面向車聯網的5G定制網關鍵能力與創新服務探討

陳荊花，吳泳達，薛 盛

（天翼物聯科技有限公司車聯網中心，上海 200041）

0 引言

運營商5G定制網以5G網絡為基礎，實現對連接、計算、智能等全部數字化能力的“融合定制”，為行業客戶提供安全可信、自主可控的專用信息化基礎設施，助力企業數字化轉型升級加速。

5G在我國正式落地以來，車聯網相關發展戰略和頂層設計不斷頒布、層層推進。2020年2月，多部委聯合發布《智能汽車創新發展戰略》提出“結合5G商用部署，推動5G與車聯網協同建設”。2021年7月，十部門印發《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》的通知指出“強化汽車、通信、交通等行業的協同......加快5G+車聯網部署”。

5G使得車、路、云之間的高速信息交互和高效業務協同具備了通信基礎，促進了汽車、電子、信息通信、道路交通運輸等行業的深度融合，催生了面向生產、制造、測試或公眾服務的新型車聯網行業應用，這些應用對運營商網絡在服務的精細化、智能化和定制化方面都提出了極大挑戰。運營商面向未來車聯網細分行業，不僅定位于提供通信解決方案，更要實現“網絡即計算，網絡即智能、網絡即應用、網絡即服務”，提供與行業場景密切融合的“網邊云用服”一體交付的專屬定制服務。

1 5G車聯網業務對通道服務需求的挑戰

《智能汽車創新發展戰略》提出發展愿景是“到2025年實現有條件自動駕駛的智能汽車達到規模化生產，實現高度自動駕駛的智能汽車在特定環境下市場化應用。智能交通系統和智慧城市相關設施建設取得積極進展……”。由此可見，未來5年內，車聯網的發展趨勢將聚焦于“自動駕駛、智能交通”，5G車聯網將圍繞這兩大方向進行產業升級。

5G與車聯網的融合，首先推動了以乘用車出行服務和商用車營運管理為代表的傳統車載信息服務體驗的極大提升。5G的高帶寬和低時延能夠支撐高清視頻、AR、VR類應用在車內的呈現，車載導航、娛樂、診斷救援、資訊、支付等應用的交互界面和表現形態隨之豐富。同時，5G網絡對邊緣計算（MEC）的原生支持，使得依賴交互算法的各類應用可以借助5G的算力網絡為用戶提供較好體驗，例如，對兩客一危車輛、網約車、出租車等營運車輛提供實時在線的5G高清視頻監控+人工智能分析，為安全運營提供保障；對客運車輛和觀光車輛等，可提供5G直播、點播和VR/AR交互類游戲。這類廣域的5G車聯網業務，對運營商的通道服務需求往往聚焦在為不同性質的業務定制多DNN通道、基于DNN的精細化內容和流量計費支持、以及通過專線或MEC實現業務加速。

5G車聯網在智能交通領域的核心應用形態為車路協同，即《智能汽車創新發展戰略》中提及的“人-車-路-云”系統協同。5G涉及的場景復雜多樣，包括道路基礎設施的全面聯網、交通樞紐的客流監控、實時動態的全局化交通管理和路權分配、車端通過融合路側智能提升駕駛安全和通行效率等。這些應用場景的需求一般具有明確的區域化特征，其次對通信通道服務的要求各不相同，不同應用可能分別需要高密度連接、高帶寬連接、低時延高可靠的特性，某些場景下還需要網絡為路側和車端提供算力、存儲、決策、乃至人工智能等輔助能力。這些場景的計費和管理模式的復雜度和靈活度對運營商也提出了新的挑戰，運營商需要在5G基礎通信和連接管理能力之上，進行場景化的能力聚類與封裝，使得對未來車聯網通道的運營支撐能力能夠快速靈活地滿足客戶需求[1]。

5G對自動駕駛的支持，將優先在相對封閉場景下實現。《“十四五”信息通信行業發展規劃》指出“優化產業園區、港口、廠礦等場景5G覆蓋，推廣5G行業虛擬專網建設”。當前，景區的低速觀光擺渡車、工業園區或港口礦區的作業車輛的自動駕駛、編隊行駛或遠程駕駛，對5G支持低時延高可靠無線接入、高算力輔助駕駛決策和高帶寬高穩定的數據回傳的性能需求較高。同時，細分行業客戶對5G支持自動駕駛的數據安全性、網絡自服務能力存在更高的定制化需求，不僅要求運營商提供靈活定制的本地5G專網，還要求運營商能夠提供更多場景化的應用解決方案。

