5G车联网与专网业务冲突问题研究

［梁晓明 贾国祖 岳欣茹］

1 引言

随着5G技术（5G technology）的蓬勃发展，5G专网与千行百业的深度融合，各垂直行业正快速拥抱5G，并数智化转型。5G专网是运营商基于授权频谱，为行业客户提供服务范围、网络能力和隔离度可定制的5G通信服务。特别是5G专网的UPF网元（User Plane Function），可以靠近用户部署，满足低时延和数据不出园区要求[1]。

与此同时，车联网用户也正在快速从传统4G网络向5G网络迁移。日前工业和信息化部、国家标准化管理委员会联合修订印发了《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）（2023版）》，为车联网产业提供框架更完善、内容更全面、逻辑更清晰的标准体系建设指南，更是加速了5G车联网行业发展[2]。

作者通过实际的业务测试和对5G车联网客户投诉的分析发现，在特定场景下，5G车联网业务与5G专网业务存在冲突情况，会导致5G车联网业务中断。对这种冲突场景导致故障现象、产生原因和解决方案，进行了深入分析和研究，并最终通过骨干SPN方案解决了冲突问题。

2 基本概念

2.1 5G车联网

5G车联网，是指车机系统中搭载5G通信模块，通过5G网络实现车身远控、车机软件OTA、车机远程唤醒、紧急语音和车载娱乐等功能[3]。该通信需求是一个典型的广域网通信需求，车辆会在全国进行漫游（部分出口车辆还涉及到国际漫游）。其典型网络结构如图1所示。

图1 5G车联网架构图

2.2 5G 专网

5G专网目前主要应用在垂直行业领域，此类客户对通信服务有特殊要求，主要包括高可靠性、低延迟和数据不出厂等[4]。特别的，对于低延迟和数据不出厂的5G专网业务要求，需要建设下沉专用UPF，并配置专用切片和专用DNN进行业务流量隔离。典型的5G专网组网架构如图2所示。

图2 5G专网架构图

2.3 SPN网络

SPN（slicing packet network）切片分组网（如图3），是一种中国原创的国际标准技术体系，提供确定、智能、融合的专属连接服务，和全程全网的保障。专属连接通过精细化切片实现，最小颗粒度为10 Mbit/s，不同用户间通过切片进行物理隔离，兼顾信息的安全性[5]。目前受限SPN建设投资等原因，SPN一般以地市为粒度进行建设，不同地市SPN之间暂不互通。

图3 SPN网络示意图

3 业务冲突问题研究

3.1 问题现象

2023年6月，省内在进行某5G车联网业务测试时，发现车辆从A地市（5G核心网控制面使用华为设备）进入B地市（5G核心网控制面使用中兴设备），车联网5G业务中断，无法使用5G网络。2023年7月，某外省已开通5G车联网业务的车辆，在漫游进入到我省B地市时，车联网5G业务中断，无法使用5G网络。两类故障均出现在漫游场景[6]，即省内从A地市漫游到B地市，或外省车辆漫游到省内，判断属于同类问题。

3.2 原因分析

在5G TOB行业应用中，下沉专享边缘UPF（下称下沉UPF）[7]网元靠近用户部署，满足低时延和数据不出园区要求。现阶段，由于N4接口（SMF和UPF之间）未解耦，SMF配置连接的UPF节点只能为同厂家[8]。当在中兴区域的地市部署华为下沉UPF设备时，中兴AMF会选择华为SMF，即出现核心网异厂家插花情况（所用核心网元为：中兴AMF→华为SMF→华为UPF），在华为片区部署中兴下沉UPF亦然。以下举例详细分析故障原因。

（1）业务说明

A地市（5G控制面为华为厂家，下称华为片区）在华为 UPF上开通车联网业务；B地市（5G控制面为中兴厂家，下称中兴片区）开通5G专网业务，新建一套华为下沉UPF。

①A地市（华为片区）开通某车联网业务，使用华为共享UPF、使用华为SMF、使用通用切片、专用DNN1[9]，并通过专线到车联网内部平台。此时华为SMF能力如表1所示。

表1 SMF能力

② B地市（中兴片区）开通某5G专网业务，新建设一套华为下沉UPF（使用华为SMF，该UPF为出局不出园场景、未开通N9接口），使用专用切片A、专用DNN2，在华为SMF上配置了B地市的TAC。此时华为SMF能力如表2所示。

