5G网络切片在智能车路协同系统中的运用研究

作者简介：夏丽丽（1984—），讲师，研究方向：物流管理。

摘要：5G网络技术作为物联网时代的基础设施，具有速率高、时延低、容量大等优势，在物联网时代具有众多应用场景，发挥着至关重要的作用，而网络切片技术的出现满足了不同应用场景对于5G网络个性化、柔性化的部署需求。文章对5G网络切片技术进行了介绍，研究了智能车路协同系统的框架，分析了5G网络切片在智能车路协同系统中的实际应用，并针对5G网络切片的安全发展提出了一些建议，以期为研究和推广智能车路协同系统应用提供借鉴。

关键词：5G网络切片;智能车路协同系统;运用

中国分类号：U491.2+5A481773

0 引言

在“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念下，智能网联汽车成为交通出行以及节能环保的重要解决方案。上海、长沙、无锡等6个城市已经成为智能网联汽车与智慧城市基础设施协同发展的首批试点城市，部分城市已经完成智能网联开放道路、智慧高速公路、5G基站等设施的建设，智能网联车也成为智能交通系统的要点与重点环节。伴随着单车智能系统发展过程中遇到的感知能力提升的瓶颈，业内把智能驾驶的方向指向了“单车智能+V2X”。V2X更加强调车与路的协同调配，智能车路协同成为通往未来城市智慧交通和自动驾驶的路径[1]。通过将5G网络切片应用在智能车路协同系统当中，能够为不同业务场景的车联网业务提供高端的具有灵活可靠性的定制化服务，极大提升了用户体验以及交通运行效率。基于此，本文将对5G网络切片在智能车路协同系统中的运用进行研究。

1 5G网络切片的含义分析

通过对5G白皮书进行细致、认真的分析和研究之后，发现在5G网络支持的不同的运用场景中，不同的用户对于网络的功能和服务有不同的要求，绝大部分用户都希望能够为自己提供个性化、定制化的特色服务[2]。站在功能的角度来看待这一问题，最科学、合理的方法就是制定出一系列专门网络，每种类型的用戶都可以在其中找到与其需求相契合、相对应的网络，这些专用的网络具有能够匹配每个用户并为其定制个性化需求的相关功能和相关网络操作服务。

伴随着云计算等新型技术的出现，一个不同逻辑网络的思想随之出现，这种逻辑网络就被专业人士称之为网络切片。5G网络切片在网络服务模式当中具有新颖性，每个切片都严格根据业务场景需求和话务模型进行网络功能的定制、剪裁以及管理。

通过对于网络切片的建设理念进行仔细的分析和研究发现，网络切片能够与运营商灵活的定制服务要求相符合、相一致，主要内容包括：（1）不同的用户对于网络服务的质量自然会提出各种各样的要求，而5G网络切片能够将各种各样的要求全部满足;（2）与不同种类业务场景对于网络功能的要求相符合，这种切片又被专业工作人员称之为功能定制切片;（3）满足于虚拟网络运营者所提出来的需要，将网络资源科学、合理地进行分配与调整，将其分为不同资源子集的切片，这种专业的级别又被相关工作人员称之为虚拟运营切片。

2 智能车路协同系统架构成研究

智能车路协同系统的框架主要是将智能道路基础设施作为依托和基础，运用了智能交通和自动驾驶等决策与控制的能力，实现了智能网联车的全部感知，进一步推动交通系统朝着更加智能的方向发展。智能车路协同系统主要是运用了现阶段最先进的互联网技术与无线通信技术作为主要的技术手段，实现了人、车、路的动态信息交互共享以及智慧化的协同配合，提高了交通安全率以及交通通信效率，真正缓解了交通拥挤、交通堵塞等问题，减少了尾气排放给环境带来的污染问题。智能车路协同系统主要由三部分构成[3]，分别是智慧路侧系统、智慧车载系统、智慧云平台。

