面向车联网的5G定制网关键能力与创新服务探讨

陈荆花，吴泳达，薛  盛

（天翼物联科技有限公司车联网中心，上海  200041）

摘要：分析5G车联网细分行业应用对运营商通道服务的精细、智能和定制化需求，介绍运营商5G定制网不同模式的关键能力和差异化服务，结合典型应用场景，探讨运营商通过5G定制网打造车联网通道服务差异化优势的创新方向。

关键词：车联网；通道服务；定制网

0  引言

运营商5G定制网以5G网络为基础，实现对连接、计算、智能等全部数字化能力的“融合定制”，为行业客户提供安全可信、自主可控的专用信息化基础设施，助力企业数字化转型升级加速。

5G在我国正式落地以来，车联网相关发展战略和顶层设计不断颁布、层层推进。2020年2月，部委联合发布《智能汽车创新发展战略》提出“结合5G商用部署，推动5G与车联网协同建设”。2021年7月，十部门印发《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》的通知指出“强化汽车、通信、交通等行业的协同......加快5G+车联网部署”。

5G使得车、路、云之间的高速信息交互和高效业务协同具备了通信基础，促进了汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业的深度融合，催生了面向生产、制造、测试或公众服务的新型车联网行业应用，这些应用对运营商的网络在服务的精细化、智能化和定制化方面都提出了极大挑战。运营商面向未来车联网细分行业，不仅定位于提供通信解决方案，更要实现“网络即计算，网络即智能、网络即应用、网络即服务”，提供与行业场景密切融合的“网边云用服”一体交付的专属定制服务。

1  5G车联网业务对通道服务需求的挑战

《智能汽车创新发展战略》提出发展愿景“到2025年实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产，实现高度自动驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用。智能交通系统和智慧城市相关设施建 设取得积极进展……”。由此可见，未来5年内，车联网的发展趋势将聚焦于“自动驾驶、智能交通”，5G车联网将围绕这两大方向进行产业升级。

5G与车联网的融合，首先推动了以乘用车出行服务和商用车营运管理为代表的传统车载信息服务体验的极大提升。5G的高带宽和低时延能够支撑高清视频、AR、VR类应用在车内的呈现，则车载导航、娱乐、诊断救援、资讯、支付等应用的交互界面和表现形态随之丰富。同时，5G网络对边缘计算（MEC）的原生支持，使得依赖交互算法的各类应用可以借助5G的算力网络为用户提供较好体验，例如，对两客一危车辆、网约车、出租车等营运车辆提供实时在线的5G高清视频监控+人工智能分析，为安全运营提供保障；对客运车辆和观光车辆等，可提供5G直播、点播和VR/AR交互类游戏。这类广域的5G车联网业务，对运营商的通道服务需求往往聚焦在为不同性质的业务定制多DNN通道、基于DNN的精细化内容和流量计费支持、以及通过专线或MEC实现业务加速。

5G车联网在智能交通领域的核心应用形态为车路协同，即《智能汽车创新发展战略》中提及的“人-车-路-云”系统协同。5G涉及的场景复杂多样，包括道路基础设施的全面联网、交通枢纽的客流监控、实时动态的全局化交通管理和路权分配、车端通过融合路侧智能提升驾驶安全和通行效率等。这些应用场景的需求一般具有明确的区域化特征，其次对通信通道服务的要求各不相同，不同应用可能分别需要高密度连接、高带宽连接、低时延高可靠的特性，某些场景下还需要网络为路侧和车端提供算力、存储、决策、乃至人工智能等辅助能力。这些场景的计费和管理模式的复杂度和灵活度对运营商也提出了新的挑战，运营商需要在5G基础通信和连接管理能力之上，进行场景化的能力聚类与封装，使得对未来车联网通道的运营支撑能力能够快速灵活地满足客户需求[1]。

5G对自动驾驶的支持，将优先在相对封闭场景下实现。《“十四五”信息通信行业发展规划》指出“优化产业园区、港口、厂矿等场景5G覆盖，推广5G行业虚拟专网建设”。当前，景区的低速观光摆渡车、工业园区或港口矿区的作业车辆的自动驾驶、编队行驶或远程驾驶，对5G支持低时延高可靠无线接入、高算力辅助驾驶决策和高带宽高稳定的数据回传的性能需求较高。同时，细分行业客户对5G支持自动驾驶的数据安全性、网络自服务能力存在更高的定制化需求，不仅要求运营商提供灵活定制的本地5G专网，还要求运营商能够提供更多场景化的应用解决方案。

