发布时间：2021-07-16所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：针对复杂异构网络提出了基于业务系统全面解耦的智能开放的电信业务体系(IOTSA)，以及网络资源智能调度、动态服务编排组合、异常行为智能监控等核心机制。通过建立三级接口、四层能力开放架构，实现多粒度的能力开放与全面的资源共享，满足了多场景的需
摘要：针对复杂异构网络提出了基于业务系统全面解耦的智能开放的电信业务体系(IOTSA)，以及网络资源智能调度、动态服务编排组合、异常行为智能监控等核心机制。通过建立三级接口、四层能力开放架构，实现多粒度的能力开放与全面的资源共享，满足了多场景的需求。提出了业务系统低风险低成本快速解耦、多业务动态协调等关键技术。相关成果形成了系列国际标准，并在现网大规模应用。通过提供大量超细粒度能力、396个原子能力以及灵活的复合能力，有力支撑了运营商及第三方业务应用的发展。
关键词：业务体系;智能开放;解耦共享
1引言
电信网的价值通过自有业务和第三方应用来实现。建立开放共享的电信业务体系，支持运营商自有业务及第三方应用的快速提供，这已成为全球电信行业多年来的努力方向。然而传统电信业务体系由独立封闭的竖井型业务孤岛构成，由于没有解耦，因此无论通过综合业务网关还是能力开放平台，都只能开放有限的粗粒度能力，难以满足多场景应用对能力的需求，同时运营商自有新业务也无法共享系统资源，这严重制约了运营商自有业务和第三方应用的创新和发展。随着5G时代的来临，能否建立智能开放的新一代电信业务体系已成为决定运营商发展转型成败的关键，必须解决2G~5G复杂异构网络中构建开放电信业务体系的多项关键技术难题，包括能力智能提供、开放安全可控、资源高效共享、多业务冲突避免等，在确保现网业务稳定运行的前提下实现网络及业务系统能力的全面智能开放和资源的充分共享，创建多方共赢的数字生态。
2电信业务体系的演进
多年来，电信业务体系的演进总体上遵循解耦和开放的原则。所谓解耦是指将功能繁多、紧密耦合的复杂网元系统拆分为若干功能单一的简单网元，各网元之间采用标准化的协议通信，从而使电信业务体系从垂直封闭的一体化平台向水平分层的业务网络发展;所谓开放是指采用能力开放网关、开放协议/API等将电信网络的资源和能力对外共享和开放，使其能够被运营商内外部的业务应用所使用。
推动电信业务体系不断解耦和开放动力有3个方面：一是核心网所追求的高效、稳定、少改动与业务应用所追求的反应灵活、开发简单、提供快速之间的内在矛盾;二是运营商希望通过网元解耦引入更多厂商，从而从大厂手中夺回产业主导权，降低电信业务体系的建设运维成本;三是运营商希望通过能力开放和资源共享促进自身新业务和第三方应用的快速提供，降低成本，增加收入。
电信业务体系的解耦历程如图1所示。早期的电信业务体系是由交换机组成的封闭网络，交换机负责话路交换/媒体承载、呼叫控制和业务提供，是一个紧密耦合的复杂系统，难以支持快速系统扩容和新业务提供。智能网(intelligentnetwork，IN)实现了业务提供与呼叫控制的分离，极大提升了新业务的开发部署速度，降低了成本。软交换(softswitch)以及IP多媒体子系统(IPmultimediasubsystem，IMS)基于分组交换技术，实现了呼叫控制与媒体承载的分离，支持高效、低成本的系统扩容与业务提供。近年来，智能网等电信业务系统继续进行解耦，实现业务逻辑与业务能力的分离，从而进一步降低业务开发的难度，缩短业务提供周期。