车路协同中的智慧路侧系统将边缘计算机平台作为基础，打造完成具有差异性空间的智能协同感知，基于网络通信、传感识别等技术构建多种类型的路侧设备，如智能道路摄像头、智能信号灯、路面检测传感器等，实现采集高精度的车流量、通行速度、道路路面情况、环境温湿度等信息的功能，并通过路侧通信系统将汇集的信息上传至智慧云平台，实现路侧系统与交通控制中心、路侧设备之间以及路侧系统与车辆、人之间的全面链接。

智慧车载系统借助于车辆上安装的定位装置、各种参数传感器、摄像头等，可以实时检测并采集车辆运行数据，感知周围环境，同时借助于5G网络搭建的道路、车辆、云技术三者高水平、高效率智慧云平台，实现车内通信、车车通信、车路通信，实现车辆在行驶过程中的各种信息交互。同时，智慧云平台能够进行大数据的分析基础控制等[4]，还能够对车辆运行、交通、环境、基础设施进行全面的计算，真正实现人工智能运维仿真，最终完成全域协同决策。

3 5G网络切片在智能车路协同系统中的运用场景

车路协同的应用场景目前主要围绕车联网的应用，并朝着自动驾驶场景发展。5G网络切片技术能够为智能车路协同系统中的不同应用场景提供独立、隔离、集成的网络环境，切片的容量、效率、连接密度等都可以结合运营需求进行选择和定制，能够真正地实现不同网元间的端到端应用，科学、合理地运用切片服务，真正地满足不同的应用要求。

3.1 信息服务类应用场景

将5G网络切片应用在车路协同系统当中，把提高用户的体验作为基础，将车辆驾驶作为最终的目标，主要的工作就是提供优质的信息服务。在信息服务类应用场景中，一个用户设备通过5G接入网能够同时连接到一个或者多个网络切片，当用户终端发出注册请求时，一般需要通过接入网对服务于用户设备的接入管理功能进行初始选择，通过切片服务选择来定制用户提出来的各种需求服务，让用户感受到最优质的业务体验。这类应用一方面体现于车内信息服务，比如出行前、出行中的各种道路交通状况、途中异常交通时间的详细信息、推荐替换路线、附近加油站、维修站等后市场服务信息以及定制的娱乐服务等;另一方面体现在车与X（车、路、人、交通设施设备等）之间的信息交互共享。车路协同作为未来智慧运输管理系统的核心部分，通过5G网络切片提供的低时延、高容量、高可靠性的个性化定制化服务进行信息的交互和共享来实现车辆、道路和使用者之间的联系，从而构建一种用户体验更加优质、更加高效、更加低碳环保新形态的综合运输系统。

3.2 安全控制类应用场景

智能车路协同5G切片资源配置能够严格地按照不同的应用业务数据，对驾驶人员进行红绿灯的预警，还能够协同专业设施监控等功能。对前方交通事故、堵车等情况进行提前预警，预防车车碰撞、交通堵塞等情况，并对交通系统运行情况进行实时检测以及科学的预测，制定健全、完善的资源数据并下发给相关的切片管理系统，提供驾驶路况监督与检测及优质的地图服务，保障交通安全。

5G网络切片还能够让车路协同变得更加安全，降低黑客入侵、系统干扰、诈骗等风险发生的可能与概率。经过车联网不同的安全保护策略和安全解决方式，形成安全基线等级验证方法，无论是对于服务方还是网络使用方的实体身份都要进行严格的审查，运用虚拟化技术真正地实现安全资源多网络共享机制。

4 5G网络切片安全发展策略研究

5G網络切片安全问题主要来源于网络切片本身的安全威胁以及虚拟化网络带来的安全风险。（1）5G网络切片技术为用户提供灵活的定制网络服务，但用户存在访问多个网络切片或者以未授权的方式操作切片等情况，这些情况都会带来信息泄漏、非正常通信等不安全问题;（2）网络虚拟化在为5G网络切片提供了技术支持的同时，也带来了诸如虚拟网元功能不同生命周期阶段的不同安全风险，网络功能虚拟化基础设施解决方案中诸如虚拟机安全风险，硬件资源遭受病毒或者盗窃等风险，基础网络的安全漏洞等风险以及管理与编排（MANO）自身漏洞、病毒蠕虫攻击等风险。为了让5G网络切片更好地运用于智能车路协同系统，为车路协同系统的稳定、高效运行提供稳定的通信技术支持，主要应该从以下几个方面做好5G网络切片的安全工作。