2 5G定制網的服務能力

5G行業虛擬專網，是基于5G公網向行業用戶提供的能滿足其業務及安全需求的高質量專用虛擬網絡，是為行業用戶提供差異化、可部分自主運營等網絡服務的核心載體。業界認為，5G行業虛擬專網是服務行業的較優的5G網絡模式[2]。

運營商在5G行業虛擬專網的概念之上，又將計算、智能、應用等作為與網絡融合的一體化定制服務能力，規劃了獨具特色的5G定制網，具有“網定制、邊智能、云協同、應用隨選、服務保障”的特征。“網定制”針對行業客戶對5G網絡的覆蓋范圍、安全隔離等級要求、空口定制深度等差異化需求提供網絡方案。“邊智能”按需為客戶提供就近部署的邊緣智能服務，提供數據不出本地/園區的企業信息化邊緣基礎設施，如邊緣算力、邊緣AI、邊緣SaaS應用等。“云協同”動態為客戶提供邊緣云與公有云協同、私有云與天翼云協同、多供應商公有云協同等多云靈活調度、統一管理服務。“應用隨選”為客戶提供豐富的行業專屬服務和應用庫，支持客戶按需隨選、靈活組合、一站訂購。“服務保障”為客戶提供網絡規劃、建設、運維、優化、重保的定制化服務。

為了快速適配客戶需求，運營商5G定制網提供“致遠”“比鄰”“如翼”三類服務模式，分別面向廣域優先型行業客戶、時延敏感型區域政企客戶及安全敏感型區域政企客戶，在此基礎上結合行業特征和客戶差異化需求進一步規劃細分，為客戶數字化轉型升級提供網邊云用服的全方位保障。

3 面向車聯網的5G定制網關鍵能力和差異化服務

3.1 5G“致遠”車聯網

5G定制網的致遠模式架構如圖1所示。致遠模式面向廣域接入運營的前后裝車聯網客戶，其能力要素包括業務加速、業務隔離、多通道并發，以及與客戶需求場景匹配的差異化的網邊云應用定制服務。

圖1 致遠模式5G定制網架構

業務加速旨在為車聯網客戶提供高峰值、高穩定的帶寬保障。實現方式是通過QoS規則定制提供優先調度、通過GBR參數定制提供保證比特速率的帶寬保障。其中，優先加速型可提供上行100 Mbps，下行1 Gbps的峰值速率；帶寬保障型可根據客戶需求提供1～10 Mbps不等的穩定上行速率。

業務隔離為客戶提供多維度、多層次的安全保障。通過切片、DNN定制來區分數據網絡和路由隔離，通過高質量的專線隔離保障用戶業務體驗。可使用5G切片專線產品，同時借助VPDN等安全組網能力和UPF分流加速能力，滿足客戶對業務不同的高可靠和安全性的訴求。

多通道并發為車聯網業務實現對不同業務的管控計費。典型特征有：支持多達8路DNN并發通信，承載定向/非定向車聯網業務；支持客戶自主啟停DNN，實現業務管控；支持按DNN統計流量，實現通道分離計費等；支持DNN流量統計，幫助企業實現數據分析。

對廣域接入的5G車聯網客戶，致遠模式還為其提供定制的網邊云服務，例如區域數據分流和MEC算力部署。區域數據分流的典型需求是通過運營商UPF實現車企車端智能駕駛數據在指定大區域或指定城市的本地匯聚、就近卸載至車企自建的邊緣云，運營商為該類業務需求所提供的核心能力包括區域UPF分流+專線服務+切片安全隔離+5QI保障，對端到端網絡傳輸時延指標要求在20 ms量級。MEC算力部署的典型需求是在區域數據分流的基礎上疊加分級MEC算力服務，例如車企租用運營商的MEC與云端服務器，部署自有應用，低時延高速處理車端智能駕駛數據。