2  5G定制网的服务能力

5G行业虚拟专网，是基于5G公网向行业用户提供的能满足其业务及安全需求的高质量专用虚拟网络，是为行业用户提供差异化、可部分自主运营等网络服务的核心载体。业界认为，5G行业虚拟专网是服务行业的较优的5G网络模式[2]。

运营商在5G行业虚拟专网的概念之上，又将计算、智能、应用等作为与网络融合的一体化定制服务能力，规划了独具特色的5G定制网，具有“网定制、边智能、云协同、应用随选、服务保障”的特征。“网定制”针对行业客户对5G网络的覆盖范围、安全隔离等级要求、空口定制深度等差异化需求提供网络方案。“边智能”按需为客户提供就近部署的边缘智能服务，提供数据不出本地/园区的企业信息化边缘基础设施，如边缘算力、边缘AI、边缘SaaS应用等。“云协同”动态为客户提供边缘云与公有云协同、私有云与天翼云协同、多供应商公有云协同等多云灵活调度、统一管理服务。“应用随选”为客户提供丰富的行业专属服务和应用库，支持客户按需随选、灵活组合、一站订购。“服务保障”为客户提供网络规划、建设、运维、优化、重保的定制化服务。

为了快速适配客户需求，运营商5G定制网提供“致远”“比邻”“如翼”三类服务模式，分别面向广域优先型行业客户、时延敏感型区域政企客户及安全敏感型区域政企客户，在此基础上结合行业特征和客户差异化需求进一步规划细分，为客户数字化转型升级提供网边云用服的全方位保障。

3  面向车联网的5G定制网关键能力和差异化服务

3.1 5G“致远”车联网

图1 致远模式5G定制网架构

5G定制网的“致远模式”架构如图1所示。致远模式面向广域接入运营的前后装车联网客户，其能力要素包括业务加速、业务隔离、多通道并发，以及与客户需求场景匹配的差异化的网边云用定制服务。

业务加速旨在为车联网客户提供高峰值、高稳定的带宽保障。实现方式是通过QoS规则定制提供优先调度、通过GBR参数定制提供保证比特速率的带宽保障。其中，优先加速型可提供上行100 Mb/s，下行1 Gb/s的峰值速率；带宽保障型可根据客户需求提供1-10 Mb/s不等的稳定上行速率。

业务隔离为客户提供多维度、多层次的安全保障。通过切片、DNN定制来区分数据网络和路由隔离，通过高质量的专线隔离保障用户业务体验。可使用5G切片专线产品，同时借助VPDN等安全组网能力和UPF分流加速能力，满足客户对业务不同的高可靠和安全性的诉求。

多通道并发为车联网业务实现对不同业务的管控计费。典型特征有：支持多达8路DNN并发通信，承载定向/非定向车联网业务；支持客户自主启停DNN，实现业务管控；支持按DNN统计流量，实现通道分离计费等；支持DNN流量统计，帮助企业实现数据分析。

对广域接入的5G车联网客户，致远模式还为其提供定制的网边云服务，例如区域数据分流和MEC算力部署。区域数据分流的典型需求是通过运营商UPF实现车企车端智能驾驶数据在指定大区域或指定城市的本地汇聚、就近卸载至车企自建的边缘云，运营商为该类业务需求所提供的核心能力包括区域UPF分流+专线服务+切片安全隔离+5QI保障，对端到端网络传输时延指标要求在20 ms量级。MEC算力部署的典型需求是在区域数据分流的基础上叠加分级MEC算力服务，例如车企租用运营商的MEC与云端服务器，部署自有应用，低时延高速处理车端智能驾驶数据。