4.1 加强5G网络切片安全标准的制定

5G网络切片安全标准的制定与完善能够为5G网络切片安全技术的研发打下基础。国际标准方面，有3GPP、欧洲电信标准化协会（ETSI）、国际电信联盟电信标准分局（ITU-T）、国际互联网工程任务组（IETF）等多个标准组织对网络切片的隔离、特殊切片认证、切片管理、切片服务的安全功能以及安全隐私、MANO组件和接口安全等相关方面进行标准化的工作[5]。国内标准方面，5G安全标准主要由中国通信标准化协会进行网络切片安全项目的研究。不管国际或者国内标准，对于5G网络切片的安全标准制定方面还缺少一套具有权威性的标准体系，因此应该多方合作努力，促进这方面的工作，为5G网络切片技术的应用与发展奠定坚实的基础。

4.2 强化5G网络切片安全建设工作

作为5G网络的关键技术，网络切片主要采用网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）等技术对网络进行灵活的划分，以满足车路协同系统中不同应用场景的需求，而这两项技术也面临着诸多安全风险。因此，除了促进5G网路切片标准制定工作外，还应该加大5G网络切片安全建设方面的资金投入力度和相关政策支持。在进行5G网络规划与部署的过程当中，对于5G切片安全技术要进行细致的分析与思考，完善SDN控制平面、用户平面以及外部接口等方面的安全技术，做好NFV在基础设施安全以及虚拟化网元安全等方面的技术突破工作，建立起相关的动态感知、预警等技术方法[6]，将5G网络切片安全水平再次提高到一个新的层次。

4.3 推广5G网络切片安全试点成果

目前，对于5G网络切片在不同场景中的应用，运营商都在积极开展不同场景的试点工作。例如：长沙车路协同试点中5G切片的安全工作以及应用已经成为5G在行业应用中的典范。而目前5G切片安全技术还没有大范围推广，还没有形成产业效应，因此应该以点带面，做好5G切片在不同行业不同应用场景中的安全试点工作的同时，应该研究并推广5G网络切片技术在交通运输行业运用的业务模式以及个性化、区别化的应用场景，促进技术产业向着成熟化的方向所发展，为构建基于内生安全理念的5G安全防线奠定坚实的基础，也为车路协同系统的研究与推广应用提供有力保障。

5 结语

现阶段车联网行业加强了对于5G垂直行业应用前景的重视和关注，车路协同发展过程会慢慢地向着个性化、定制化方向发展和转变，面对具有复杂性的智能车路协同的要求，在生态环境方面要不断地进行革新，通过产业界共同进行沟通与交流，通过5G网络切片功能的不断更新，提出更加健全与完善的解决方法，抓住车联网产业链发展新机遇。

参考文献：

[1]张 蕾，朱雪田，李金艳.5G网络切片在智能车路协同系统中的应用研究[J].电子技术应用，2020，46（1）：12-16.

[2]李 挺，赵 侠，陈其铭，等.5G网络切片在电力行业的应用[J].电信工程技术与标准化，2020，33（1）：15-18.

[3]夏 旭，袁 欣，梁 云，等.5G网络切片技术在智能电网的应用研究[J].电子技术应用，2020，46（1）：17-21.

[4]杨德龙，万 俐，李晦龄，等.基于网络切片的能源互联网系统架构[J].电力信息与通信技术，2020，18（1）：33-38.

[5]杨红梅，谢 君.5G网络切片应用及安全研究[J].信息通信技术与政策，2020（2）：25-29.

[6]刘建伟，韩祎然，刘 斌，等.5G网络切片安全模型研究[J].信息网络安全，2020，20（4）：1-11.

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