在电信业务体系的开放技术方面，OSA/ParlayAPI和ParlayX[1]是最重要的技术，其架构如图2所示。1998年成立的ParlayGroup制订了旨在实现电信网络能力开放的ParlayAPI，后被3GPP接受，形成OSA(openserviceaccess，开放业务接入)/ParlayAPI体系。该体系中，SCS(servicecapabilityserver，业务能力服务器)通过通信协议与各种电信网元交互，将呼叫控制、消息等网络能力抽象为OSA/ParlayAPI，供内外部业务应用使用;OSA/ParlayFramework一方面与SCS连接，提供业务注册，另一方面为内外部应用提供鉴权认证、业务发现和订购、安全管理等框架API。OSA/ParlayAPI提出了一种跨越异构网络的通用的能力开放接口，但其基于CORBA实现，运行效率低下，技术复杂，需要开发者对电信网络有相当深入的了解，这严重限制了其推广应用。
针对这一问题，ParlayGroup和3GPP推出了ParlayXWebservices，在Parlay架构上叠加ParlayX网关，针对特定业务场景的需求对OSA/ParlayAPI进行组合封装，形成更加简单易用的ParlayX业务组件。不过，ParlayX能力少、功能简单、不灵活，而且Webservices对互联网开发者来说仍然不够简单。
2008年后，OSA/ParlayAPI和ParlayX的标准化工作转由OMA负责。OMA将其纳入OSE(OMAserviceenvironment，OMA业务环境)架构[2]中，与OMA提出的各种业务引擎融合。与此同时，RESTful风格的协议因具有无状态、轻量级等优点，逐渐成为能力开放API的首选技术。为此，OMA针对ParlayX发布了ParlayREST规范，而GSMA和OMA也推出了RESTful风格的OneAPI[3]，用于替代ParlayXWebservices。不过，上述各种RESTfulAPI都存在能力少、功能简单的问题。
移动通信核心网的演进也遵循解耦和开放的思想。3GPP在4G阶段早期引入了AAC(applicationaccesscontrol，应用接入控制)网元，它基于PCC(policyandchargingcontrol，策略和计费控制)机制实现了QoS能力的开放。3GPP在R13阶段引入了SCEF(servicecapabilityexposurefunction，业务能力开放功能)[4]，可通过OMA、GSMA等定义的API开放4G网络能力。3GPP在R15阶段确定了5G网络架构，各核心网网元通过提供服务化接口进行功能解耦，实现了控制面与用户面分离，控制面与数据面分离，采用基于NFV、SDN的软件化技术实现了网元的虚拟化和软硬件解耦。5G中还定义了NEF(networkexposurefunction，网络开放功能)[5]，通过API对内外部的AF(applicationfunction，应用功能)提供用户设备监控、策略控制和计费等5G能力。此外，为了进一步规范能力开放架构，3GPP还提出了CAPIF(commonAPIframework，通用API框架)[6]，定义了对AF的认证、授权、业务发现机制以及对业务API的发布、访问控制、计费、监控管理等机制。
综上可知，OSA/ParlayAPI和ParlayXWebservices针对复杂异构网络的能力开放做了不少尝试，3GPP也在4G、5G阶段高度重视能力开放，引入了专用的能力开放网元AAC、SCEF和NEF，但由于这些技术没有对业务系统进行全面解耦，因此无法提供超细粒度的原子能力和面向各种场景的复合能力，无法建立资源共享、智能开放的新一代的电信业务体系。
相关期刊推荐：《电信科学》创刊于1956年，以报道通信科技的最新成果和动态，介绍新的通信理论和技术知识，交流科研、设计、施工、生产和维护方面的实用技术和先进经验，推动中国通信技术的发展为办刊宗旨。
