《電子技術(shù)應(yīng)用》
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5G網(wǎng)絡(luò)切片在車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
張 蕾,朱雪田,李金艷
中國(guó)電信股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新中心,北京10220
摘要: 5G低時(shí)延高可靠的網(wǎng)絡(luò)切片在車(chē)聯(lián)網(wǎng)行業(yè)得到廣泛關(guān)注,車(chē)路協(xié)同各場(chǎng)景的發(fā)展演進(jìn)也體現(xiàn)了5G應(yīng)用正逐步深化。從5G靈活的網(wǎng)絡(luò)定制能力入手,分析了車(chē)路協(xié)同發(fā)展過(guò)程以及各業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的需求,并基于典型的車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu),論述車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)流程,涵蓋了切片創(chuàng)建、切片資源調(diào)度和切片安全保障等主要內(nèi)容。
中圖分類(lèi)號(hào): TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.191362
中文引用格式: 張蕾,朱雪田,李金艷. 5G網(wǎng)絡(luò)切片在車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2020,46(1):12-16.
英文引用格式: Zhang Lei,Zhu Xuetian,Li Jinyan. Research on application of network slices in vehicle-road cooperative system[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(1):12-16.
Research on application of network slices in vehicle-road cooperative system
Zhang Lei,Zhu Xuetian,Li Jinyan
China Telecom Corporation Limited Technology Innovation Center,Beijing 102209,China
Abstract: 5G network slicing has received widespread attention in the vehicular network industry, and the development and evolution of various scenarios of vehicle-road collaboration also reflect that 5G applications are gradually deepening. In this paper, the development process of vehicle-road collaboration and the network performance requirements are analyzed firstly. Then we present the system architecture of vehicle-road collaboration. Subsequently, implementation cases and specific processes are given out, including network slicing creation process, scheduling system for slice resources. Finally, the key technologies of network slicing to ensure the vehicle-road collaboration security are introduced.
Key words : 5G network slicing;vehicle-road collaboration system;resource intelligent scheduling;uRLLC

0 引言

    我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量快速增加,2018年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)達(dá)3.25億輛,每年交通事故死亡人數(shù)過(guò)萬(wàn),擁堵成本超過(guò)百億,環(huán)境污染、能源短缺、車(chē)輛監(jiān)管等問(wèn)題日益凸顯。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)可以提供更加安全、舒適、節(jié)能和環(huán)保的駕駛方式以及交通出行綜合解決方案,是城市智能交通系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),其意義不僅在于汽車(chē)產(chǎn)品與技術(shù)的升級(jí),更可能帶來(lái)汽車(chē)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)全業(yè)態(tài)和價(jià)值鏈體系的重塑。

    隨著單車(chē)智能感知技術(shù)提升瓶頸和交通環(huán)境復(fù)雜性增加,特別是自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù),越來(lái)越依靠智能道路設(shè)施的進(jìn)步,車(chē)路協(xié)同成為通往未來(lái)城市智慧交通和自動(dòng)駕駛的必由之路。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)業(yè)務(wù)在安全告警和交通信息通知類(lèi)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上,也逐步向“車(chē)-路-邊-云”協(xié)同感知發(fā)展,通過(guò)車(chē)路協(xié)同的強(qiáng)大智能提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)整體感知、決策和控制能力,最終實(shí)現(xiàn)降低自動(dòng)駕駛成本和提升自動(dòng)駕駛安全性等目標(biāo)。聰明的車(chē)、智能的路、強(qiáng)大的網(wǎng)和智慧的云是車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中的4個(gè)關(guān)鍵因素。其中,以L(fǎng)TE-V與5G構(gòu)建的強(qiáng)大的網(wǎng)成為現(xiàn)階段車(chē)路協(xié)同的主體,是車(chē)、路、云各個(gè)要素有效融合和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的橋梁。

    基于車(chē)路協(xié)同的車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景非常豐富,其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求各異。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可提供為特定網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)特性組建邏輯網(wǎng)絡(luò)的能力,可以為不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供端到端的大帶寬、低時(shí)延、高可靠的靈活定制化服務(wù),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速上線(xiàn)和更極致的用戶(hù)體驗(yàn)。本文將從面向車(chē)路協(xié)同的車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求入手,圍繞5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

1 車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)

    車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)是采用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)通信和新一代互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),全方位實(shí)施車(chē)車(chē)、車(chē)路和人車(chē)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息交互,在全時(shí)空動(dòng)態(tài)交通信息采集與融合的基礎(chǔ)上,開(kāi)展車(chē)輛協(xié)同安全和道路協(xié)同控制,從而形成的安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)。圖1展示了典型車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)[1]。

