。與此同時，RESTful風格的協議因具有無狀態、輕量級等優點，逐漸成為能力開放API的首選技術。為此，OMA針對ParlayX發布了ParlayREST規范，而GSMA和OMA也推出了RESTful風格的OneAPI[3]，用于替代ParlayXWebservices。不過，上述各種RESTfulAPI都存在能力少、功能簡單的問題。
移動通信核心網的演進也遵循解耦和開放的思想。3GPP在4G階段早期引入了AAC(applicationaccesscontrol，應用接入控制)網元，它基于PCC(policyandchargingcontrol，策略和計費控制)機制實現了QoS能力的開放。3GPP在R13階段引入了SCEF(servicecapabilityexposurefunction，業務能力開放功能)[4]，可通過OMA、GSMA等定義的API開放4G網絡能力。3GPP在R15階段確定了5G網絡架構，各核心網網元通過提供服務化接口進行功能解耦，實現了控制面與用戶面分離，控制面與數據面分離，采用基于NFV、SDN的軟件化技術實現了網元的虛擬化和軟硬件解耦。5G中還定義了NEF(networkexposurefunction，網絡開放功能)[5]，通過API對內外部的AF(applicationfunction，應用功能)提供用戶設備監控、策略控制和計費等5G能力。此外，為了進一步規范能力開放架構，3GPP還提出了CAPIF(commonAPIframework，通用API框架)[6]，定義了對AF的認證、授權、業務發現機制以及對業務API的發布、訪問控制、計費、監控管理等機制。
綜上可知，OSA/ParlayAPI和ParlayXWebservices針對復雜異構網絡的能力開放做了不少嘗試，3GPP也在4G、5G階段高度重視能力開放，引入了專用的能力開放網元AAC、SCEF和NEF，但由于這些技術沒有對業務系統進行全面解耦，因此無法提供超細粒度的原子能力和面向各種場景的復合能力，無法建立資源共享、智能開放的新一代的電信業務體系。
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除了上述標準化組織的工作以外，國內外各運營商也在積極探索建立新一代的電信業務體系，例如法國電信通過建立統一的能力開放平臺來匯聚網絡能力，向內部和外部的業務應用提供100多個API;而國內運營商如中國電信、中國聯通也在建立統一的能力開放平臺，開放呼叫、消息等能力[7-8]。不過，總體上這些運營商沒有實現業務系統的全面解耦，只開放一些業務基地的有限的粗粒度能力，無法實現復雜異構網絡能力的全面開放和海量業務系統資源的充分共享，難以滿足多場景應用對能力的需求。
3智能開放的電信業務體系及核心機制
3.1智能開放的電信業務體系
面對復雜異構網絡上運營商自有業務及第三方應用的不同需求，在充分借鑒了各種解耦與開放技術的基礎上，本文提出了一種基于業務系統全面解耦的智能開放的電信業務體系——IOTSA(intelligentandopentelecomservicearchitecture)，如圖3所示。
該業務體系支持對復雜異構網絡的能力收斂、抽象、封裝、編排組合和統一開放，提供包括輕量級網絡協議、原子能力API、復合能力API的三級接口，其中輕量級網絡協議提供超細粒度的能力，是功能最強的開放接口;而原子能力API將輕量級網絡協議封裝成細粒度的能力，屏蔽了協議的復雜性，是穩定、簡明的開放接口;復合能力API則在原子能力API基礎上根據具體的應用場景需求封裝編排而成，具有動態靈活、簡單易用的特點。上述三級能力開放接口的功能、性能和復雜度都不同，可滿足運營商自有業務和第三方應用的不同層次需求。該業務體系分為如下4層。
(1)能力網元層
包括電信網的各種能力網元，覆蓋音視頻、消息、管道和數據等多種能力。在保證現網穩定、業務不受影響的前提下，對作為關鍵能力網元的業務系統進行大規模解耦，將完整、豐富、超細粒度的能力采用基于RESTful的輕量級網絡協議從原本封閉的業務系統中挖掘并開放出來，為全面的能力開放和系統資源共享奠定基礎。輕量級網絡協議功能最強、性能最高，但業務開發難度也相對較大，適合運營商在提供重量級的自有業務時使用。
(2)能力接入層
能力網元接入平臺一方面通過輕量級網絡協議連接各個能力網元，屏蔽其具體部署和實現細節，將其提供的超細粒度能力封裝為豐富的原子能力API，提供給能力開放平臺及自有業務平臺使用;另一方面接受能力開放平臺的能力調用任務，采用智能調度機制將任務分配給各個能力網元，實現優化的資源利用。原子能力API功能強、性能高，開發難度不大，適合運營商在快速提供輕量級的自有業務時使用。
(3)能力開放層
能力開放平臺作為全網統一的能力開放門戶，連接多個能力網元接入平臺，根據多樣化的場景需求對原子能力進行封裝和動態編排組合，形成靈活的復合能力API，統一對外開放，同時與內外部業務應用對接，實現鑒權、計費、安全管理等功能，保證能力被安全可控地調用。復合能力API聚焦于特定的場景提供靈活的功能，開發難度很低，適合廣大第三方開發者開發面向多樣化場景的應用，同時也適合運營商自有業務的快速演示和功能驗證。
