李艷芬，王秋紅，袁雪琪

(中國電信股份有限公司研究院，北京 102209)

0 引言

由于交通環(huán)境的復雜性，單車智能無人駕駛存在各類傳感器的可靠性，以及對突發(fā)事件響應能力不足的問題，導致無人駕駛需求難以滿足[1]。因此，車路協同成為通往自動駕駛和未來城市智慧交通的必由之路。車路協同系統(tǒng)包括聰明的車、智慧的路、強大的網和智慧的云4 個關鍵因素。其中，C-V2X 與5G 融合網絡構建車路協同強大的網，是車-路-網-云各個要素有效融合和優(yōu)勢互補的橋梁[2]。5G 網絡切片是5G 網絡關鍵技術之一，也是為行業(yè)用戶提供定制化網絡的主要方法[2]。面向智能車路協同的車聯網業(yè)務場景非常豐富，其對網絡性能要求各異[3]，通過5G 網絡切片可提供特定網絡能力，可以為不同業(yè)務場景的車聯網業(yè)務提供端到端的大帶寬、低時延、高可靠的靈活定制化服務，實現業(yè)務的快速上線和更極致的用戶體驗[4]。

為了實現5G 網絡切片對車聯網應用的定制化服務[5]，本文研究從以下幾個切入點展開。

(1)車路協同業(yè)務需求分析

不同車路協同業(yè)務對網絡需求不同，通過將車路協同業(yè)務進行分類，研究不同業(yè)務對網絡帶寬、時延等特殊化需求。

(2)車路協同端到端網絡切片技術方案

網絡切片是貫穿無線網、承載網、核心網端到端網絡。本文將通過各個網絡切片技術研究，實現對車聯網業(yè)務端到端的服務保障。

1 車路協同業(yè)務需求分析

圍繞當前行業(yè)中車路協同應用場景，以及各場景對網絡指標的需求，可將車路協同業(yè)務場景分為遠程遙控類、信息服務類、效率類、安全類4 類[6]。

1.1 遠程遙控類場景特性及通信需求

典型的遠程遙控類場景包括遠程遙控自主泊車、礦山遙控作業(yè)、物流園遙控作業(yè)、港口遠程遙控作業(yè)等。該類業(yè)務對實時性、可靠性要求非常高，對數據傳輸延時與丟失有嚴格要求，要求通信信道具備較高的安全防護等級。

1.2 信息服務類場景特性及通信需求

典型信息服務類場景包括車載娛樂信息下載、場站路徑引導服務和高精地圖動態(tài)更新等。該類業(yè)務場景通常都屬于連續(xù)性有大帶寬需求的場景，需滿足高速移動性需求，部分場景對時延和計算要求較高。

1.3 效率類場景特性及通信需求

該類業(yè)務場景又可以細分為兩小類場景，一類為車輛編隊類場景，對時延要求比較低，可靠性高，消息發(fā)送頻率比較高，業(yè)務連續(xù)性需求較低；另一類場景為動態(tài)車道管理以及汽車近場支付等，該類場景則對時延和可靠性要求較低一些，對連接數要求要高一些。

1.4 安全類場景特性及通信需求

典型場景有協作式車輛匯入和協作式交叉路口通行等。該類業(yè)務場景通常通信范圍較小，可靠性高，業(yè)務連續(xù)性需求低，平臺需求普遍較低，除部分感知需求的場景外，其他場景計算和存儲能力需求都不高。

1.5 典型場景特性及通信需求

下面針對上述4 類場景中的典型場景進行通信性能需求[7]的介紹，如表1 所示。

表1 典型場景通信需求

2 車路協同端到端網絡切片技術研究

智能車路協同應用場景對應于3GPP 定義的4 種類型，即eMBB(enhanced Mobile Broadband)、URLLC(ultra-Reliable and Low Latency Communications)、mMTC(massive Machine Type Communications)和V2X(Vehicle to Everything)[8]。對于遠程遙控類場景、信息服務類場景、效率類場景、安全類場景業(yè)務，由于每個業(yè)務傳輸的數據包括控制指令、狀態(tài)量、圖片、視頻等，相應的對網絡的帶寬、時延、可靠性、移動性、覆蓋范圍和用戶數等都有不同的要求。

為了滿足這些需求，需要通過5G 網絡切片技術實現。5G 網絡切片是將5G 物理網絡切分為多個邏輯網絡以實現一網多用，從而構建多個專用、虛擬、隔離、按需定制的邏輯網絡，滿足不同業(yè)務對網絡能力的不同要求(如低時延、高帶寬、大連接等)。5G 網絡切片實現統(tǒng)一基礎設施網絡適應多業(yè)務需求，從而提供更好的用戶體驗。5G 網絡切片涉及無線網、承載網、核心網和終端端到端技術方案。