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    車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)縱向劃分為5層,自下向上依次為“車(chē)-路-網(wǎng)-云-用”。

    (1)車(chē):智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)是交通參與者的代表,是整個(gè)系統(tǒng)的主要服務(wù)對(duì)象。車(chē)端物理架構(gòu)包含了為了保障車(chē)輛基本安全功能及通信功能的各種設(shè)備,主要由基礎(chǔ)感知和定位傳感器、基礎(chǔ)計(jì)算平臺(tái)、人機(jī)交互設(shè)備及通信設(shè)備(網(wǎng)關(guān))組成。其中,基礎(chǔ)傳感器采集、接收的數(shù)據(jù),通過(guò)總線(xiàn)進(jìn)行集成,再通過(guò)數(shù)據(jù)的融合和智能化處理,輸出自動(dòng)駕駛所需的環(huán)境感知信息,主要用于支持車(chē)輛的基本安全功能。車(chē)載計(jì)算平臺(tái)由高性能車(chē)載集成計(jì)算平臺(tái)(硬件)、智能車(chē)載操作系統(tǒng)以及運(yùn)行在其上的應(yīng)用軟件和中間件組成。車(chē)載計(jì)算平臺(tái)融合了傳感器、高精度地圖、V2X的感知信息進(jìn)行認(rèn)知和決策計(jì)算,硬件處理器可以有GPU、FPGA、ASIC等多種選擇,主要用于基本的安全功能感知、決策與控制,更高級(jí)別的感知、決策在邊緣側(cè)完成并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)車(chē)載網(wǎng)關(guān)傳輸給車(chē)輛底層執(zhí)行。而智能車(chē)載操作系統(tǒng)融合了車(chē)內(nèi)人機(jī)交互、運(yùn)營(yíng)服務(wù)商、內(nèi)容服務(wù)商的數(shù)據(jù),為乘客提供個(gè)性化服務(wù)。最后,決策的信息進(jìn)入車(chē)輛總線(xiàn)控制系統(tǒng),完成執(zhí)行動(dòng)作。

    (2)路:路側(cè)部分由部署于路側(cè)、分布于不同地理空間位置的智能協(xié)同感知、通信、交通調(diào)控設(shè)備組網(wǎng)而成,依托邊緣計(jì)算平臺(tái)打造異構(gòu)多源交通數(shù)據(jù)感知融合能力,構(gòu)建高精度全局交通感知,并通過(guò)靈活的通信方式和準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)人車(chē)路等交通參與者的全面連接。

    (3)網(wǎng):智能化的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞,利用C-V2X和5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建“車(chē)-路-云”三者之間的高速率、低時(shí)延、廣覆蓋的數(shù)據(jù)連接和傳輸,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片提供靈活的垂直端到端專(zhuān)網(wǎng)能力保障,從而具備能夠基于實(shí)際智能網(wǎng)聯(lián)駕駛具體應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度、管理網(wǎng)絡(luò)以及保證網(wǎng)絡(luò)安全的能力。

    為了增強(qiáng)基于基站通信的低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù),加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)的掌控,根據(jù)業(yè)務(wù)需求在網(wǎng)絡(luò)不同位置引入邊緣計(jì)算(MEC)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)用戶(hù)面的業(yè)務(wù)下沉,降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延。通過(guò)MEC設(shè)備可以實(shí)現(xiàn):

    ①依據(jù)自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)的類(lèi)型完成數(shù)據(jù)分流,數(shù)據(jù)或分流至本地處理,或轉(zhuǎn)發(fā)至云端;

    ②邊緣設(shè)備獲取路側(cè)輔助信息、道路狀態(tài)信息、環(huán)境信息、區(qū)域車(chē)輛狀態(tài)信息,通過(guò)多源感知信息融合構(gòu)建動(dòng)態(tài)高精度地圖;

    ③根據(jù)動(dòng)態(tài)高精度地圖完成區(qū)域交通規(guī)劃,例如:交通信號(hào)燈控制規(guī)劃、動(dòng)態(tài)限速規(guī)劃等;

