如何将5G网络引入到机器学习中去

移动网络正变得越来越复杂，在过去的十年里，互联网设备数量高达数十亿，已经超过了地球上的人口数量，这些设备的出现和它们产生的大量数据对我们的日常生活有着重要的影响，而移动数据流量的暴涨给网络带来严峻的挑战。因此，5G网络应运而生，5G网络有望实现超高速数据传输，连接的设备数量将是现有手机数量的10～100倍，超低延迟（约1ms）将是LTE网络延迟时间的五分之一，5G网络和服务将在数据流量、存储和处理方面呈指数级增长。

5G为智能城市、智能电网、智能交通、智能制造等多种应用领域的大规模分布式应用和移动服务开发了全新的平台，从而利用“智能”对象生成的海量数据更好地服务用户。而增加网络管理自动化、降低成本压力是提高未来5G网络活力的关键因素。此外，动态和复杂的5G网络需要能够自动适应环境和上下文变化的自动化，这就需要使用机器学习来分析处理海量数据。

机器学习是网络自动化运维的最佳方案机器学习是一种自动建立分析模型的数据分析方法，是人工智能的一个分支，具有感知（例如异常检测）、挖掘（例如服务分类）、预测（例如预测用户或交通趋势）和推理（例如配置系统参数以适应）的能力，其能够在很短的时间内分析大量的数据，学会适应时变环境，对未来事件做出相当准确的预测，并提出前瞻性的解决方案。

机器学习被认为是网络运行和管理各种功能自动化的最佳解决方案，如资源管理、按需和自适应网络配置、服务创建和编排、故障检测、安全性、移动性管理、用户体验增强、策略动态调整等。

同时，机器学习系统可以从数据中学习、识别模式并以最少的人为干预做出决策，其核心是确定从网络活动中识别的模式作为数据源，以确定网络作为系统和用户的行为。作为一个组件，在网络和用户设备之间进行信息交换时，会获得大量的数据。这个场景为用户提供了各种信息的来源，用户可以结合这些信息得出结论。值得一提的是，在分析的系统中，必须考虑多个变量，企业可以从执行用户注册、调用、移交、IP分配、数据流和其他过程的日志中测量和注册这些变量。由于在每一次分析中处理的多个变量存在很多相关性，如果不使用计算辅助工具，是无法完成的。

从数据库学习的过程是机器学习新的挑战，因为在这个过程中，企业寻找什么关系是未知的，只能沿着时间线的分析揭示系统的变化，并根据每个变量的值给出网上开发的活动图像。在这种情况下，企业往往需要机器学习算法的支持来检测和识别网络上要分析的模式。

现有的机器学习主要有4类学习方式：一是监督学习，其工作机制是利用已有标签的数据对模型算法进行训练和学习，使算法能够对新数据进行正确的预测，主要包括分类与回归问题；二是无监督学习，这类学习的数据中没有标签，而训练的目的是寻找数据中的内在关联或结构，学习的过程中并不知道结果是否正确，主要包括聚类和降维问题；三是半监督学习，半监督学习指将大量的无标签数据和少量有标签数据放到一起进行训练，以提高算法的学习性能，主要包括半监督分类、半监督回归、半监督聚类和半监督降维等；四是强化学习，强化学习是让算法通过不断试错，并调整策略以获得优策略，即在什么状态下选择什么行为可以获得最好的结果，AlphaGo就是强化学习的典型案例。

如何在5G中使用机器学习？5G是将采用新的频率来提供不同种类的服务，并基于服务所需的速度来选择路由的通信，以获得与所使用服务类型相兼容的最大性能的带宽，实现覆盖、传播和渗透。该业务将以4G分析获得的知识为基础，采用频率分配、载波聚合或Massive MIMO等不同技术相结合。为了设计新的模型，分段定义的模型是非常重要的，运营商可以基于服务区域和服务需求，测试得到预测函数。网络管理服务的需求类型一旦改变，运营商将引入新的频率和服务，以在映射区域中寻找增强的服务。

基于机器学习的新模型为运营商提供了引入两种新的学习算法类型的机会，例如强化学习，这将引入反馈，以纠正和学习优化所选变量的方法，并使用同调理论对算法进行多任务学习，系统学习过去基于相似条件获得的其他解，然后通过贝叶斯网络来预测网络的最可能行为。使用此工具的网络部署将允许使用测量系统的预测值，而获得的值将用于向系统提供反馈，为验证模型和增强基于机器学习的系统的学习能力提供了新的入口。

在学习系统中，定义工作的场景非常重要，首先定义系统的构成，通过变量行为预测函数来识别工作中的关联变量、标准变量或逻辑变量，并使用基于变量及其统计的蒙特卡罗模型、马尔可夫链或其他统计方法进行建模。该系统将提供“成长、重组、调整”3个学习阶段：从环境中学习；从纠正中学习，并从这一行动中获得新知识；根据从现实世界的经验感知中获得的值进行调整。

5G将需要大量不同频率和服务的节点，这种情况将造成一种复杂多变量的情况。机器学习为我们提供了在多变量场景中定义不同模式的工具，甚至显示了那些我们不知道的模式。这种测试调整和网络部署，需要在功率、天线高度之间寻找更好的平衡。从网络部署中获得的信息被存储在一个空间数据基础设施中，其可以通过技术参数显示每个服务的覆盖面和可用性。

一旦这个系统完成，运营商将有一个工具来评估场景的频率、功率和地理信息，为进一步的模拟和模型验证提供基础。关于这一设想，作为规划频谱使用和占用的工具的应用，正处于早期阶段，运营商需要收集和组织开发数据库所需的数据集。利用地域接口使机器学习有机会刻画从传播演算中获得的不同模式，并通过手持设备和软件应用程序提供的协作感知进行对比。

数据的可用性将扩大人工智能发展在所有与人工智能和机器学习技术相关的过程中，一个重要的问题是原始数据所有权。数据源之间的区别在于数据所有权，因为其思想是促进数据共享以支持算法开发。数据是这个新生态系统的燃料，必须确保数据的可用性，以在最短的时间内提供寻找新模式和结论的结果。数据的可用性将扩大人工智能的发展。系统日志是非常重要的一部分，可以从不同通信系统收集的变量的定义，每个注册变量与任何设备定位相结合，将为我们提供了解多个变量之间不同相关性的机会。因此，促进数据提供和信息共享的方式，是获取有效数据的重要途径。

当然，在5G网络中引入机器学习时，需要根据应用场景选择合适的算法，而且，具体应用场景下的机器学习算法还需要在实践中进行验证和演进。因此，真正实现5G网络的智能化，仍然存在很多障碍，例如如何寻求公认的合适的机器学习算法，如何促进行业间协作、用户数据收集及隐私保护，即数据所有权问题。因此，业界不仅要在机器学习算法研究方面实现突破，还需要促进相应的政策法规出台，以保护用户隐私信息和促进行业生态的健康发展。