運營商還為致遠模式的5G車聯網客戶提供行業專有應用的差異化定制服務，典型的包括OTA（在線升級）服務及保障能力、車聯網前裝實名認證應用。

近年來，隨著車聯網的發展提速，OTA已成為智能汽車必備能力。2021年9月《工業和信息化部關于加強車聯網網絡安全和數據安全工作的通知》中指出“加強在線升級服務（OTA）安全和漏洞檢測評估”。車聯網客戶的OTA升級，具有終端數量多（可達百萬級）、并發量大、遍布全國、下載時限短、完整性及安全性要求極高的特點，非常適合于致遠模式的定制網服務。對自建OTA及TSP平臺的車聯網客戶，運營商可提供OTA定制化接口、OTA專用流量包、云網專線、CDN、QoS保障、安全加密、統計報告等軟件包下載服務。對未規劃自有OTA平臺的客戶，運營商可提供整體解決方案，包括OTA平臺、專屬流量、云網資源、下載和升級、OTA實施服務等。

車聯網前裝實名認證應用是運營商協助車聯網企業響應政策監管而推出的定制服務。2021年9月，工信部發布《工業和信息化部關于加強車聯網卡實名登記管理的通知》。運營商由此推出實名認證SaaS應用，可為車企提供實名認證平臺的代建代維、私有化部署、符合工信部1173及246號文要求的信息安全存儲，以及售前、售中、售后的認證管控場景化操作管理服務。

運營商還針對各類車輛監控/管理需求，通過自研或生態合作，提供更多面向細分行業的應用解決方案，充實5G定制網“應用隨選、服務保障”方案庫。典型的如5G高清視頻監控及平臺AI分析，提供遠程管理、實時監控、高效調度和綜合分析等功能，實現車輛運行監控和風險管控服務，可適用于貨車、客車及其他運營車輛的智能監控升級。

3.2 5G“比鄰”車聯網

5G定制網的比鄰模式架構如圖2所示。比鄰模式面向對時延和數據安全敏感的生產園區、試車場、智能網聯示范區的5G車聯網場景，能力要素包括無線按需增強、UPF和算力按需下沉、數據不出園等，以及與客戶需求場景匹配的差異化的網邊云用定制服務。

圖2 比鄰模式5G定制網架構

無線按需增強的實現方式包括超級上行、專屬上行、多頻載波聚合等。超級上行通過雙工協同、高/低頻互補，提升5G上行帶寬，同時降低空口時延，顯著提升邊緣速率。專屬上行通過為車聯網客戶的專屬基站定制3.5G TDD系統的專屬幀結構，大幅提升上行帶寬容量。多頻載波聚合典型實現如將電信3.5 GHz頻段載波（100 Mbps帶寬）和2.1 GHz頻段載波（20 Mbps帶寬）進行載波聚合，增加頻帶寬度，提升下行速率。

UPF按需下沉通過用戶面園區UPF本地部署，減少端到端時延。同時，通過MEC下沉算力，大帶寬消耗、時延敏感的計算工作在邊緣完成，提升效率[3]。

數據不出園是通過在運營商邊緣機房部署園區UPF網元，實現車聯網企業客戶數據本地靈活卸載，或者直接將UPF網元部署于企業園區內，達到數據不出園區，業務安全隔離。

比鄰模式下，車聯網客戶仍可最大化利用公網資源和服務，實現公/私網協同。簽約了定制網服務的車載終端，在園區內可同時訪問公網和私網。同時，比鄰模式下提供的園區定制切片，通過不同切片為不同業務提供差異化的優先級調度和安全維護，為高優先級業務提供高等級資源調度和管道保障。比鄰模式針對客戶需求，在傳統電信級可靠性之上，提供多種可靠性增強方案。

比鄰模式還提供端到端的多重保護解決方案，進一步保障網絡的可靠性。例如提供UPF設備主備保護，使得已附著到網絡的在線用戶，業務保持在線且不中斷；提供基站環路/主備雙鏈路保護模式，單點故障下業務保證不中斷；提供回傳到機房主備雙鏈路保障。

運營商為比鄰模式的5G車聯網客戶提供更多場景化的應用平臺定制服務。在《5G應用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》中指出“推廣C-V2X技術在園區、機場、港區、礦山等區域的創新應用。建立跨行業、跨區域互信互認的車聯網安全通信體系”。運營商為比鄰模式構建的5G車聯網應用隨選和服務保障方案庫，V2X相關應用平臺和車聯網安全是重點方向。