    ④根據(jù)動(dòng)態(tài)高精度地圖完成決策輔助、駕駛建議等。

    (4)云:通常完成4個(gè)功能:①數(shù)據(jù)存儲(chǔ),車(chē)端實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)量傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行分布式存儲(chǔ);②仿真測(cè)試,新算法在部署到車(chē)上之前會(huì)在云端的模擬器上進(jìn)行測(cè)試;③高精度地圖生成、完善和更新;④深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練,持續(xù)不斷地通過(guò)新數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練,以提升算法的處理能力。

    此外,智能網(wǎng)聯(lián)云控平臺(tái)和基礎(chǔ)能力平臺(tái)也是部署在云端的核心能力。云控平臺(tái)具有實(shí)時(shí)信息共享、實(shí)時(shí)云計(jì)算、實(shí)時(shí)應(yīng)用編排、大數(shù)據(jù)分析、信息安全等基礎(chǔ)服務(wù)機(jī)制,提供包含車(chē)輛運(yùn)行、交通環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以及大規(guī)模網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用實(shí)時(shí)協(xié)同計(jì)算環(huán)境,基礎(chǔ)能力平臺(tái)提供人工智能、安全、計(jì)費(fèi)、運(yùn)維和仿真開(kāi)發(fā)測(cè)試等能力,形成全域協(xié)同決策與控制的云控基礎(chǔ)能力平臺(tái)。

    (5)用:應(yīng)用層主要包括面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的應(yīng)用和面向交通調(diào)控的交通大腦應(yīng)用,提供安全類(lèi)、效率類(lèi)、信息類(lèi)等多類(lèi)型服務(wù)。

    應(yīng)用服務(wù)器既可以部署在平臺(tái)層,也可以部署在邊緣計(jì)算網(wǎng)元上,前者重點(diǎn)完成宏觀的數(shù)據(jù)服務(wù)、道路規(guī)劃和管理,以及初始規(guī)劃、宏觀交通調(diào)度、車(chē)輛大數(shù)據(jù)監(jiān)管、全局路徑規(guī)劃和全局高精度地圖管理。

2 車(chē)路協(xié)同發(fā)展過(guò)程及性能需求

    隨著我國(guó)5G快速部署,車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)從定位、自動(dòng)駕駛、高精地圖到車(chē)載的信息娛樂(lè),逐步開(kāi)始提供全方位的連接能力,同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)不同行業(yè)之間的數(shù)據(jù)的交互和互聯(lián)互通。

2.1 車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)發(fā)展

    車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)經(jīng)歷了輔助信息交互、協(xié)調(diào)感知、協(xié)調(diào)決策與控制3個(gè)階段的發(fā)展,體現(xiàn)了5G應(yīng)用逐步深化的過(guò)程,如圖2所示。

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    (1)輔助信息交互過(guò)程階段:可以基于信息廣播的車(chē)車(chē)協(xié)同服務(wù),及時(shí)為車(chē)車(chē)碰撞、道路施工等預(yù)警;

    (2)在協(xié)同感知發(fā)展階段:基于簡(jiǎn)單感知的車(chē)路協(xié)同,可以為用戶(hù)提供闖紅燈提醒、特種車(chē)優(yōu)先等服務(wù);基于路邊智能的協(xié)同感知服務(wù),提供路側(cè)智能提醒危險(xiǎn)狀況、弱勢(shì)群體危險(xiǎn)提醒等;基于5G高帶寬的信息服務(wù),動(dòng)態(tài)高精地圖、遠(yuǎn)程監(jiān)控等;

    (3)協(xié)同決策與控制階段:可以基于協(xié)同感知與控制的智能駕駛,為緊急信息通信、高速數(shù)據(jù)下載、廣域信息覆蓋、自動(dòng)泊車(chē)、協(xié)作式交叉路口通行等場(chǎng)景提供服務(wù)。在緊急信息通知方面,利用5G低時(shí)延特性,路面一旦出現(xiàn)異常情況后,可以幾乎實(shí)時(shí)進(jìn)行V2X消息廣播,從而迅速通知提醒周邊車(chē)輛。在高速數(shù)據(jù)下載方面,利用5G超高速帶寬的特點(diǎn),車(chē)路協(xié)同場(chǎng)景下的自動(dòng)駕駛車(chē)輛可以快速下載高精度地圖。同時(shí),用戶(hù)在駕乘過(guò)程中也可以無(wú)卡頓地享受云游戲等高速數(shù)據(jù)服務(wù)。廣域信息覆蓋方面,利用5G網(wǎng)絡(luò)可以連接海量終端,從而實(shí)現(xiàn)路面感知信息大范圍分發(fā),協(xié)助車(chē)輛進(jìn)行預(yù)見(jiàn)性駕駛,減少基站之間的切換。

