5G車聯(lián)網(wǎng)與專網(wǎng)業(yè)務(wù)沖突問題研究

［梁曉明 賈國祖 岳欣茹］

1 引言

隨著5G技術(shù)（5G technology）的蓬勃發(fā)展，5G專網(wǎng)與千行百業(yè)的深度融合，各垂直行業(yè)正快速擁抱5G，并數(shù)智化轉(zhuǎn)型。5G專網(wǎng)是運(yùn)營商基于授權(quán)頻譜，為行業(yè)客戶提供服務(wù)范圍、網(wǎng)絡(luò)能力和隔離度可定制的5G通信服務(wù)。特別是5G專網(wǎng)的UPF網(wǎng)元（User Plane Function），可以靠近用戶部署，滿足低時(shí)延和數(shù)據(jù)不出園區(qū)要求[1]。

與此同時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)用戶也正在快速從傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)遷移。日前工業(yè)和信息化部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合修訂印發(fā)了《國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）（2023版）》，為車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)提供框架更完善、內(nèi)容更全面、邏輯更清晰的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南，更是加速了5G車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展[2]。

作者通過實(shí)際的業(yè)務(wù)測試和對5G車聯(lián)網(wǎng)客戶投訴的分析發(fā)現(xiàn)，在特定場景下，5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)存在沖突情況，會導(dǎo)致5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中斷。對這種沖突場景導(dǎo)致故障現(xiàn)象、產(chǎn)生原因和解決方案，進(jìn)行了深入分析和研究，并最終通過骨干SPN方案解決了沖突問題。

2 基本概念

2.1 5G車聯(lián)網(wǎng)

5G車聯(lián)網(wǎng)，是指車機(jī)系統(tǒng)中搭載5G通信模塊，通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車身遠(yuǎn)控、車機(jī)軟件OTA、車機(jī)遠(yuǎn)程喚醒、緊急語音和車載娛樂等功能[3]。該通信需求是一個(gè)典型的廣域網(wǎng)通信需求，車輛會在全國進(jìn)行漫游（部分出口車輛還涉及到國際漫游）。其典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖

2.2 5G 專網(wǎng)

5G專網(wǎng)目前主要應(yīng)用在垂直行業(yè)領(lǐng)域，此類客戶對通信服務(wù)有特殊要求，主要包括高可靠性、低延遲和數(shù)據(jù)不出廠等[4]。特別的，對于低延遲和數(shù)據(jù)不出廠的5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)要求，需要建設(shè)下沉專用UPF，并配置專用切片和專用DNN進(jìn)行業(yè)務(wù)流量隔離。典型的5G專網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 5G專網(wǎng)架構(gòu)圖

2.3 SPN網(wǎng)絡(luò)

SPN（slicing packet network）切片分組網(wǎng)（如圖3），是一種中國原創(chuàng)的國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系，提供確定、智能、融合的專屬連接服務(wù)，和全程全網(wǎng)的保障。專屬連接通過精細(xì)化切片實(shí)現(xiàn)，最小顆粒度為10 Mbit/s，不同用戶間通過切片進(jìn)行物理隔離，兼顧信息的安全性[5]。目前受限SPN建設(shè)投資等原因，SPN一般以地市為粒度進(jìn)行建設(shè)，不同地市SPN之間暫不互通。

圖3 SPN網(wǎng)絡(luò)示意圖

3 業(yè)務(wù)沖突問題研究

3.1 問題現(xiàn)象

2023年6月，省內(nèi)在進(jìn)行某5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)車輛從A地市（5G核心網(wǎng)控制面使用華為設(shè)備）進(jìn)入B地市（5G核心網(wǎng)控制面使用中興設(shè)備），車聯(lián)網(wǎng)5G業(yè)務(wù)中斷，無法使用5G網(wǎng)絡(luò)。2023年7月，某外省已開通5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的車輛，在漫游進(jìn)入到我省B地市時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)5G業(yè)務(wù)中斷，無法使用5G網(wǎng)絡(luò)。兩類故障均出現(xiàn)在漫游場景[6]，即省內(nèi)從A地市漫游到B地市，或外省車輛漫游到省內(nèi)，判斷屬于同類問題。