表2 SMF能力

网络拓扑如图4所示。

图4 核心网异厂家插花示意图

（2）问题定位

Step1：当车联网用户漫游至B地市园区所在TAC，建立会话时，携带通用切片+专用DNN1+B地市TAC，使用的AMF为B地市中兴AMF；

Step2：B地市中兴AMF按照通用切片+专用DNN1+B地市TAC，向NRF申请SMF；

Step3：NRF发现华为SMF具备通用切片+专用DNN1+B地市TAC能力，向中兴AMF返回华为SMF，此时出现问题，本应该为漫游场景，应选择B地市中兴I-SMF及A地市华为A-SMF，却选择了华为SMF做本地SMF；

Step4：中兴AMF选择到华为SMF后，华为SMF在B地市本地（由于SPN不跨地市）只能选择B地市园区下沉华为UPF；此时用户面路径为：车联网终端→B地市基站→B地市华为下沉UPF，由于该下沉UPF无N9能力（自身属性也非I-UPF）、也未配置到车联网DNN及链路，导致业务无法送达车联网内网，业务中断，如图5所示。

图5 插花问题导致车联网业务中断示意图

3.3 解决方案制定

通过综合分析5G网络架构、5G车联网和专网业务模式，综合制定了以下3种可行的解决方案。

（1）本地漫游

该方案核心思路为：将5G专网园区下沉UPF，模拟为非本地市的下沉UPF。具体操作方案为：5G专网插花建设的园区下沉UPF（沿用以上业务场景举例，B地市新建华为下沉UPF），不在华为SMF上配置B地市TAC信息（或配置非本B地市的TAC）。按照该方案调整后，5G专网和5G车联网业务流程如下：

①5G专网业务信令及用户面路径：

信令面：园区终端→B地市基站→B地市中兴AMF→B地市中兴SMF（I）→华为SMF（A）

用户面：园区终端→B地市基站→B地市中兴共享UPF（I）→B地市华为下沉UPF（A）→园区客户

② 5G车联网漫游业务信令及用户面路径：

信令面：车联网终端→B地市基站→B地市中兴AMF→B地市中兴SMF（I）→华为SMF（A）

用户面：车联网终端→B地市基站→B地市中兴共享UPF（I）→A地市华为共享UPF（A）→车联网客户

（2）SMF分组

该方案核心思路为：通过SMF分组的方式，将2B SMF分为两组，一组用于配置通用切片，另一组用于配置专用切片。具体操作方案为：B地市5G专网项目由于是专用切片，配置在华为专用SMF分组；A地市车联网项目由于是通用切片，配置在华为通用SMF分组。按照该方案调整后，5G专网和5G车联网业务流程如下。

①5G专网业务信令及用户面路径

信令面：园区终端→B地市基站→B地市中兴AMF→华为专用SMF

用户面：园区终端→B地市基站→B地市华为下沉UPF→园区客户

② 5G车联网漫游业务信令及用户面路径

信令面：车联网终端→B地市基站→B地市中兴AMF→B地市中兴SMF（I）→华为通用SMF（A）

用户面：车联网终端→B地市基站→B地市中兴共享UPF（I）→A地市华为共享UPF（A）→车联网客户

（3）骨干SPN疏导

该方案核心思路为：通过骨干SPN疏导5G车联网漫游流量。具体操作方案为：在存在插花地市的5G专网业务所用SMF（B地市华为SMF）上，新增I-UPF配置（该I-UPF可选择A地市共享UPF），对于5G车联网漫游业务，插入该I-UPF进行流量疏导。按照该方案调整后，5G专网和5G车联网业务流程如下。

①5G专网业务信令及用户面路径

信令面：园区终端→B地市基站→B地市中兴AMF→华为SMF

用户面：园区终端→B地市基站→B地市华为下沉UPF→园地市客户

② 5G车联网漫游业务信令及用户面路径

信令面：车联网终端→B地市基站→B地市中兴AMF→华为SMF

用户面：车联网终端→B地市基站→骨干SPN→A地市共享UPF→车联网客户

4 冲突解决方案比对及实施建议

综合考虑现网投资、网络改造和业务满足度等因素，对三类解决方案优劣势对比如表3所示。

表3 优劣对比

经过对3个解决方案进行优劣势对比，建议优先选取骨干SPN疏导方案。

5 结束语

当前，UPF与SMF的N4接口尚未完全开放、服务化能力尚未完全实现，要在后续网络演进过程中推进解耦测试验证，实现N4接口完全解耦，提升网络能力和业务开展灵活性[10]。

由于5G网络可以按照客户需求进行灵活定制，随着5G技术和业务类型更加多样化，5G不同业务场景之间发生冲突的概率越来越大。因此，在进行5G业务产品设计时，需要充分进行技术论证，特别是论证是否与现有业务存在冲突问题；在后续5G网络演进时，应按照“高内聚低耦合”的原则，推进同一功能模块内部的内聚程度，并实现模块间接口的完全解耦（如本文中N4接口）。