除了上述标准化组织的工作以外，国内外各运营商也在积极探索建立新一代的电信业务体系，例如法国电信通过建立统一的能力开放平台来汇聚网络能力，向内部和外部的业务应用提供100多个API;而国内运营商如中国电信、中国联通也在建立统一的能力开放平台，开放呼叫、消息等能力[7-8]。不过，总体上这些运营商没有实现业务系统的全面解耦，只开放一些业务基地的有限的粗粒度能力，无法实现复杂异构网络能力的全面开放和海量业务系统资源的充分共享，难以满足多场景应用对能力的需求。
3智能开放的电信业务体系及核心机制
3.1智能开放的电信业务体系
面对复杂异构网络上运营商自有业务及第三方应用的不同需求，在充分借鉴了各种解耦与开放技术的基础上，本文提出了一种基于业务系统全面解耦的智能开放的电信业务体系——IOTSA(intelligentandopentelecomservicearchitecture)，如图3所示。
该业务体系支持对复杂异构网络的能力收敛、抽象、封装、编排组合和统一开放，提供包括轻量级网络协议、原子能力API、复合能力API的三级接口，其中轻量级网络协议提供超细粒度的能力，是功能最强的开放接口;而原子能力API将轻量级网络协议封装成细粒度的能力，屏蔽了协议的复杂性，是稳定、简明的开放接口;复合能力API则在原子能力API基础上根据具体的应用场景需求封装编排而成，具有动态灵活、简单易用的特点。上述三级能力开放接口的功能、性能和复杂度都不同，可满足运营商自有业务和第三方应用的不同层次需求。该业务体系分为如下4层。
(1)能力网元层
包括电信网的各种能力网元，覆盖音视频、消息、管道和数据等多种能力。在保证现网稳定、业务不受影响的前提下，对作为关键能力网元的业务系统进行大规模解耦，将完整、丰富、超细粒度的能力采用基于RESTful的轻量级网络协议从原本封闭的业务系统中挖掘并开放出来，为全面的能力开放和系统资源共享奠定基础。轻量级网络协议功能最强、性能最高，但业务开发难度也相对较大，适合运营商在提供重量级的自有业务时使用。
(2)能力接入层
能力网元接入平台一方面通过轻量级网络协议连接各个能力网元，屏蔽其具体部署和实现细节，将其提供的超细粒度能力封装为丰富的原子能力API，提供给能力开放平台及自有业务平台使用;另一方面接受能力开放平台的能力调用任务，采用智能调度机制将任务分配给各个能力网元，实现优化的资源利用。原子能力API功能强、性能高，开发难度不大，适合运营商在快速提供轻量级的自有业务时使用。
(3)能力开放层
能力开放平台作为全网统一的能力开放门户，连接多个能力网元接入平台，根据多样化的场景需求对原子能力进行封装和动态编排组合，形成灵活的复合能力API，统一对外开放，同时与内外部业务应用对接，实现鉴权、计费、安全管理等功能，保证能力被安全可控地调用。复合能力API聚焦于特定的场景提供灵活的功能，开发难度很低，适合广大第三方开发者开发面向多样化场景的应用，同时也适合运营商自有业务的快速演示和功能验证。
(4)应用层
包括第三方应用平台以及运营商自有业务平台，前者通过复合能力API调用能力开放平台提供的能力，后者可根据具体需求接入能力开放平台、能力网元接入平台或能力网元，直接(侧重高效运行需求)或间接(侧重快速开发上线需求)使用不同粒度的能力。
该业务体系兼顾了业务应用多元多变、求新求快的需求与核心网络稳定运行、少做改造的需求，开放了粒度可控的丰富能力，实现了网络和系统资源的充分共享。通过在国际规范层面与4G(SCEF)和5G(NEF)能力开放机制深度融合，实现了对4G/5G的全面支持。
3.2支撑智能开放电信业务体系的核心机制
上述电信业务体系在实际部署应用时还需要满足资源高效利用、能力按需提供、开放安全可控等重大需求，这要求电信业务体系不但要“开放”，还要“智能”，为此IOTSA采用了支撑电信业务体系的多项智能的核心机制，包括网络资源智能调度、动态服务编排组合、异常行为智能监控。
(1)网络资源的智能调度机制