3.2 原因分析

在5G TOB行業(yè)應(yīng)用中，下沉專享邊緣UPF（下稱下沉UPF）[7]網(wǎng)元靠近用戶部署，滿足低時(shí)延和數(shù)據(jù)不出園區(qū)要求?，F(xiàn)階段，由于N4接口（SMF和UPF之間）未解耦，SMF配置連接的UPF節(jié)點(diǎn)只能為同廠家[8]。當(dāng)在中興區(qū)域的地市部署華為下沉UPF設(shè)備時(shí)，中興AMF會選擇華為SMF，即出現(xiàn)核心網(wǎng)異廠家插花情況（所用核心網(wǎng)元為：中興AMF→華為SMF→華為UPF），在華為片區(qū)部署中興下沉UPF亦然。以下舉例詳細(xì)分析故障原因。

（1）業(yè)務(wù)說明

A地市（5G控制面為華為廠家，下稱華為片區(qū)）在華為 UPF上開通車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)；B地市（5G控制面為中興廠家，下稱中興片區(qū)）開通5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)，新建一套華為下沉UPF。

①A地市（華為片區(qū)）開通某車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，使用華為共享UPF、使用華為SMF、使用通用切片、專用DNN1[9]，并通過專線到車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部平臺。此時(shí)華為SMF能力如表1所示。

表1 SMF能力

② B地市（中興片區(qū)）開通某5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)，新建設(shè)一套華為下沉UPF（使用華為SMF，該UPF為出局不出園場景、未開通N9接口），使用專用切片A、專用DNN2，在華為SMF上配置了B地市的TAC。此時(shí)華為SMF能力如表2所示。

表2 SMF能力

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。

圖4 核心網(wǎng)異廠家插花示意圖

（2）問題定位

Step1：當(dāng)車聯(lián)網(wǎng)用戶漫游至B地市園區(qū)所在TAC，建立會話時(shí)，攜帶通用切片+專用DNN1+B地市TAC，使用的AMF為B地市中興AMF；

Step2：B地市中興AMF按照通用切片+專用DNN1+B地市TAC，向NRF申請SMF；

Step3：NRF發(fā)現(xiàn)華為SMF具備通用切片+專用DNN1+B地市TAC能力，向中興AMF返回華為SMF，此時(shí)出現(xiàn)問題，本應(yīng)該為漫游場景，應(yīng)選擇B地市中興I-SMF及A地市華為A-SMF，卻選擇了華為SMF做本地SMF；

Step4：中興AMF選擇到華為SMF后，華為SMF在B地市本地（由于SPN不跨地市）只能選擇B地市園區(qū)下沉華為UPF；此時(shí)用戶面路徑為：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→B地市華為下沉UPF，由于該下沉UPF無N9能力（自身屬性也非I-UPF）、也未配置到車聯(lián)網(wǎng)DNN及鏈路，導(dǎo)致業(yè)務(wù)無法送達(dá)車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)，業(yè)務(wù)中斷，如圖5所示。

圖5 插花問題導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中斷示意圖

3.3 解決方案制定

通過綜合分析5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、5G車聯(lián)網(wǎng)和專網(wǎng)業(yè)務(wù)模式，綜合制定了以下3種可行的解決方案。

（1）本地漫游

該方案核心思路為：將5G專網(wǎng)園區(qū)下沉UPF，模擬為非本地市的下沉UPF。具體操作方案為：5G專網(wǎng)插花建設(shè)的園區(qū)下沉UPF（沿用以上業(yè)務(wù)場景舉例，B地市新建華為下沉UPF），不在華為SMF上配置B地市TAC信息（或配置非本B地市的TAC）。按照該方案調(diào)整后，5G專網(wǎng)和5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流程如下：

