國家智能網聯汽車（武漢）示范區5G專網應用實踐

丁巍，李柱，張輝

（車百智能網聯研究院（武漢）有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

在國家智能網聯汽車（武漢）示范區二期項目中，利用5G專網的混合專網模式[1]，路側所有桿件的數據均采用5G 空口方式回傳，同時車載端5G OBU設備同樣采用5G空口方式回傳，實現路端及車載終端全部真正的5G空口通信，充分利用5G網絡的大帶寬、低延遲、高速率和高可靠性的優勢，滿足示范區測試應用需求，同時大大降低路側施工難度與成本，解決有線大面積管道鋪設，成本高、工期慢等問題[2]。另外，后期5G專網可靈活選擇并兼容各個運營商網絡，有效降低后期管理運維難度和成本。

1 實踐方案

從圖1中可以看到路側感知設備主要有攝像機、毫米波雷達、雷達視頻一體機、氣象和路面傳感器等設備，其中前3種感知設備一般在路口共桿部署，氣象和路面傳感器獨立部署于特定的路段；路側通信設備包括5G RSU和5G CPE，一般同一個路口只選擇一個方向布設一套5G RSU，其他路口方向布設5G CPE；車端設備主要有5G OBU和智能后視鏡。

圖1 武漢示范區車聯網網絡拓撲圖

雷視一體機、攝像機、毫米波雷達和5G RSU/CPE均以有線以太網方式接入同一個接入交換機，5G RSU、5G CPE、5G OBU均以無線方式接入5G SA基站，5G SA基站通過就近的傳輸網絡接入位于數據中心的邊緣專用UPF，邊緣UPF和機房核心交換機直連以接入車聯網應用平臺，實現本地流量卸載和數據不出場，同時降低網絡傳輸時延；智能后視鏡、氣象和路面傳感器由于只支持4G，均以4G無線方式接入4G基站，4G基站通過專線接入4G核心網，通過公用傳輸網絡與機房核心交換機連接后接入車聯網應用平臺[3]。

另外，5G OBU和5G RSU之間，以及OBU與OBU之間的可通過PC5接口直接通信，傳輸低時延業務數據，滿足V2X的應用場景需求。如圖2：

圖2 武漢示范區車聯網數據流向圖

路側感知數據通過5G RSU或5G CPE走5G UU口接入最近的5G SA基站，同樣OBU的一部分業務消息通過和RSU間的PC5接口與5G RSU直接通信由5G RSU接入最近的5G SA基站，一部分業務消息通過自身的5G UU口直接接入5G SA基站；除控制信息外，來自專網用戶的業務數據將通過就近的SPN網絡直接傳輸至部署在數據中心機房的邊緣UPF，邊緣UPF與車聯網應用平臺直接交互，完成端到端業務流程閉環。

其他無5G模組的終端設備，如車載后視鏡，氣象/路面傳感器等通過4G UU口接入最近的4G基站，另外搭載5G OBU的車輛可能移動到無5G覆蓋或者5G弱覆蓋的區域，也需通過4G UU接入4G基站。與5G專網不同的是，走4G鏈路的所有數據需經過公用傳輸網絡和4G公用核心網后再接入數據中心機房至車聯網應用平臺，數據需經過互聯網傳輸，不區分車聯網用戶與普通用戶的業務數據，無法選擇最優傳輸路徑，數據安全性與傳輸時延得不到保障。

2 實踐效果

2.1 網絡信號質量測試

通過對示范區開放道路沿線的5G網絡信號質量進行路測，結果顯示測試線路上所有SS-RSRP≥-93dBm&SSSINR≥-3的采樣比例為98.7%，滿足項目規定的≥95%的技術要求。如圖3：

圖3 網絡信號質量測試結果展示

2.2 網絡穩定性測試

攝像機和雷視一體機的視頻流數據均通過5G RSU/5G CPE的Uu口回傳到視頻管理平臺，平臺對回傳的視頻流數據進行實時存儲和顯示，而且還可進行回放分析。通過對存儲的視頻流數據進行回放分析并統計，結果顯示5G專網可實現連續72小時無斷點回傳，網絡穩定性滿足示范區視頻數據回傳的應用需求。如圖4：

圖4 網絡穩定性測試結果展示

2.3 端到端時延測試

端到端時延主要有3種場景：第一種為5G專網覆蓋區域內的路側桿件通過5G RSU/5G CPE進行通信的固定場景，第二種為5G專網強覆蓋區域內ADAS公交車行駛路線的移動場景，第三種為5G專網和4G公網協同覆蓋區域的車路協同/車聯網應用車輛行駛的移動場景。

對于第一種場景，220個桿件端到端平均時延7.94ms（往返時延15.88ms），其中216個點位的平均時延在10ms（往返時延20ms）以下；對于第二種場景，端到端平均時延12.075ms（往返時延24.15ms）；對于第三種場景，端到端平均時延19.61ms（往返時延39.22ms）。以上端到端時延的網絡性能指標均處于國內領先水平，可滿足車路協同場景的應用需求[4]。如圖5所示。

圖5 5G 專網覆蓋區域內移動車輛時延測試

2.4 上行吞吐量測試

吞吐量測試場景與端到端時延測試的三種場景一樣。

對于5G第一種場景，選取連續三個路口合計10個RSU/CPE點位，從RSU/CPE側統計UU口5分鐘的應用層平均上行速率均在100Mbps以上，目前示范區各桿件上的數據上行帶寬需求均小于40Mbps，因此5G專網的上行吞吐量可滿足數據上傳的帶寬需求。

對于5G第二種場景，測試線路上行FTP平均速率為91.5Mbps，路測上行速率高于100Mbps采樣點數/路測上行速率總采樣點數占比為43.25%，路測上行速率低于20Mbps采樣點數/路測上行速率總采樣點數占比為0.24%，滿足ADAS公交的數據上傳帶寬需求。

對于5G第三種場景，測試線路上行FTP平均速率為53.7Mbps，路測上行速率高于50Mbps 采樣點數/路測上行速率總采樣點數占比為83%，路測上行速率低于10Mbps 采樣點數/路測上行速率總采樣點數占比為1.8%，滿足普通公交的數據上傳帶寬需求。

2.5 5G/4G兼容性測試

國家智能網聯汽車(武漢)示范區內實現了5G專網全覆蓋，為了確保測試和應用車輛（如智能公交車）駛出示范區范圍外仍能向平臺正常上報車輛狀態數據，5G專網應具備向下兼容4G公網的能力。通過在道路上對5G/4G兼容性進行測試，測試結果表明當終端進入無5G專網覆蓋的區域內時，可快速切換到4G公網，當終端進入5G專網覆蓋的區域內時，可快速切換到5G專網，其中5G至4G切換時延約為56ms，小于BSM數據包100ms的發送周期，滿足數據傳輸需求[5]。

3 結語

在路側和車端通過5G SA專網進行路側和車端數據回傳，充分利用5G網絡的大帶寬、低延遲、高速率、高可靠性的優勢，通過共用無線資源、核心網共用、專用傳輸鏈路、網絡切片、UPF下沉實現數據本地化、流量卸載本地分流快速閉環，以及車聯網業務低時延和安全保障。武漢示范區項目二期中開創性采用全5G空口通信方案的實踐表明，在工程上能大大降低路側通信施工難度、施工周期和建設成本，并在工程實踐中驗證了5G專網功能和性能可以滿足國家智能網聯汽車（武漢）示范區二期項目的智能網聯路側和車端業務的測試應用需求。