通过大规模解耦，能力网元层具备了大量能力网元资源，必须采用网络资源智能调度机制，将任务合理地分配给相关的能力网元，实现资源的优化利用。
能力调用具有突发性和实时性的特点，在某些场景下业务量极大，例如在“双十一”等特殊时间点大量商家将集中调用能力向海量用户同时发起短信/语音验证码和通知、一键登录等实时通信请求，这将对网络形成巨大冲击。与此同时，各个能力网元需要支撑现网业务，其系统性能、服务质量将根据现网业务负荷、能力调用任务量、其他能力网元的状态，以及任务发起的时间、地点、用户的分布和状态等多种因素呈现复杂的非线性变化。必须在保证能力调用服务质量的前提下充分利用现有的能力网元资源，实现优化的能力调用任务调度，达到尽量高的吞吐量。传统的任务调度策略采用简单算法和固定规则，对环境进行简单建模决策，忽略了历史经验和不同类型能力的服务质量需求，导致效率低下，完全无法实现上述目标。
为此，IOTSA通过能力网元接入平台持续收集各能力网元的实时负载和可用资源等数据，同时能力网元接入平台记录每次能力调用请求的返回时延、成功率等数据。基于这些实时和历史数据，结合各能力网元的地理位置、网络拓扑、系统容量等数据，提出一种智能的能力网元供给机制[9]，根据实时网络环境的复杂性和流量变化进行决策，采用一种基于克罗内克因式分解的可置信区域策略优化算法进行能力调用任务的智能动态调度，在各能力网元间合理分配任务，如图4所示。通过对流量数据的mGBDT识别感知到的动态业务需求，结合实时获取的网络状态信息，作为依据进行网络资源调度与引导，在满足业务需求的前提下尽可能降低资源的消耗与传输的时延。采用深度增强学习(deepreinforcementlearning，DRL)模型选路，选择合理的状态与动作空间，学习网络功能服务链供给与重组的最优策略。将量化的动态业务需求与网络资源状态信息共同组成状态空间，将虚拟网络功能部署与供给方案作为动作空间，以网络中流量的调度与引导效果作为奖励信息，训练出合理的服务链供给重组策略，实现对网络资源的最优利用和对网络流量的最优引导，提升用户的服务质量。在图4的案例中，一次包含100万次语音验证的能力API调用任务通过本机制被按比例分配给多个能力网元来执行，以实现网络资源的优化利用。现网应用显示，该方案通过实时的业务资源供给可有效改进能力开放中的服务质量。基于新算法的深度增强模型对比传统规则匹配调度模型，可降低30%的网络拥塞并实现更高的吞吐量。
(2)过系统解耦开放出丰富的超细粒度能力，对其进行抽象封装，提出了网络原子能力的概念，建立了覆盖音视频、消息、管道、数据等各领域的原子能力API体系。在此基础上设计实现了跨域的复合能力封装和动态编排组合技术[10]，根据不同用户不同场景的差异化需求编排组合原子能力API，形成具有可执行逻辑的复合能力API，可以在执行时根据实时网络情况自适应地动态调用原子能力API，从而实现能力的快速灵活开放，满足多样化的业务需求。
一个典型的动态服务编排组合案例如图5所示。来电提示、个人名片、紧急通知等应用场景都需要在手机上投递弹屏消息，这种弹屏消息与普通短消息相比，具有即时送达、弹屏即显等显著优点。针对这个特定场景需求设计了复合能力API“投递弹屏消息”，该复合能力API通过编排组合形成可执行逻辑，可根据用户实时网络情况选择最适宜的消息投递方式：首先调用原子能力API“域选查询”来查询用户当前驻留的网络类型，如果用户当前驻留在非VoLTE网络上，则选择使用时效性最好的USSD消息，因此调用原子能力API“投递USSD消息”;如果用户当前驻留在VoLTE网络上，则由于VoLTE网络不支持USSD消息投递，应调用原子能力API“投递闪信消息”。——论文作者：廖建新1，张昊2，徐童1，尼凌飞2，王敬宇1，吴问付3
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