国家智能网联汽车（武汉）示范区5G专网应用实践

丁巍，李柱，张辉

（车百智能网联研究院（武汉）有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

在国家智能网联汽车（武汉）示范区二期项目中，利用5G专网的混合专网模式[1]，路侧所有杆件的数据均采用5G 空口方式回传，同时车载端5G OBU设备同样采用5G空口方式回传，实现路端及车载终端全部真正的5G空口通信，充分利用5G网络的大带宽、低延迟、高速率和高可靠性的优势，满足示范区测试应用需求，同时大大降低路侧施工难度与成本，解决有线大面积管道铺设，成本高、工期慢等问题[2]。另外，后期5G专网可灵活选择并兼容各个运营商网络，有效降低后期管理运维难度和成本。

1 实践方案

从图1中可以看到路侧感知设备主要有摄像机、毫米波雷达、雷达视频一体机、气象和路面传感器等设备，其中前3种感知设备一般在路口共杆部署，气象和路面传感器独立部署于特定的路段；路侧通信设备包括5G RSU和5G CPE，一般同一个路口只选择一个方向布设一套5G RSU，其他路口方向布设5G CPE；车端设备主要有5G OBU和智能后视镜。

图1 武汉示范区车联网网络拓扑图

雷视一体机、摄像机、毫米波雷达和5G RSU/CPE均以有线以太网方式接入同一个接入交换机，5G RSU、5G CPE、5G OBU均以无线方式接入5G SA基站，5G SA基站通过就近的传输网络接入位于数据中心的边缘专用UPF，边缘UPF和机房核心交换机直连以接入车联网应用平台，实现本地流量卸载和数据不出场，同时降低网络传输时延；智能后视镜、气象和路面传感器由于只支持4G，均以4G无线方式接入4G基站，4G基站通过专线接入4G核心网，通过公用传输网络与机房核心交换机连接后接入车联网应用平台[3]。

另外，5G OBU和5G RSU之间，以及OBU与OBU之间的可通过PC5接口直接通信，传输低时延业务数据，满足V2X的应用场景需求。如图2：

图2 武汉示范区车联网数据流向图

路侧感知数据通过5G RSU或5G CPE走5G UU口接入最近的5G SA基站，同样OBU的一部分业务消息通过和RSU间的PC5接口与5G RSU直接通信由5G RSU接入最近的5G SA基站，一部分业务消息通过自身的5G UU口直接接入5G SA基站；除控制信息外，来自专网用户的业务数据将通过就近的SPN网络直接传输至部署在数据中心机房的边缘UPF，边缘UPF与车联网应用平台直接交互，完成端到端业务流程闭环。

其他无5G模组的终端设备，如车载后视镜，气象/路面传感器等通过4G UU口接入最近的4G基站，另外搭载5G OBU的车辆可能移动到无5G覆盖或者5G弱覆盖的区域，也需通过4G UU接入4G基站。与5G专网不同的是，走4G链路的所有数据需经过公用传输网络和4G公用核心网后再接入数据中心机房至车联网应用平台，数据需经过互联网传输，不区分车联网用户与普通用户的业务数据，无法选择最优传输路径，数据安全性与传输时延得不到保障。

2 实践效果

2.1 网络信号质量测试

通过对示范区开放道路沿线的5G网络信号质量进行路测，结果显示测试线路上所有SS-RSRP≥-93dBm&SSSINR≥-3的采样比例为98.7%，满足项目规定的≥95%的技术要求。如图3：

图3 网络信号质量测试结果展示

2.2 网络稳定性测试

摄像机和雷视一体机的视频流数据均通过5G RSU/5G CPE的Uu口回传到视频管理平台，平台对回传的视频流数据进行实时存储和显示，而且还可进行回放分析。通过对存储的视频流数据进行回放分析并统计，结果显示5G专网可实现连续72小时无断点回传，网络稳定性满足示范区视频数据回传的应用需求。如图4：

图4 网络稳定性测试结果展示

2.3 端到端时延测试

端到端时延主要有3种场景：第一种为5G专网覆盖区域内的路侧杆件通过5G RSU/5G CPE进行通信的固定场景，第二种为5G专网强覆盖区域内ADAS公交车行驶路线的移动场景，第三种为5G专网和4G公网协同覆盖区域的车路协同/车联网应用车辆行驶的移动场景。

对于第一种场景，220个杆件端到端平均时延7.94ms（往返时延15.88ms），其中216个点位的平均时延在10ms（往返时延20ms）以下；对于第二种场景，端到端平均时延12.075ms（往返时延24.15ms）；对于第三种场景，端到端平均时延19.61ms（往返时延39.22ms）。以上端到端时延的网络性能指标均处于国内领先水平，可满足车路协同场景的应用需求[4]。如图5所示。

图5 5G 专网覆盖区域内移动车辆时延测试

2.4 上行吞吐量测试

吞吐量测试场景与端到端时延测试的三种场景一样。

对于5G第一种场景，选取连续三个路口合计10个RSU/CPE点位，从RSU/CPE侧统计UU口5分钟的应用层平均上行速率均在100Mbps以上，目前示范区各杆件上的数据上行带宽需求均小于40Mbps，因此5G专网的上行吞吐量可满足数据上传的带宽需求。

对于5G第二种场景，测试线路上行FTP平均速率为91.5Mbps，路测上行速率高于100Mbps采样点数/路测上行速率总采样点数占比为43.25%，路测上行速率低于20Mbps采样点数/路测上行速率总采样点数占比为0.24%，满足ADAS公交的数据上传带宽需求。

对于5G第三种场景，测试线路上行FTP平均速率为53.7Mbps，路测上行速率高于50Mbps 采样点数/路测上行速率总采样点数占比为83%，路测上行速率低于10Mbps 采样点数/路测上行速率总采样点数占比为1.8%，满足普通公交的数据上传带宽需求。

2.5 5G/4G兼容性测试

国家智能网联汽车(武汉)示范区内实现了5G专网全覆盖，为了确保测试和应用车辆（如智能公交车）驶出示范区范围外仍能向平台正常上报车辆状态数据，5G专网应具备向下兼容4G公网的能力。通过在道路上对5G/4G兼容性进行测试，测试结果表明当终端进入无5G专网覆盖的区域内时，可快速切换到4G公网，当终端进入5G专网覆盖的区域内时，可快速切换到5G专网，其中5G至4G切换时延约为56ms，小于BSM数据包100ms的发送周期，满足数据传输需求[5]。

3 结语

在路侧和车端通过5G SA专网进行路侧和车端数据回传，充分利用5G网络的大带宽、低延迟、高速率、高可靠性的优势，通过共用无线资源、核心网共用、专用传输链路、网络切片、UPF下沉实现数据本地化、流量卸载本地分流快速闭环，以及车联网业务低时延和安全保障。武汉示范区项目二期中开创性采用全5G空口通信方案的实践表明，在工程上能大大降低路侧通信施工难度、施工周期和建设成本，并在工程实践中验证了5G专网功能和性能可以满足国家智能网联汽车（武汉）示范区二期项目的智能网联路侧和车端业务的测试应用需求。