典型應用一，基于MEC的車路協同設備運維管理平臺，其功能定位是對車路協同相關RSU、雷達、攝像頭等設備進行運維管理，部署場景包括各類開展智能駕駛通勤、作業、測試的園區、工廠、試車場項目，與比鄰模式結合，部署于下沉UPF+MEC上，確保車輛數據不出園區。

典型應用二，融合高精定位的車輛自動駕駛入庫監控管理系統，功能定位是為車輛自動駕駛行車入庫提供業務調度管理、高精度定位軌跡監控、高清視頻監控等服務，應用場景適用于車企生產制造園區，可與比鄰模式結合，部署于下沉UPF+MEC上，確保服務低時延及數據安全隔離。

典型應用三，遠程駕駛接管的端到端服務交付，包括坐席、駕駛艙控制軟硬件、業務相關軟件等，其功能定位是通過遠程駕駛艙在緊急狀態下遠程接管車輛，并駕駛車輛在受監控狀態下按指定路線行駛，適用于作為對自動駕駛車輛的應急處置手段，與比鄰定制網的切片、專線、MEC等能力結合，確保低時延高可靠實現應急保障服務。

典型應用四，基于運營商卡應用認證系統的車聯網證書下載安全通道。在車聯網終端未灌裝任何密鑰、未預先配置任何數字證書作為信任基礎的初始狀態下，終端可基于USIM卡中的根密鑰及GBA網絡安全能力與不同CA服務平臺對接，在終端與平臺之間建立起最為初始的安全關聯及安全通信通道，實現數字證書安全在線申請及下載。由于下載CA證書不需要其他證書來建立初始安全上下文，所以解除了CA之間的授權關系、互信關系和依賴性，有利于多個證書并行使用于不同業務消息簽名的情況，滿足未來車聯網多CA管理應用的需要。

此外，運營商還提供更多與比鄰模式結合的智能網聯與智慧交通的場景化解決方案。

3.3 5G“如翼”車聯網

如翼模式主要應用于對安全、性能、自管理要求苛刻的行業客戶，如礦山（礦山井下采礦、礦車無人駕駛）、港口（吊機遠控、自動集卡）、大型工廠等[4]。

圖3 如翼模式5G定制網架構

如翼模式的能力要素是在比鄰模式的基礎上，通過為客戶建設專屬宏站、專屬室分、專屬5GC等實現高隱私高安全保障，確保超低延遲，園區內無須重復部署光纖、Wi-Fi網絡，專門面向園區生產線等業務需定制、安全要求高的場景。如翼模式具有高隔離、高帶寬、深度覆蓋的特征。

如翼模式所服務的客戶，對5G車聯網的應用方案具有更多的細分領域定制需求。運營商必須聯合行業合作伙伴，為每類細分領域的客戶提供專屬定制的應用解決方案。以港口為例，集裝箱碼頭、散貨碼頭、石化碼頭的需求即存在較大差異。集裝箱碼頭需要龍門吊遠程控制、AGV/IGV無人集卡、智能理貨、無線視頻監控等應用；散貨碼頭需要裝船機/斗輪機遠程控制、無線視頻監控、外部及內部運輸車輛5G設備定位等應用；石化碼頭需要設備遠程監控、無線視頻監控、危化品環境監測、無人自動巡檢等應用。運營商要建設如翼模式下的5G車聯網應用隨選和服務保障方案庫，還需要大力推動5G在細分領域的應用生態。

4 結束語

5G行業應用還處于規模增長前的導入期。種種數據顯示，車聯網將是5G率先爆發規模應用的領域。運營商還需要持續提升5G定制網的“網邊云”能力，同時堅持開放合作，完善生態布局，聯合龍頭企業及合作伙伴打造5G車聯網應用標桿，充實完善5G定制車聯網的整體產品方案及服務能力，推動產業鏈成熟，使得5G定制車聯網在各細分行業領域規模落地，為客戶提供網絡定制、平臺定制和應用定制的一體化融合定制服務，支撐車聯網相關企業的數字化轉型升級。