5G車聯網與專網業務沖突問題研究

［梁曉明 賈國祖 岳欣茹］

1 引言

隨著5G技術（5G technology）的蓬勃發展，5G專網與千行百業的深度融合，各垂直行業正快速擁抱5G，并數智化轉型。5G專網是運營商基于授權頻譜，為行業客戶提供服務范圍、網絡能力和隔離度可定制的5G通信服務。特別是5G專網的UPF網元（User Plane Function），可以靠近用戶部署，滿足低時延和數據不出園區要求[1]。

與此同時，車聯網用戶也正在快速從傳統4G網絡向5G網絡遷移。日前工業和信息化部、國家標準化管理委員會聯合修訂印發了《國家車聯網產業標準體系建設指南（智能網聯汽車）（2023版）》，為車聯網產業提供框架更完善、內容更全面、邏輯更清晰的標準體系建設指南，更是加速了5G車聯網行業發展[2]。

作者通過實際的業務測試和對5G車聯網客戶投訴的分析發現，在特定場景下，5G車聯網業務與5G專網業務存在沖突情況，會導致5G車聯網業務中斷。對這種沖突場景導致故障現象、產生原因和解決方案，進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車聯網

5G車聯網，是指車機系統中搭載5G通信模塊，通過5G網絡實現車身遠控、車機軟件OTA、車機遠程喚醒、緊急語音和車載娛樂等功能[3]。該通信需求是一個典型的廣域網通信需求，車輛會在全國進行漫游（部分出口車輛還涉及到國際漫游）。其典型網絡結構如圖1所示。

圖1 5G車聯網架構圖

2.2 5G 專網

5G專網目前主要應用在垂直行業領域，此類客戶對通信服務有特殊要求，主要包括高可靠性、低延遲和數據不出廠等[4]。特別的，對于低延遲和數據不出廠的5G專網業務要求，需要建設下沉專用UPF，并配置專用切片和專用DNN進行業務流量隔離。典型的5G專網組網架構如圖2所示。

圖2 5G專網架構圖

2.3 SPN網絡

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

圖3 SPN網絡示意圖

3 業務沖突問題研究

3.1 問題現象

2023年6月，省內在進行某5G車聯網業務測試時，發現車輛從A地市（5G核心網控制面使用華為設備）進入B地市（5G核心網控制面使用中興設備），車聯網5G業務中斷，無法使用5G網絡。2023年7月，某外省已開通5G車聯網業務的車輛，在漫游進入到我省B地市時，車聯網5G業務中斷，無法使用5G網絡。兩類故障均出現在漫游場景[6]，即省內從A地市漫游到B地市，或外省車輛漫游到省內，判斷屬于同類問題。

3.2 原因分析

在5G TOB行業應用中，下沉專享邊緣UPF（下稱下沉UPF）[7]網元靠近用戶部署，滿足低時延和數據不出園區要求?，F階段，由于N4接口（SMF和UPF之間）未解耦，SMF配置連接的UPF節點只能為同廠家[8]。當在中興區域的地市部署華為下沉UPF設備時，中興AMF會選擇華為SMF，即出現核心網異廠家插花情況（所用核心網元為：中興AMF→華為SMF→華為UPF），在華為片區部署中興下沉UPF亦然。以下舉例詳細分析故障原因。

（1）業務說明

A地市（5G控制面為華為廠家，下稱華為片區）在華為 UPF上開通車聯網業務；B地市（5G控制面為中興廠家，下稱中興片區）開通5G專網業務，新建一套華為下沉UPF。

①A地市（華為片區）開通某車聯網業務，使用華為共享UPF、使用華為SMF、使用通用切片、專用DNN1[9]，并通過專線到車聯網內部平臺。此時華為SMF能力如表1所示。

表1 SMF能力

② B地市（中興片區）開通某5G專網業務，新建設一套華為下沉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。此時華為SMF能力如表2所示。

表2 SMF能力

網絡拓撲如圖4所示。

圖4 核心網異廠家插花示意圖

（2）問題定位

Step1：當車聯網用戶漫游至B地市園區所在TAC，建立會話時，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發現華為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，此時出現問題，本應該為漫游場景，應選擇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地市園區下沉華為UPF；此時用戶面路徑為：車聯網終端→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）、也未配置到車聯網DNN及鏈路，導致業務無法送達車聯網內網，業務中斷，如圖5所示。

圖5 插花問題導致車聯網業務中斷示意圖

3.3 解決方案制定

通過綜合分析5G網絡架構、5G車聯網和專網業務模式，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專網園區下沉UPF，模擬為非本地市的下沉UPF。具體操作方案為：5G專網插花建設的園區下沉UPF（沿用以上業務場景舉例，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）。按照該方案調整后，5G專網和5G車聯網業務流程如下：

①5G專網業務信令及用戶面路徑：

信令面：園區終端→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）→園區客戶

② 5G車聯網漫游業務信令及用戶面路徑：

信令面：車聯網終端→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：車聯網終端→B地市基站→B地市中興共享UPF（I）→A地市華為共享UPF（A）→車聯網客戶

（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專網項目由于是專用切片，配置在華為專用SMF分組；A地市車聯網項目由于是通用切片，配置在華為通用SMF分組。按照該方案調整后，5G專網和5G車聯網業務流程如下。

①5G專網業務信令及用戶面路徑

信令面：園區終端→B地市基站→B地市中興AMF→華為專用SMF

用戶面：園區終端→B地市基站→B地市華為下沉UPF→園區客戶

② 5G車聯網漫游業務信令及用戶面路徑

信令面：車聯網終端→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：車聯網終端→B地市基站→B地市中興共享UPF（I）→A地市華為共享UPF（A）→車聯網客戶

（3）骨干SPN疏導

該方案核心思路為：通過骨干SPN疏導5G車聯網漫游流量。具體操作方案為：在存在插花地市的5G專網業務所用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車聯網漫游業務，插入該I-UPF進行流量疏導。按照該方案調整后，5G專網和5G車聯網業務流程如下。

①5G專網業務信令及用戶面路徑

信令面：園區終端→B地市基站→B地市中興AMF→華為SMF

用戶面：園區終端→B地市基站→B地市華為下沉UPF→園地市客戶

② 5G車聯網漫游業務信令及用戶面路徑

信令面：車聯網終端→B地市基站→B地市中興AMF→華為SMF

用戶面：車聯網終端→B地市基站→骨干SPN→A地市共享UPF→車聯網客戶

4 沖突解決方案比對及實施建議

綜合考慮現網投資、網絡改造和業務滿足度等因素，對三類解決方案優劣勢對比如表3所示。

表3 優劣對比

經過對3個解決方案進行優劣勢對比，建議優先選取骨干SPN疏導方案。

5 結束語

當前，UPF與SMF的N4接口尚未完全開放、服務化能力尚未完全實現，要在后續網絡演進過程中推進解耦測試驗證，實現N4接口完全解耦，提升網絡能力和業務開展靈活性[10]。

由于5G網絡可以按照客戶需求進行靈活定制，隨著5G技術和業務類型更加多樣化，5G不同業務場景之間發生沖突的概率越來越大。因此，在進行5G業務產品設計時，需要充分進行技術論證，特別是論證是否與現有業務存在沖突問題；在后續5G網絡演進時，應按照“高內聚低耦合”的原則，推進同一功能模塊內部的內聚程度，并實現模塊間接口的完全解耦（如本文中N4接口）。