(4)應用層
包括第三方應用平臺以及運營商自有業務平臺，前者通過復合能力API調用能力開放平臺提供的能力，后者可根據具體需求接入能力開放平臺、能力網元接入平臺或能力網元，直接(側重高效運行需求)或間接(側重快速開發上線需求)使用不同粒度的能力。
該業務體系兼顧了業務應用多元多變、求新求快的需求與核心網絡穩定運行、少做改造的需求，開放了粒度可控的豐富能力，實現了網絡和系統資源的充分共享。通過在國際規范層面與4G(SCEF)和5G(NEF)能力開放機制深度融合，實現了對4G/5G的全面支持。
3.2支撐智能開放電信業務體系的核心機制
上述電信業務體系在實際部署應用時還需要滿足資源高效利用、能力按需提供、開放安全可控等重大需求，這要求電信業務體系不但要“開放”，還要“智能”，為此IOTSA采用了支撐電信業務體系的多項智能的核心機制，包括網絡資源智能調度、動態服務編排組合、異常行為智能監控。
(1)網絡資源的智能調度機制
通過大規模解耦，能力網元層具備了大量能力網元資源，必須采用網絡資源智能調度機制，將任務合理地分配給相關的能力網元，實現資源的優化利用。
能力調用具有突發性和實時性的特點，在某些場景下業務量極大，例如在“雙十一”等特殊時間點大量商家將集中調用能力向海量用戶同時發起短信/語音驗證碼和通知、一鍵登錄等實時通信請求，這將對網絡形成巨大沖擊。與此同時，各個能力網元需要支撐現網業務，其系統性能、服務質量將根據現網業務負荷、能力調用任務量、其他能力網元的狀態，以及任務發起的時間、地點、用戶的分布和狀態等多種因素呈現復雜的非線性變化。必須在保證能力調用服務質量的前提下充分利用現有的能力網元資源，實現優化的能力調用任務調度，達到盡量高的吞吐量。傳統的任務調度策略采用簡單算法和固定規則，對環境進行簡單建模決策，忽略了歷史經驗和不同類型能力的服務質量需求，導致效率低下，完全無法實現上述目標。
為此，IOTSA通過能力網元接入平臺持續收集各能力網元的實時負載和可用資源等數據，同時能力網元接入平臺記錄每次能力調用請求的返回時延、成功率等數據。基于這些實時和歷史數據，結合各能力網元的地理位置、網絡拓撲、系統容量等數據，提出一種智能的能力網元供給機制[9]，根據實時網絡環境的復雜性和流量變化進行決策，采用一種基于克羅內克因式分解的可置信區域策略優化算法進行能力調用任務的智能動態調度，在各能力網元間合理分配任務，如圖4所示。通過對流量數據的mGBDT識別感知到的動態業務需求，結合實時獲取的網絡狀態信息，作為依據進行網絡資源調度與引導，在滿足業務需求的前提下盡可能降低資源的消耗與傳輸的時延。采用深度增強學習(deepreinforcementlearning，DRL)模型選路，選擇合理的狀態與動作空間，學習網絡功能服務鏈供給與重組的最優策略。將量化的動態業務需求與網絡資源狀態信息共同組成狀態空間，將虛擬網絡功能部署與供給方案作為動作空間，以網絡中流量的調度與引導效果作為獎勵信息，訓練出合理的服務鏈供給重組策略，實現對網絡資源的最優利用和對網絡流量的最優引導，提升用戶的服務質量。在圖4的案例中，一次包含100萬次語音驗證的能力API調用任務通過本機制被按比例分配給多個能力網元來執行，以實現網絡資源的優化利用。現網應用顯示，該方案通過實時的業務資源供給可有效改進能力開放中的服務質量。基于新算法的深度增強模型對比傳統規則匹配調度模型，可降低30%的網絡擁塞并實現更高的吞吐量。
(2)過系統解耦開放出豐富的超細粒度能力，對其進行抽象封裝，提出了網絡原子能力的概念，建立了覆蓋音視頻、消息、管道、數據等各領域的原子能力API體系。在此基礎上設計實現了跨域的復合能力封裝和動態編排組合技術[10]，根據不同用戶不同場景的差異化需求編排組合原子能力API，形成具有可執行邏輯的復合能力API，可以在執行時根據實時網絡情況自適應地動態調用原子能力API，從而實現能力的快速靈活開放，滿足多樣化的業務需求。
一個典型的動態服務編排組合案例如圖5所示。來電提示、個人名片、緊急通知等應用場景都需要在手機上投遞彈屏消息，這種彈屏消息與普通短消息相比，具有即時送達、彈屏即顯等顯著優點。針對這個特定場景需求設計了復合能力API“投遞彈屏消息”，該復合能力API通過編排組合形成可執行邏輯，可根據用戶實時網絡情況選擇最適宜的消息投遞方式：首先調用原子能力API“域選查詢”來查詢用戶當前駐留的網絡類型，如果用戶當前駐留在非VoLTE網絡上，則選擇使用時效性最好的USSD消息，因此調用原子能力API“投遞USSD消息”;如果用戶當前駐留在VoLTE網絡上，則由于VoLTE網絡不支持USSD消息投遞，應調用原子能力API“投遞閃信消息”。——論文作者：廖建新1，張昊2，徐童1，尼凌飛2，王敬宇1，吳問付3
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