运营商还为致远模式的5G车联网客户提供行业专有应用的差异化定制服务，典型的包括OTA（在线升级）服务及保障能力、车联网前装实名认证应用。

近年来，随着车联网的发展提速，OTA已成为智能汽车必备能力。2021年9月《工业和信息化部关于加强车联网网络安全和数据安全工作的通知》中指出“加强在线升级服务（OTA）安全和漏洞检测评估”。车联网客户的OTA升级，具有终端数量多（可达百万级）、并发量大、遍布全国、下载时限短、完整性及安全性要求极高的特点，非常适合于“致远”模式的定制网服务。对自建OTA及TSP平台的车联网客户，运营商可提供OTA定制化接口、OTA专用流量包、云网专线、CDN、QoS保障、安全加密、统计报告等软件包下载服务。对未规划自有OTA平台的客户，运营商可提供整体解决方案，包括OTA平台、专属流量、云网资源、下载和升级、OTA实施服务等。

车联网前装实名认证应用是运营商协助车联网企业响应政策监管而推出的定制服务。2021年9月，工信部发布《工业和信息化部关于加强车联网卡实名登记管理的通知》。运营商由此推出实名认证SaaS应用，可为车企提供实名认证平台的代建代维、私有化部署、符合工信部1173及246号文要求的信息安全存储，以及售前、售中、售后的认证管控场景化操作管理服务。

运营商还针对各类车辆监控/管理需求，通过自研或生态合作，提供更多面向细分行业的应用解决方案，充实5G定制网“应用随选、服务保障”方案库。典型如5G高清视频监控及平台AI分析，提供远程管理、实时监控、高效调度和综合分析等功能，实现车辆运行监控和风险管控服务，可适用于货车、客车及其他运营车辆的智能监控升级。

3.2 5G“比邻”车联网

图2 比邻模式5G定制网架构

5G定制网的“比邻模式”架构如图2所示。比邻模式面向对时延和数据安全敏感的生产园区、试车场、智能网联示范区的5G车联网场景，能力要素包括无线按需增强、UPF和算力按需下沉、数据不出园等，以及与客户需求场景匹配的差异化的网边云用定制服务。

无线按需增强的实现方式包括超级上行、专属上行、多频载波聚合等。超级上行通过双工协同、高/低频互补，提升5G上行带宽，同时降低空口时延，显著提升边缘速率。专属上行通过为车联网客户的专属基站定制3.5G TDD系统的专属帧结构，大幅提升上行带宽容量。多频载波聚合典型实现如将电信3.5G频段载波（100 M带宽）和2.1G频段载波（20 M带宽）进行载波聚合，增加频带宽度，提升下行速率。

UPF按需下沉是通过用户面园区UPF本地部署，减少端到端时延。同时，通过边缘MEC下沉算力，大带宽消耗、时延敏感的计算工作在边缘完成，提升效率[3]。

数据不出园是通过在运营商边缘机房部署园区UPF网元，实现车联网企业客户数据本地灵活卸载，或者直接将UPF网元部署于企业园区内，达到数据不出园区，业务安全隔离。

比邻模式下，车联网客户仍可最大化利用公网资源和服务，实现公/私网协同。签约了定制网服务的车载终端，在园区内可同时访问公网和私网。同时，比邻模式下提供的园区定制切片，通过不同切片为不同业务提供差异化的优先级调度和安全维护，为高优先级业务提供高等级资源调度和管道保障。比邻模式针对客户需求，在传统电信级可靠性之上，提供多种可靠性增强方案

比邻模式还提供端到端的多重保护解决方案，进一步保障网络的可靠性。例如提供UPF设备主备保护，使得已附着到网络的在线用户，业务保持在线且不中断；提供基站环路/主备双链路保护模式，单点故障下业务保证不中断；提供回传到机房主备双链路保障。

运营商为比邻模式的5G车联网客户提供更多场景化的应用平台定制服务。在《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》中指出“推广C-V2X技术在园区、机场、港区、矿山等区域的创新应用。建立跨行业、跨区域互信互认的车联网安全通信体系”。运营商为比邻模式构建的5G车联网应用随选和服务保障方案库，V2X相关应用平台和车联网安全是重点方向。

典型应用一，基于MEC的车路协同设备运维管理平台，其功能定位是对车路协同相关RSU、雷达、摄像头等设备进行运维管理，部署场景包括各类开展智能驾驶通勤、作业、测试的园区、工厂、试车场项目，与比邻模式结合，部署于下沉UPF+MEC上，确保车辆数据不出园区。

