5G 高清摄像机在 SA 组网下业务异常中断机理研究

杨跃平，向海洲

（中国联合网络通信有限公司南京市分公司，江苏南京 210005）

1 背景

2018年6月，第五代通信技术（5G）第一个版本R15冻结。2020年，第三代合作伙伴计划（3GPP）宣布进一步完成5G标准规范版本R16。2020年3月伊始，中国联合网络通信有限公司南京市分公司与南京地铁集团有限公司联合开展5G+MEC智慧轨道交通项目，5G+MEC智慧轨道交通项目网络框架图如图1所示。依托联通5G、多接入边缘计算（MEC）和切片技术，在南京地铁马群车辆基地建全场景5G专网覆盖，搭建行业首个现场边缘计算平台，开展基于服务质量（QOS）调度优先级的软切片和全国首个基于资源块（RB）预留的硬切片业务承载验证，完善5G公网专用路线图和差异化网络服务体系，同时实现地铁六大专业十余个子系统的5G专网承载，项目于2020年8月入选南京2020首批发布的十七大新应用场景重点项目清单，由南京市工业和信息化发展专项资金（第三批）支持。2021年4月28日，南京地铁联合创新实验室挂牌成立，对外发布《轨道交通行业5G公专网白皮书》，以促进5G在轨道交通行业的实质性推广。

在5G与轨道交通业务打通过程中，项目研发小组发现一系列跨行业产品协议、版本、端口、述语之间的匹配异常，项目涉及地铁信号、车辆、综合监控、闭路电视监控系统（CCTV）及乘客信息系统（PIS）、运维大数据等不同厂家以及不同制式的设备与通信接口。

同时项目组对轨道交通行业子系统业务流进行数据网络名称（DNN）归类，形成了5G+MEC数据流量本地卸载流程图，如图2所示。

2 故障产生环境

以南京地铁2号线马群车辆基地为平台，5G室外覆盖主要是马群基地信号楼、综合楼、地铁2号线测试轨行区；室内覆盖列检维修车库、试车线设备室。测试轨行区距离长1.20 km，在0.00 km、0.40 km、0.80 km、1.20 km 4处（对应图3中1、2、3、4）分别布置4个固定5G高清摄像机，对整个轨行区范围实施生产监控，马群基地测试轨行区宏站覆盖方案如图3所示。MEC节点部署在马群园区机房内，实现数据不出场，降低网络时延，保证网络安全。地铁多接入边缘计算平台（MEP）通过城域网5G+MEC虚拟专用网络（VPN）实现南京地铁多接入边缘计算平台管理（MEPM），同时对MEP边缘分流能力进行调度和应用生命周期进行管理。地铁用户面功能（UPF）连接1对智能城域网接入路由器（MAR），实现与无线基站对接N3业务，N3主要实现基站与UPF之间交互，马群车辆基地MEC组网结构如图4所示。

3 故障现象

南京地铁马群车辆基地1.2 km轨旁的4个固定5G高清摄像机位，主要完成对整个轨行区环境实施安全监控，使用5G网络实时将视频流回传平台，各机位5G网络参考信号接受功率强度良好（RSRP≥-90 dBm），信号与干扰加噪声比为优级（SINR≥10 dB），网络信号稳定且无明显干扰，4个高清摄像机分2种不同方式接入5G，每组2台，其中1组摄像机使用外置5G 客户终端设备（CPE）接入，另1组采用内部集成5G模组的方式接入，均支持非独立组网（NSA）和独立组网（SA）双模式接入。在视频流传输过程中，使用内部集成5G模组的摄像机画面流畅无卡顿，但每隔10～20 min会出现规律性视频掉线，该故障反复重现，故障出现后视频无法自动恢复，手动重启方可暂时恢复，严重影响正常使用。而通过外置客户终端设备接入的摄像机未出现类似情况，可保持视频永久在线，画面流畅无卡顿。

4 故障形成机理

网络环境：视频掉线后5G链路断开，因特网包探索器 （ping）异常（目标地址不可达），视频流掉线时网络未出现异常中断问题，现场实测平均RSRP为-88 dBm，SINR为18.35 dB，上下行测速正常，同区域其他机位回传正常。

终端侧错误代码：从摄像机终端侧进行跟踪，故障时，抓取到摄像机内部错误代码为^NDISSTATQRY: 0, 32,,”IPV4”,0,50,,”IPV6”，其 中0表示 当前网络连接断开，错误代码是32，该错误码是由网络侧回馈终端。视频掉线时该机位5G终端触发向长期演进技术（LTE）切换的请求，实验场5G 独立组网网络暂未设置与LTE之间的互操作参数，切换失败，链路中断。

网络侧信令流程：故障发生时，通过跟踪接入网（RAN）到接入和移动性管理功能（AMF）、会话管理功能（SMF）到网络功能（NF）、用户终端（UE）到AMF网元等信令，经追踪发现UE向核心网AMF网元交互信令的过程中DNN 中有IP多媒体子系统（IMS），表示异常5G模组在SA网络下发起数据业务的过程中会发起IMS类业务。但当前SA并不支持IMS功能，测试用物联网卡统一数据管理功能（UDM）签约属性中并不支持IMS业务，终端周期性发起IMS注册请求，多次注册请求超时后，终端触发向LTE的切换，因此出现上述故障（即网络断开），核心网信令跟踪结果如图5所示。