2.2 典型場(chǎng)景與網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

    車(chē)路協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景分為以用戶(hù)體驗(yàn)為核心的信息服務(wù)類(lèi)應(yīng)用、以車(chē)輛駕駛為核心的汽車(chē)智能化類(lèi)應(yīng)用和以協(xié)同為核心的智慧交通類(lèi)應(yīng)用三大類(lèi)型。

    (1)信息服務(wù)類(lèi)應(yīng)用

    此類(lèi)應(yīng)用既包括提高駕乘體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)歡樂(lè)出行的基礎(chǔ)性車(chē)載信息類(lèi)應(yīng)用,也包括與車(chē)輛上路駕駛、車(chē)輛出行前或出行后的涉車(chē)服務(wù)、后市場(chǎng)服務(wù)、車(chē)家服務(wù)等應(yīng)用。該類(lèi)應(yīng)用需要車(chē)輛具備基本的聯(lián)網(wǎng)通信能力和必要的車(chē)輛基礎(chǔ)狀態(tài)感知能力。

    (2)汽車(chē)智能化類(lèi)應(yīng)用

    此類(lèi)應(yīng)用主要與車(chē)輛行駛過(guò)程中的智能化相關(guān),利用車(chē)上傳感器,隨時(shí)感知行駛中的周?chē)h(huán)境,收集數(shù)據(jù)、動(dòng)靜態(tài)辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤,并結(jié)合導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)算與分析,主要有安全類(lèi)和效率類(lèi)等各種應(yīng)用。

    (3)智慧交通類(lèi)應(yīng)用

    該類(lèi)應(yīng)用是在自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)上,與多車(chē)管理調(diào)度及交通環(huán)境等智慧交通相關(guān),最終支持實(shí)現(xiàn)城市大腦智能處置城市運(yùn)行和治理協(xié)同。

    自動(dòng)駕駛是未來(lái)汽車(chē)的終極發(fā)展目標(biāo)。但由于技術(shù)的發(fā)展規(guī)律,會(huì)經(jīng)歷從最初的輔助駕駛、部分自動(dòng)駕駛、有條件自動(dòng)駕駛、高度自動(dòng)駕駛到未來(lái)的完全自動(dòng)駕駛的發(fā)展階段。根據(jù)不同自動(dòng)化駕駛等級(jí),端到端網(wǎng)絡(luò)性能不盡相同,具體性能指標(biāo)如表1所示[2]

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    其中,車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)特點(diǎn)為毫秒級(jí)超低時(shí)延、大帶寬、高可靠性,通過(guò)5G uRLLC切片提供小于10 ms的時(shí)延,提高協(xié)同效率,實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)化。根據(jù)相關(guān)研究,車(chē)路協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)自動(dòng)化程度要求較高,具體性能要求如表2所示。

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3 車(chē)路協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)切片

    網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)根據(jù)應(yīng)用、場(chǎng)景需求等對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理編排,根據(jù)行業(yè)客戶(hù)需求,按需定制虛擬網(wǎng)絡(luò),可以滿(mǎn)足差異化的服務(wù)等級(jí)協(xié)議(Service Level Agreement,SLA)的QoS需求,通過(guò)切片平臺(tái),為實(shí)時(shí)路況更新、導(dǎo)航準(zhǔn)確度提升、安全駕駛等不同車(chē)路協(xié)同場(chǎng)景提供5G端到端的大帶寬、低時(shí)延、高可靠的靈活定制化服務(wù)。

    對(duì)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)行業(yè),通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)合作,無(wú)需建設(shè)移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)即可更方便、快捷地使用5G網(wǎng)絡(luò),節(jié)省初期建網(wǎng)投資,快速實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。例如,對(duì)于車(chē)路協(xié)同切片,可以提供高可靠低延時(shí)的服務(wù),基于切片間隔離可以保障車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的安全,通過(guò)開(kāi)放接口可以滿(mǎn)足車(chē)輛定位需求,同時(shí)還可以利用網(wǎng)絡(luò)中的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)[3]