典型应用二，融合高精定位的车辆自动驾驶入库监控管理系统，功能定位是为车辆自动驾驶行车入库提供业务调度管理、高精度定位轨迹监控、高清视频监控等服务，应用场景适用于车企生产制造园区，可与比邻模式结合，部署于下沉UPF+MEC上，确保服务低时延及数据安全隔离。

典型应用三，远程驾驶接管的端到端服务交付，包括坐席、驾驶舱控制软硬件、业务相关软件等，其功能定位是通过远程驾驶舱在紧急状态下远程接管车辆，并驾驶车辆在受监控状态下按指定路线行驶，适用于作为对自动驾驶车辆的应急处置手段，与比邻定制网的切片、专线、MEC等能力结合，确保低时延高可靠实现应急保障服务。

典型应用四，基于运营商卡应用认证系统的车联网证书下载安全通道。在车联网终端未灌装任何密钥、未预先配置任何数字证书作为信任基础的初始状态下，终端可基于USIM卡中的根密钥及GBA网络安全能力与不同CA服务平台对接，在终端与平台之间建立起最为初始的安全关联及安全通信通道，实现数字证书安全在线申请及下载。由于下载CA证书不需要其他证书来建立初始安全上下文，所以解除了CA之间的授权关系、互信关系和依赖性，有利于多个证书并行使用于不同业务消息签名的情况，满足未来车联网多CA管理应用的需要。

此外，运营商还提供更多与比邻模式结合的智能网联与智慧交通的场景化解决方案。

3.3 5G“如翼”车联网

图3 如翼模式5G定制网架构

如翼模式主要应用于对安全、性能、自管理要求苛刻的行业客户，如矿山（矿山井下采矿、矿车无人驾驶）、港口（吊机远控、自动集卡）、大型工厂等[4]。

如翼模式的能力要素是在比邻模式的基础上，通过为客户建设专属宏站、专属室分、专属5GC等实现高隐私高安全保障，确保超低延迟，园区内无需重复部署光纤、Wi-Fi网络，专门面向园区生产线等业务需定制、安全要求高的场景。如翼模式具有高隔离、高带宽、深度覆盖的特征。

如翼模式所服务的客户，对5G车联网的应用方案具有更多的细分领域定制需求。运营商必须联合行业合作伙伴，为每类细分领域的客户提供专属定制的应用解决方案。以港口为例，集装箱码头、散货码头、石化码头的需求即存在较大差异。集装箱码头需要龙门吊远程控制、AGV/IGV无人集卡、智能理货、无线视频监控等应用；散货码头需要装船机/斗轮机远程控制、无线视频监控、外部及内部运输车辆5G设备定位等应用；石化码头需要设备远程监控、无线视频监控、危化品环境监测、无人自动巡检等应用。运营商要建设如翼模式下的5G车联网应用随选和服务保障方案库，还需要大力推动5G在细分领域的应用生态。

4  结束语

5G行业应用还处于规模增长前的导入期。种种数据显示，车联网将是5G率先爆发规模应用的领域。运营商还需要持续提升5G定制网的“网边云”能力，同时坚持开放合作，完善生态布局，联合龙头企业及合作伙伴打造5G车联网应用标杆，充实完善5G定制车联网的整体产品方案及服务能力，推动产业链成熟，使得5G定制车联网在各细分行业领域形成规模落地，为客户提供网络定制、平台定制和应用定制的一体化融合定制服务，支撑车联网相关企业的数字化转型升级。

参考文献

[1] 陈荆花，包枫叶，蒋寅．浅析未来车联网中运营商通道能力的挑战与创新[J]．电子技术应用，2019,45(9):1-4.

[2] 胡世良．我国5G专网发展的现状分析[J]．通信世界，2021(13): 20-22.

[3] 李朝阳，胡鹏飞，周辉福．针对数据不出园区的5G定制专网部署方案及安全策略研究[J]．江西通信科技，2021(02): 4-7.

[4] 陈俊明，王岱，封镭，张洁．港口5G专网方案探讨[J]．信息通信技术，2021,15(05):71-78.

作者简介：

陈荆花（1977-），女，硕士，高级工程师，研究方向为车联网技术研究与产品规划。

吴泳达（1997-），男，本科，助理工程师，研究方向为车联网使能和运营技术。

薛盛（1993-），男，硕士，助理工程师，研究方向为车联网行业和市场研究。