5G網絡切片在智能車路協同系統中的運用研究

作者簡介：夏麗麗（1984—），講師，研究方向：物流管理。

摘要：5G網絡技術作為物聯網時代的基礎設施，具有速率高、時延低、容量大等優勢，在物聯網時代具有眾多應用場景，發揮著至關重要的作用，而網絡切片技術的出現滿足了不同應用場景對于5G網絡個性化、柔性化的部署需求。文章對5G網絡切片技術進行了介紹，研究了智能車路協同系統的框架，分析了5G網絡切片在智能車路協同系統中的實際應用，并針對5G網絡切片的安全發展提出了一些建議，以期為研究和推廣智能車路協同系統應用提供借鑒。

關鍵詞：5G網絡切片;智能車路協同系統;運用

中國分類號：U491.2+5A481773

0 引言

在“創新、協調、綠色、開放、共享”的新發展理念下，智能網聯汽車成為交通出行以及節能環保的重要解決方案。上海、長沙、無錫等6個城市已經成為智能網聯汽車與智慧城市基礎設施協同發展的首批試點城市，部分城市已經完成智能網聯開放道路、智慧高速公路、5G基站等設施的建設，智能網聯車也成為智能交通系統的要點與重點環節。伴隨著單車智能系統發展過程中遇到的感知能力提升的瓶頸，業內把智能駕駛的方向指向了“單車智能+V2X”。V2X更加強調車與路的協同調配，智能車路協同成為通往未來城市智慧交通和自動駕駛的路徑[1]。通過將5G網絡切片應用在智能車路協同系統當中，能夠為不同業務場景的車聯網業務提供高端的具有靈活可靠性的定制化服務，極大提升了用戶體驗以及交通運行效率。基于此，本文將對5G網絡切片在智能車路協同系統中的運用進行研究。

1 5G網絡切片的含義分析

通過對5G白皮書進行細致、認真的分析和研究之后，發現在5G網絡支持的不同的運用場景中，不同的用戶對于網絡的功能和服務有不同的要求，絕大部分用戶都希望能夠為自己提供個性化、定制化的特色服務[2]。站在功能的角度來看待這一問題，最科學、合理的方法就是制定出一系列專門網絡，每種類型的用戶都可以在其中找到與其需求相契合、相對應的網絡，這些專用的網絡具有能夠匹配每個用戶并為其定制個性化需求的相關功能和相關網絡操作服務。

伴隨著云計算等新型技術的出現，一個不同邏輯網絡的思想隨之出現，這種邏輯網絡就被專業人士稱之為網絡切片。5G網絡切片在網絡服務模式當中具有新穎性，每個切片都嚴格根據業務場景需求和話務模型進行網絡功能的定制、剪裁以及管理。

通過對于網絡切片的建設理念進行仔細的分析和研究發現，網絡切片能夠與運營商靈活的定制服務要求相符合、相一致，主要內容包括：（1）不同的用戶對于網絡服務的質量自然會提出各種各樣的要求，而5G網絡切片能夠將各種各樣的要求全部滿足;（2）與不同種類業務場景對于網絡功能的要求相符合，這種切片又被專業工作人員稱之為功能定制切片;（3）滿足于虛擬網絡運營者所提出來的需要，將網絡資源科學、合理地進行分配與調整，將其分為不同資源子集的切片，這種專業的級別又被相關工作人員稱之為虛擬運營切片。

2 智能車路協同系統架構成研究

智能車路協同系統的框架主要是將智能道路基礎設施作為依托和基礎，運用了智能交通和自動駕駛等決策與控制的能力，實現了智能網聯車的全部感知，進一步推動交通系統朝著更加智能的方向發展。智能車路協同系統主要是運用了現階段最先進的互聯網技術與無線通信技術作為主要的技術手段，實現了人、車、路的動態信息交互共享以及智慧化的協同配合，提高了交通安全率以及交通通信效率，真正緩解了交通擁擠、交通堵塞等問題，減少了尾氣排放給環境帶來的污染問題。智能車路協同系統主要由三部分構成[3]，分別是智慧路側系統、智慧車載系統、智慧云平臺。