3.1 車(chē)路協(xié)同5G切片創(chuàng)建

    5G網(wǎng)絡(luò)切片包括切片設(shè)計(jì)、部署使能、切片運(yùn)行、閉環(huán)優(yōu)化、運(yùn)維、能力開(kāi)放等。為了保證切片的敏捷的特征和業(yè)務(wù)獨(dú)特性,切片可以定制化設(shè)計(jì),包括切片模版設(shè)計(jì)(GST)和實(shí)例化設(shè)計(jì)。模版設(shè)計(jì)階段通過(guò)通信服務(wù)管理功能(CSMF)、切片管理功能(NSMF)和子切片管理功能(NSSMF)的協(xié)同,實(shí)現(xiàn)能力通報(bào)、能力分解和能力匹配。在切片實(shí)例化設(shè)計(jì)階段,需要根據(jù)具體訂單需求觸發(fā):當(dāng)租戶(hù)需要使用網(wǎng)絡(luò)切片時(shí),可以選用預(yù)置的切片模板或定制模版,并通過(guò)CSMF、NSMF和NSSMF逐層確認(rèn)部署信息,進(jìn)行實(shí)例化部署,產(chǎn)生一個(gè)可用的切片網(wǎng)絡(luò)。

    根據(jù)表1和表2信息可知,車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、速率、可靠性等其他性能指標(biāo)要求較高,可以在eMBB和uRLLC切片的基礎(chǔ)上定制不同業(yè)務(wù)和等級(jí)的子切片。結(jié)合車(chē)聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中不同用戶(hù)的個(gè)性化需求,圖3流程可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片按需定制,相關(guān)流程如下:

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    (1)車(chē)聯(lián)網(wǎng)行業(yè)用戶(hù)登錄門(mén)戶(hù)網(wǎng)站訂購(gòu)服務(wù),結(jié)合自己的需求選擇訂單及SLA,例如:若用戶(hù)對(duì)于自動(dòng)化程度要求較高,則應(yīng)該選擇“高級(jí)自動(dòng)化&全自動(dòng)化”切片,時(shí)延可以達(dá)到1~10 ms,同時(shí)選擇好其他SLA參數(shù)(如最大用戶(hù)數(shù)、切片服務(wù)區(qū)域、切片中終端的移動(dòng)等級(jí)、切片資源共享等級(jí));

    (2)切片管理系統(tǒng)根據(jù)租戶(hù)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)切片的SLA要求進(jìn)行接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)等的SLA分解,進(jìn)而進(jìn)行各域資源配置,包括帶寬、時(shí)延等。切片設(shè)計(jì)完成后,進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,避免設(shè)計(jì)過(guò)程存在問(wèn)題,早發(fā)現(xiàn)早解決;

    (3)車(chē)聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)在“切片商城”選擇滿(mǎn)足自己需求的切片(如:“高級(jí)自動(dòng)化&全自動(dòng)化”切片),并提交訂單進(jìn)行付費(fèi);

    (4)切片設(shè)計(jì)完成測(cè)試驗(yàn)證,且用戶(hù)完成付費(fèi)后,進(jìn)行在線(xiàn)部署激活自動(dòng)開(kāi)通,該過(guò)程包含切片的運(yùn)維過(guò)程(如:智能監(jiān)控、故障排除等)。

3.2 車(chē)路協(xié)同5G切片資源調(diào)配

    車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的多樣性和高動(dòng)態(tài)使得網(wǎng)絡(luò)切片資源動(dòng)態(tài)調(diào)整和調(diào)度面臨很大挑戰(zhàn)。其中,切片資源智能調(diào)配可以解決車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)需求的快速變化導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)切片資源動(dòng)態(tài)調(diào)配和管理問(wèn)題,基于切片業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)和根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果制定切片資源調(diào)整策略,相應(yīng)流程如下:

    在資源調(diào)配系統(tǒng)中,不同應(yīng)用的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(例如:對(duì)車(chē)輛及車(chē)載傳感器,路測(cè)攝像頭、雷達(dá)等協(xié)同設(shè)施監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)、紅綠燈告警等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))將通過(guò)切片管理系統(tǒng)傳送給業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)模板;業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè),并將預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)送給智能策略模塊。針對(duì)分析結(jié)果,智能策略模塊可以制定相應(yīng)的資源配置策略,并下發(fā)給切片管理系統(tǒng),實(shí)時(shí)調(diào)整不同切片之間的資源,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自愈。該閉環(huán)管理模式可以保證自動(dòng)駕駛、路況監(jiān)測(cè)、高清地圖、車(chē)輛感知等車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)中其他業(yè)務(wù)的通信需求[4]。