①5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)信令及用戶面路徑：

信令面：園區(qū)終端→B地市基站→B地市中興AMF→B地市中興SMF（I）→華為SMF（A）

用戶面：園區(qū)終端→B地市基站→B地市中興共享UPF（I）→B地市華為下沉UPF（A）→園區(qū)客戶

② 5G車聯(lián)網(wǎng)漫游業(yè)務(wù)信令及用戶面路徑：

信令面：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→B地市中興AMF→B地市中興SMF（I）→華為SMF（A）

用戶面：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→B地市中興共享UPF（I）→A地市華為共享UPF（A）→車聯(lián)網(wǎng)客戶

（2）SMF分組

該方案核心思路為：通過SMF分組的方式，將2B SMF分為兩組，一組用于配置通用切片，另一組用于配置專用切片。具體操作方案為：B地市5G專網(wǎng)項(xiàng)目由于是專用切片，配置在華為專用SMF分組；A地市車聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目由于是通用切片，配置在華為通用SMF分組。按照該方案調(diào)整后，5G專網(wǎng)和5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流程如下。

①5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)信令及用戶面路徑

信令面：園區(qū)終端→B地市基站→B地市中興AMF→華為專用SMF

用戶面：園區(qū)終端→B地市基站→B地市華為下沉UPF→園區(qū)客戶

② 5G車聯(lián)網(wǎng)漫游業(yè)務(wù)信令及用戶面路徑

信令面：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→B地市中興AMF→B地市中興SMF（I）→華為通用SMF（A）

用戶面：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→B地市中興共享UPF（I）→A地市華為共享UPF（A）→車聯(lián)網(wǎng)客戶

（3）骨干SPN疏導(dǎo)

該方案核心思路為：通過骨干SPN疏導(dǎo)5G車聯(lián)網(wǎng)漫游流量。具體操作方案為：在存在插花地市的5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)所用SMF（B地市華為SMF）上，新增I-UPF配置（該I-UPF可選擇A地市共享UPF），對于5G車聯(lián)網(wǎng)漫游業(yè)務(wù)，插入該I-UPF進(jìn)行流量疏導(dǎo)。按照該方案調(diào)整后，5G專網(wǎng)和5G車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流程如下。

①5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)信令及用戶面路徑

信令面：園區(qū)終端→B地市基站→B地市中興AMF→華為SMF

用戶面：園區(qū)終端→B地市基站→B地市華為下沉UPF→園地市客戶

② 5G車聯(lián)網(wǎng)漫游業(yè)務(wù)信令及用戶面路徑

信令面：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→B地市中興AMF→華為SMF

用戶面：車聯(lián)網(wǎng)終端→B地市基站→骨干SPN→A地市共享UPF→車聯(lián)網(wǎng)客戶

4 沖突解決方案比對及實(shí)施建議

綜合考慮現(xiàn)網(wǎng)投資、網(wǎng)絡(luò)改造和業(yè)務(wù)滿足度等因素，對三類解決方案優(yōu)劣勢對比如表3所示。

表3 優(yōu)劣對比

經(jīng)過對3個(gè)解決方案進(jìn)行優(yōu)劣勢對比，建議優(yōu)先選取骨干SPN疏導(dǎo)方案。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，UPF與SMF的N4接口尚未完全開放、服務(wù)化能力尚未完全實(shí)現(xiàn)，要在后續(xù)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中推進(jìn)解耦測試驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)N4接口完全解耦，提升網(wǎng)絡(luò)能力和業(yè)務(wù)開展靈活性[10]。

由于5G網(wǎng)絡(luò)可以按照客戶需求進(jìn)行靈活定制，隨著5G技術(shù)和業(yè)務(wù)類型更加多樣化，5G不同業(yè)務(wù)場景之間發(fā)生沖突的概率越來越大。因此，在進(jìn)行5G業(yè)務(wù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分進(jìn)行技術(shù)論證，特別是論證是否與現(xiàn)有業(yè)務(wù)存在沖突問題；在后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)時(shí)，應(yīng)按照“高內(nèi)聚低耦合”的原則，推進(jìn)同一功能模塊內(nèi)部的內(nèi)聚程度，并實(shí)現(xiàn)模塊間接口的完全解耦（如本文中N4接口）。