車路協同中的智慧路側系統將邊緣計算機平臺作為基礎，打造完成具有差異性空間的智能協同感知，基于網絡通信、傳感識別等技術構建多種類型的路側設備，如智能道路攝像頭、智能信號燈、路面檢測傳感器等，實現采集高精度的車流量、通行速度、道路路面情況、環境溫濕度等信息的功能，并通過路側通信系統將匯集的信息上傳至智慧云平臺，實現路側系統與交通控制中心、路側設備之間以及路側系統與車輛、人之間的全面鏈接。

智慧車載系統借助于車輛上安裝的定位裝置、各種參數傳感器、攝像頭等，可以實時檢測并采集車輛運行數據，感知周圍環境，同時借助于5G網絡搭建的道路、車輛、云技術三者高水平、高效率智慧云平臺，實現車內通信、車車通信、車路通信，實現車輛在行駛過程中的各種信息交互。同時，智慧云平臺能夠進行大數據的分析基礎控制等[4]，還能夠對車輛運行、交通、環境、基礎設施進行全面的計算，真正實現人工智能運維仿真，最終完成全域協同決策。

3 5G網絡切片在智能車路協同系統中的運用場景

車路協同的應用場景目前主要圍繞車聯網的應用，并朝著自動駕駛場景發展。5G網絡切片技術能夠為智能車路協同系統中的不同應用場景提供獨立、隔離、集成的網絡環境，切片的容量、效率、連接密度等都可以結合運營需求進行選擇和定制，能夠真正地實現不同網元間的端到端應用，科學、合理地運用切片服務，真正地滿足不同的應用要求。

3.1 信息服務類應用場景

將5G網絡切片應用在車路協同系統當中，把提高用戶的體驗作為基礎，將車輛駕駛作為最終的目標，主要的工作就是提供優質的信息服務。在信息服務類應用場景中，一個用戶設備通過5G接入網能夠同時連接到一個或者多個網絡切片，當用戶終端發出注冊請求時，一般需要通過接入網對服務于用戶設備的接入管理功能進行初始選擇，通過切片服務選擇來定制用戶提出來的各種需求服務，讓用戶感受到最優質的業務體驗。這類應用一方面體現于車內信息服務，比如出行前、出行中的各種道路交通狀況、途中異常交通時間的詳細信息、推薦替換路線、附近加油站、維修站等后市場服務信息以及定制的娛樂服務等;另一方面體現在車與X（車、路、人、交通設施設備等）之間的信息交互共享。車路協同作為未來智慧運輸管理系統的核心部分，通過5G網絡切片提供的低時延、高容量、高可靠性的個性化定制化服務進行信息的交互和共享來實現車輛、道路和使用者之間的聯系，從而構建一種用戶體驗更加優質、更加高效、更加低碳環保新形態的綜合運輸系統。

3.2 安全控制類應用場景

智能車路協同5G切片資源配置能夠嚴格地按照不同的應用業務數據，對駕駛人員進行紅綠燈的預警，還能夠協同專業設施監控等功能。對前方交通事故、堵車等情況進行提前預警，預防車車碰撞、交通堵塞等情況，并對交通系統運行情況進行實時檢測以及科學的預測，制定健全、完善的資源數據并下發給相關的切片管理系統，提供駕駛路況監督與檢測及優質的地圖服務，保障交通安全。

5G網絡切片還能夠讓車路協同變得更加安全，降低黑客入侵、系統干擾、詐騙等風險發生的可能與概率。經過車聯網不同的安全保護策略和安全解決方式，形成安全基線等級驗證方法，無論是對于服務方還是網絡使用方的實體身份都要進行嚴格的審查，運用虛擬化技術真正地實現安全資源多網絡共享機制。

4 5G網絡切片安全發展策略研究

5G網絡切片安全問題主要來源于網絡切片本身的安全威脅以及虛擬化網絡帶來的安全風險。（1）5G網絡切片技術為用戶提供靈活的定制網絡服務，但用戶存在訪問多個網絡切片或者以未授權的方式操作切片等情況，這些情況都會帶來信息泄漏、非正常通信等不安全問題;（2）網絡虛擬化在為5G網絡切片提供了技術支持的同時，也帶來了諸如虛擬網元功能不同生命周期階段的不同安全風險，網絡功能虛擬化基礎設施解決方案中諸如虛擬機安全風險，硬件資源遭受病毒或者盜竊等風險，基礎網絡的安全漏洞等風險以及管理與編排（MANO）自身漏洞、病毒蠕蟲攻擊等風險。為了讓5G網絡切片更好地運用于智能車路協同系統，為車路協同系統的穩定、高效運行提供穩定的通信技術支持，主要應該從以下幾個方面做好5G網絡切片的安全工作。