故障触发逻辑：首先，5G模组芯片由厂家封装好后发给终端厂家进行二次开发，芯片使用厂家根据自身需求进行定制开发，不同终端厂家开发策略不同，如本次故障网络摄像机（IPC）对应的电话和语音等业务需求，属于该类型终端产品的标配功能，用于终端在接入网络后周期性上报文本（string）格式的设备状态信息至后台服务器。其次，终端生成的文本格式信息通过“string IMS”请求发送，由于当前5G SA版本和现场环境暂不具备5G语音通话（VoNR）能力，同时本项目的5G摄像机终端主要用于传送视频类数据流，所使用签约用户识别模块（SIM）卡为物联网卡，未签约短信息/话音功能，未配置对应的IMS业务能力，从而导致IMS业务请求失败，按运营商网络异系统互操作逻辑，会触发基于演进的分组系统回落（EPS Fallback）的异系统切换，导致终端向LTE网络发起切换，造成5G数据业务掉线，视频连接掉线，故障触发逻辑如图6所示。

5 关键技术研究与验证结果

由基于终端自主生成字符代码的周期上传业务所导致的5G连接中断问题，其根源在于5G网络业务模式与终端工作流程不匹配，经研发小组内部讨论提出以下2种应对方案。

（1）关闭摄像机终端内部生成字符信息并自动上传功能模块，该方案需要向华为研发部申请授权码，并认真理解开发文档，找出关闭该功能的可执行脚本。在获取华为授权并分析原开发文档后，利用AT拨号发起数据业务注册流程，经多次试验验证，以如下步骤操作可达到目的：①输入命令"at^version?"查询版本信息，查看返回的版本信息是否正确，不正确需要进行升级；②输入命令"ATE1"设置主机显示模组返回的相应信息，通过返回信息判断是否正确；③输入"AT+CIMI"查询SIM卡的国际移动用户识别码（IMSI）值，返回结果为460066600200017，其中国家代码（MCC）为460，网络代号（MNC）为06，标识移动用户身份（MSIN）为6600200017；④利用at^ndisdup进行网络注册，故障摄像头接入点名称（APN）设置为jsnj5gtest03snjiot，然后，输入命令："AT^ NDISSTATQRY?"，查询网络接口驱动（NDIS）连接状态。模组连接成功如图7所示，结果显示为^NDISSTATQRY: 1, 0,, ”IPV4”,0,50,,”IPV6”，其中1表示模组连接成功，IPV4处于连接状态，IPV6断开状态。

（2）网络侧提供5G SA环境下业务态支持短信息发布的业务通道。5G SA网络基于云原生设计，控制面采用基于服务的架构（SBA），SBA= NF（网络功能服务）+SBI（基于服务的接口），NF通过SBI组成模块化的NF服务（即微服务），且是无状态的，可灵活扩展、重用，从而可弹性高效、灵活敏捷的通过网络切片等技术赋能千行百业的多样化应用，打通VoNR的关键在于5G核心网与IMS的融合。

在VoNR方案下，UE先连接第五代系统（5GS），通过5GS注册IMS，要求5GC与IMS之间需实现互联互通；同时，为支持VoNR与长期演进语音承载（VoLTE）之间平滑切换，5GC需支持N26和S5接口，以实现与EPC之间紧密交互，业务流向如图8所示，由于VoNR功能升级主要在5GC核心网，现场暂不具备条件，将留待下一步网络升级验证。

在关闭5G模组芯片的文本信息主动发送功能后，本项目用5G高清摄像机再未出现视频掉线问题，5G+MEC为高清监控摄像机提供大带宽、低时延、高画质、无卡顿的空中通道，达到预期效果，5G摄像机实时高清上传图像如图9所示。

6 分析总结

该案例问题成功解决，依赖于项目组研发团队对故障点进行了科学分析和理性判断，建立了故障分析和一般处理流程，合作各方快速扫清项目技术难点。

5G与垂直行业应用融合创新是5G时代运营商突破管道运营的关键，也是践行国家网络强国战略的重要实践，伴随着行业需求，5G终端的丰富性和多样性将呈现井喷式发展。作为5G创新产品研发和推广的前沿部门，在5G应用创新方新未艾的阶段，5G创新中心不仅要将5G技术和能力与行业需求融合，从而构建端到端落地解决方案，同时更承担了跨领域5G技术融合打通的工作。本案例体现出5G创新对运营商提出了更高的要求，同时也体现出5G面向政企行业（5GToB）时代以运营商为交付核心的商务模式逐渐形成。5G时代的运营商逐步掌握5GToB应用中贯通云、网、边、端、业的核心能力，在解决企业信息化端到端问题中发挥着重要作用。