國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車（武漢）示范區(qū)5G專網(wǎng)應(yīng)用實(shí)踐

丁巍，李柱，張輝

（車百智能網(wǎng)聯(lián)研究院（武漢）有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

在國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車（武漢）示范區(qū)二期項(xiàng)目中，利用5G專網(wǎng)的混合專網(wǎng)模式[1]，路側(cè)所有桿件的數(shù)據(jù)均采用5G 空口方式回傳，同時車載端5G OBU設(shè)備同樣采用5G空口方式回傳，實(shí)現(xiàn)路端及車載終端全部真正的5G空口通信，充分利用5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低延遲、高速率和高可靠性的優(yōu)勢，滿足示范區(qū)測試應(yīng)用需求，同時大大降低路側(cè)施工難度與成本，解決有線大面積管道鋪設(shè)，成本高、工期慢等問題[2]。另外，后期5G專網(wǎng)可靈活選擇并兼容各個運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，有效降低后期管理運(yùn)維難度和成本。

1 實(shí)踐方案

從圖1中可以看到路側(cè)感知設(shè)備主要有攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)、雷達(dá)視頻一體機(jī)、氣象和路面?zhèn)鞲衅鞯仍O(shè)備，其中前3種感知設(shè)備一般在路口共桿部署，氣象和路面?zhèn)鞲衅鳘?dú)立部署于特定的路段；路側(cè)通信設(shè)備包括5G RSU和5G CPE，一般同一個路口只選擇一個方向布設(shè)一套5G RSU，其他路口方向布設(shè)5G CPE；車端設(shè)備主要有5G OBU和智能后視鏡。

圖1 武漢示范區(qū)車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

雷視一體機(jī)、攝像機(jī)、毫米波雷達(dá)和5G RSU/CPE均以有線以太網(wǎng)方式接入同一個接入交換機(jī)，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(wǎng)絡(luò)接入位于數(shù)據(jù)中心的邊緣專用UPF，邊緣UPF和機(jī)房核心交換機(jī)直連以接入車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)本地流量卸載和數(shù)據(jù)不出場，同時降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延；智能后視鏡、氣象和路面?zhèn)鞲衅饔捎谥恢С?G，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(wǎng)，通過公用傳輸網(wǎng)絡(luò)與機(jī)房核心交換機(jī)連接后接入車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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?shù)蜁r延業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，滿足V2X的應(yīng)用場景需求。如圖2：

圖2 武漢示范區(qū)車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流向圖

路側(cè)感知數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)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(yè)務(wù)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(wǎng)用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)將通過就近的SPN網(wǎng)絡(luò)直接傳輸至部署在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的邊緣UPF，邊緣UPF與車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺直接交互，完成端到端業(yè)務(wù)流程閉環(huán)。

其他無5G模組的終端設(shè)備，如車載后視鏡，氣象/路面?zhèn)鞲衅鞯韧ㄟ^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(qū)域，也需通過4G UU接入4G基站。與5G專網(wǎng)不同的是，走4G鏈路的所有數(shù)據(jù)需經(jīng)過公用傳輸網(wǎng)絡(luò)和4G公用核心網(wǎng)后再接入數(shù)據(jù)中心機(jī)房至車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，數(shù)據(jù)需經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，不區(qū)分車聯(lián)網(wǎng)用戶與普通用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，無法選擇最優(yōu)傳輸路徑，數(shù)據(jù)安全性與傳輸時延得不到保障。

2 實(shí)踐效果

2.1 網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量測試

通過對示范區(qū)開放道路沿線的5G網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量進(jìn)行路測，結(jié)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(xiàng)目規(guī)定的≥95%的技術(shù)要求。如圖3：

圖3 網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量測試結(jié)果展示

2.2 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性測試

攝像機(jī)和雷視一體機(jī)的視頻流數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時存儲和顯示，而且還可進(jìn)行回放分析。通過對存儲的視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析并統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示5G專網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)72小時無斷點(diǎn)回傳，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性滿足示范區(qū)視頻數(shù)據(jù)回傳的應(yīng)用需求。如圖4：

圖4 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性測試結(jié)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(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的路側(cè)桿件通過5G RSU/5G CPE進(jìn)行通信的固定場景，第二種為5G專網(wǎng)強(qiáng)覆蓋區(qū)域內(nèi)ADAS公交車行駛路線的移動場景，第三種為5G專網(wǎng)和4G公網(wǎng)協(xié)同覆蓋區(qū)域的車路協(xié)同/車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(diǎn)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(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)均處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，可滿足車路協(xié)同場景的應(yīng)用需求[4]。如圖5所示。

圖5 5G 專網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)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(xù)三個路口合計(jì)10個RSU/CPE點(diǎn)位，從RSU/CPE側(cè)統(tǒng)計(jì)UU口5分鐘的應(yīng)用層平均上行速率均在100Mbps以上，目前示范區(qū)各桿件上的數(shù)據(jù)上行帶寬需求均小于40Mbps，因此5G專網(wǎng)的上行吞吐量可滿足數(shù)據(jù)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(diǎn)數(shù)/路測上行速率總采樣點(diǎn)數(shù)占比為43.25%，路測上行速率低于20Mbps采樣點(diǎn)數(shù)/路測上行速率總采樣點(diǎn)數(shù)占比為0.24%，滿足ADAS公交的數(shù)據(jù)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(diǎn)數(shù)/路測上行速率總采樣點(diǎn)數(shù)占比為83%，路測上行速率低于10Mbps 采樣點(diǎn)數(shù)/路測上行速率總采樣點(diǎn)數(shù)占比為1.8%，滿足普通公交的數(shù)據(jù)上傳帶寬需求。

2.5 5G/4G兼容性測試

國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車(武漢)示范區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了5G專網(wǎng)全覆蓋，為了確保測試和應(yīng)用車輛（如智能公交車）駛出示范區(qū)范圍外仍能向平臺正常上報車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)，5G專網(wǎng)應(yīng)具備向下兼容4G公網(wǎng)的能力。通過在道路上對5G/4G兼容性進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明當(dāng)終端進(jìn)入無5G專網(wǎng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)時，可快速切換到4G公網(wǎng)，當(dāng)終端進(jìn)入5G專網(wǎng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)時，可快速切換到5G專網(wǎng)，其中5G至4G切換時延約為56ms，小于BSM數(shù)據(jù)包100ms的發(fā)送周期，滿足數(shù)據(jù)傳輸需求[5]。

3 結(jié)語

在路側(cè)和車端通過5G SA專網(wǎng)進(jìn)行路側(cè)和車端數(shù)據(jù)回傳，充分利用5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、低延遲、高速率、高可靠性的優(yōu)勢，通過共用無線資源、核心網(wǎng)共用、專用傳輸鏈路、網(wǎng)絡(luò)切片、UPF下沉實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地化、流量卸載本地分流快速閉環(huán)，以及車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)低時延和安全保障。武漢示范區(qū)項(xiàng)目二期中開創(chuàng)性采用全5G空口通信方案的實(shí)踐表明，在工程上能大大降低路側(cè)通信施工難度、施工周期和建設(shè)成本，并在工程實(shí)踐中驗(yàn)證了5G專網(wǎng)功能和性能可以滿足國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車（武漢）示范區(qū)二期項(xiàng)目的智能網(wǎng)聯(lián)路側(cè)和車端業(yè)務(wù)的測試應(yīng)用需求。