    切片資源智能調(diào)配系統(tǒng)通過(guò)與切片管理系統(tǒng)對(duì)接,智能地調(diào)配切片資源,可以高效解決業(yè)務(wù)需求高動(dòng)態(tài)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)切片管理問(wèn)題,滿(mǎn)足不同車(chē)路協(xié)同場(chǎng)景的差異化需求,提供端到端QoS保障能力[5],圖4給出了切片資源智能調(diào)配系統(tǒng)示意圖。

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3.3 網(wǎng)絡(luò)切片保障車(chē)路協(xié)同安全

    車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)作為車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的連通系統(tǒng),需要具備對(duì)黑客入侵、系統(tǒng)干擾、詐騙等風(fēng)險(xiǎn)的防范能力。信息安全作為車(chē)路協(xié)同場(chǎng)景的重要研究?jī)?nèi)容,主要包括抗黑客攻擊的能力、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)、網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)系統(tǒng)性能的影響、網(wǎng)絡(luò)信息和安全系統(tǒng)的認(rèn)證等。

    其中,網(wǎng)絡(luò)切片可為車(chē)聯(lián)網(wǎng)提供差異化安全保護(hù)策略以及安全解決方案,形成切片安全基線(xiàn)等級(jí)驗(yàn)證機(jī)制,面向不同安全需求提供差異化的安全防護(hù)舉措,具體包括:

    (1)統(tǒng)一切片接入認(rèn)證:切片網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)服務(wù)方和網(wǎng)絡(luò)使用方的實(shí)體身份進(jìn)行鑒別,再依據(jù)切片屬性分配差異化的網(wǎng)絡(luò)能力。車(chē)聯(lián)網(wǎng)所涉及的多方,既包括運(yùn)營(yíng)商、車(chē)主,又包括千差萬(wàn)別的車(chē)輛傳感器,其所采用的身份憑證和所能提供的鑒別能力大相徑庭。針對(duì)不同的認(rèn)證實(shí)體,通過(guò)OpenID、OAuth2等協(xié)議,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份鑒別機(jī)制,提供統(tǒng)一認(rèn)證服務(wù),使各服務(wù)對(duì)象互通互認(rèn),形成可信鏈條;

    (2)切片間安全資源共享與隔離:基于虛擬化技術(shù),實(shí)現(xiàn)安全資源多切片網(wǎng)絡(luò)共享機(jī)制,通過(guò)安全策略差異化實(shí)現(xiàn)以及不同安全策略分權(quán)分域隔離控制的技術(shù),防止不同切片間安全資源的非法濫用和非法入侵;

    (3)基于切片的安全基線(xiàn)檢測(cè):面向網(wǎng)絡(luò)切片控制的安全基線(xiàn)模型和檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)不同安全等級(jí)切片所涉及的主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行脆弱性分析和安全配置核查,通過(guò)差異化的安全防護(hù)措施。

4 結(jié)論

    5G垂直行業(yè)典型應(yīng)用場(chǎng)景車(chē)聯(lián)網(wǎng)已成為業(yè)界研究人員重點(diǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。本文從5G網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化和定制化等能力入手,分析了車(chē)路協(xié)同發(fā)展的過(guò)程以及各場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的需求,并基于車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu),論述典型業(yè)務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)流程,涵蓋切片創(chuàng)建、切片資源調(diào)度和切片安全保障等主要內(nèi)容。5G切片技術(shù)在面向車(chē)路協(xié)同的車(chē)聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景中的應(yīng)用仍處于探索之中,亟需產(chǎn)業(yè)界共同探討合作,構(gòu)建未來(lái)生態(tài)環(huán)境,讓更多行業(yè)能夠從5G中受益。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔波,滕琳雅,吳堅(jiān)鵬,等.5G自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)解決方案探討[J].廣東通信技術(shù),2019,39(2):40-44.

[2] 國(guó)信證券.車(chē)聯(lián)網(wǎng)將成5G應(yīng)用先驅(qū),把握確定性產(chǎn)業(yè)鏈機(jī)遇[Z].2019.

[3] 朱紅梅,林奕琳,劉潔.5G URLLC標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究[J].移動(dòng)通信,2017,41(17):28-33.

[4] 姜磊,宋漢增.5G切片端到端管理系統(tǒng),助運(yùn)營(yíng)商暢享5G新時(shí)代[J].中興通訊技術(shù)(簡(jiǎn)訊),2019(11).

[5] 3GPP TR 23.791.Study of enablers for network automation for 5G,V16.2.0[S].2019.



作者信息:

張  蕾,朱雪田,李金艷

(中國(guó)電信股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新中心,北京102209)

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