2.1 無線網切片技術方案

由于V2X 相關切片標準尚未制定完成，mMTC 暫時還沒有規(guī)模應用。車路協同業(yè)務目前考慮用uRLLC 和eMBB 切片來分別承載，根據不同的網絡性能需求，無線網子切片基于PRB 資源預留或切片級QoS 調度來做優(yōu)先保障。

(1)資源保障策略：采用PRB 資源保障策略，給特定切片組分配部分獨占資源，網絡擁塞時也能保障切片業(yè)務體驗。PRB 資源保障分為靜態(tài)和動態(tài)模式。靜態(tài)模式下，業(yè)務需求完全獨占PRB 資源；動態(tài)模式下，保障一定獨占PRB 預留資源，其他資源按調度策略。

(2)切片級的調度優(yōu)先級管理：在傳統(tǒng)QoS 優(yōu)先級調度基礎上，無線新增支持切片ID+5QI 的調度優(yōu)先級配置，實現不同切片下相同5QI 的差異化保障。如5QI 9對應的調度優(yōu)先級配置為13，為了實現切片1、2、3 的差異化保障，可以設置切片1 的調度優(yōu)先級為12，切片3的調度優(yōu)先級為14，此時無線資源調度順序為切片1＞切片2＞切片3。

(3)切片級接入控制：根據SLA 設置每切片允許接入的用戶數以及每切片的DRB 接入獨占門限，實現切片級的接納控制，保障每切片上已接入用戶的業(yè)務體驗。

基于每個切片業(yè)務特性區(qū)分，無線子切片可以參考表2 所示資源調度策略。

表2 車聯網切片無線資源策略

2.2 承載網切片技術方案

承載網可以分為硬切片和軟切片。硬切片采用FlexE(Flexible Ethernet)/MTN(Metro Transport Network) 接口隔離或MTN 交叉隔離兩種技術；軟切片通常指采用VPN(Virtual Private Network)+QoS 實現多個業(yè)務在一個屋里基礎網絡上的相互隔離。

對于安全性要求高的車聯網業(yè)務(如局域遠程遙控類切片等)，建議采用硬切片，其他對時延不敏感的業(yè)務建議采用軟切片。

對于安全隔離性要求不高業(yè)務，一般采用承載軟切片方案。

軟切片可以基于現有傳輸網，提供VPN 通道即可，連接非常靈活。承載網絡按照2B 和2C 設置兩類切片，采用VPN 軟切片方式，車聯網切片內部采用PQ 隊列調度，2C 業(yè)務采用WFQ 隊列調度，VLAN 內通過5QI 到DSCP 映射來保證各專線業(yè)務的優(yōu)先級。

2.3 核心網切片技術方案

5G 核心網基于網絡功能虛擬化NFV 技術，使其可以按需選擇不同隔離策略。根據實際業(yè)務需求和網絡情況選擇隔離方案，包括3 種方式：

(1)控制面網元和用戶面網元全共享方式；

(2)控制面網元共享、用戶面網元UPF 新建，滿足本地分流、低時延和高隔離的要求；

(3)控制面網元和用戶面網元均新建，這種方案對于建設成本、組網復雜度、管理運維都帶來壓力，多數情況下不推薦。

對于時延要求比較低的業(yè)務，車聯網應用服務器建議放在MEC。如果應用服務器放在云上或遠處的IDC，則UPF 到應用服務器之間是入云專線或STN 等有線專線。

2.4 終端切片技術方案

終端將協助網絡選擇無線網、承載網以及核心網絡的切片方案，從而面向不同車路協同業(yè)務實現在5G 網絡內端到端切片服務的目標。

5G 終端切片基本方案包括基于APPID、IP 三元組、DNN 等多種業(yè)務顆粒度的切片基本服務能力。

5G 終端涉及消費者終端(智能手機)和行業(yè)終端(行業(yè)CPE 等)，對于切片的支持，在使用場景、業(yè)務標識獲取、實現方案上存在一定差異。

受限于終端自身操作系統(tǒng)、芯片等因素，5G 終端切片能力成為5G 網絡切片技術在車路協同業(yè)務商用的主要瓶頸。目前5G 終端對多業(yè)務場景多切片的支持較弱，商用消費者終端尚未支持單終端多切片。

3 結論

5G 網絡切片是5G 網絡設計中引入的原生技術，是為垂直行業(yè)而生的5G 新能力，車路協同產業(yè)已經成為垂直行業(yè)中研究人員重點關注的熱點之一。本文將車路協同業(yè)務分為4 個大類，基于不同場景業(yè)務給出網絡需求，并論述了無線網、承載網、核心網、終端切片技術方案，為實際的示范落地和產品落地提供了技術支撐。