4.1 加強5G網絡切片安全標準的制定

5G網絡切片安全標準的制定與完善能夠為5G網絡切片安全技術的研發打下基礎。國際標準方面，有3GPP、歐洲電信標準化協會（ETSI）、國際電信聯盟電信標準分局（ITU-T）、國際互聯網工程任務組（IETF）等多個標準組織對網絡切片的隔離、特殊切片認證、切片管理、切片服務的安全功能以及安全隱私、MANO組件和接口安全等相關方面進行標準化的工作[5]。國內標準方面，5G安全標準主要由中國通信標準化協會進行網絡切片安全項目的研究。不管國際或者國內標準，對于5G網絡切片的安全標準制定方面還缺少一套具有權威性的標準體系，因此應該多方合作努力，促進這方面的工作，為5G網絡切片技術的應用與發展奠定堅實的基礎。

4.2 強化5G網絡切片安全建設工作

作為5G網絡的關鍵技術，網絡切片主要采用網絡功能虛擬化（NFV）和軟件定義網絡（SDN）等技術對網絡進行靈活的劃分，以滿足車路協同系統中不同應用場景的需求，而這兩項技術也面臨著諸多安全風險。因此，除了促進5G網路切片標準制定工作外，還應該加大5G網絡切片安全建設方面的資金投入力度和相關政策支持。在進行5G網絡規劃與部署的過程當中，對于5G切片安全技術要進行細致的分析與思考，完善SDN控制平面、用戶平面以及外部接口等方面的安全技術，做好NFV在基礎設施安全以及虛擬化網元安全等方面的技術突破工作，建立起相關的動態感知、預警等技術方法[6]，將5G網絡切片安全水平再次提高到一個新的層次。

4.3 推廣5G網絡切片安全試點成果

目前，對于5G網絡切片在不同場景中的應用，運營商都在積極開展不同場景的試點工作。例如：長沙車路協同試點中5G切片的安全工作以及應用已經成為5G在行業應用中的典范。而目前5G切片安全技術還沒有大范圍推廣，還沒有形成產業效應，因此應該以點帶面，做好5G切片在不同行業不同應用場景中的安全試點工作的同時，應該研究并推廣5G網絡切片技術在交通運輸行業運用的業務模式以及個性化、區別化的應用場景，促進技術產業向著成熟化的方向所發展，為構建基于內生安全理念的5G安全防線奠定堅實的基礎，也為車路協同系統的研究與推廣應用提供有力保障。

5 結語

現階段車聯網行業加強了對于5G垂直行業應用前景的重視和關注，車路協同發展過程會慢慢地向著個性化、定制化方向發展和轉變，面對具有復雜性的智能車路協同的要求，在生態環境方面要不斷地進行革新，通過產業界共同進行溝通與交流，通過5G網絡切片功能的不斷更新，提出更加健全與完善的解決方法，抓住車聯網產業鏈發展新機遇。

參考文獻：

[1]張 蕾，朱雪田，李金艷.5G網絡切片在智能車路協同系統中的應用研究[J].電子技術應用，2020，46（1）：12-16.

[2]李 挺，趙 俠，陳其銘，等.5G網絡切片在電力行業的應用[J].電信工程技術與標準化，2020，33（1）：15-18.

[3]夏 旭，袁 欣，梁 云，等.5G網絡切片技術在智能電網的應用研究[J].電子技術應用，2020，46（1）：17-21.

[4]楊德龍，萬 俐，李晦齡，等.基于網絡切片的能源互聯網系統架構[J].電力信息與通信技術，2020，18（1）：33-38.

[5]楊紅梅，謝 君.5G網絡切片應用及安全研究[J].信息通信技術與政策，2020（2）：25-29.

[6]劉建偉，韓祎然，劉 斌，等.5G網絡切片安全模型研究[J].信息網絡安全，2020，20（4）：1-11.

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