车联网作为5G的重点业务之一，正在逐步构建以人、车、路协同的辅助驾驶、自动驾驶为核心的智能交通系统，新场景、新需求的引入对数据通信与计算提出了更高的要求，也推进车联网从支持车载信息服务（Telematics）向支持车联一切（V2X）服务的下一代车联网发展。为了促进5G通信的技术交流，推动我国5G通信技术的发展，《电子技术应用》杂志2019年第8期和第9期推出“5G与车联网”主题专栏，论文内容涵盖5G车联网关键技术与发展现状、5G车联网标准进展、5G车路协同解决方案和5G车联网应用方案与实践案例等，期待为5G时代的车联网技术和应用部署提供有益的借鉴。特约主编：朱雪田，北京邮电大学工学博士，教授级高级工程师，中关村国家自主创新示范区高端领军人才，北京邮电大学通信与信息专业工程硕士导师，现就职于中国电信智能网络与终端研究院。长期从事4G/5G移动通信和互联网技术创新与研发工作，作为项目组长先后负责多个4G/5G领域的移动通信国家重大项目，发表学术论文超过50篇，发明专利100余篇，个人专著3本。诠释电信运营商在传统车联网中提供的通道服务能力的演进路线。结合未来车联网业务形态发展趋势，分析传统车联网通道服务面临的增长瓶颈和能力挑战，解析引入边缘计算、网络切片等5G关键技术为车联网通道带来的服务能力拓展，并探讨了运营商面向未来车联网的通道服务模式和商业模式创新。中文引用格式： 陈荆花，包枫叶，蒋寅. 浅析未来车联网中运营商通道能力的挑战与创新[J].电子技术应用，2019，45(9)：1-4.
英文引用格式： Chen Jinghua，Bao Fengye，Jiang Yin. Study on the challenge and innovation of the Internet of Vehicles enabled by operators[J]. Application of Electronic Technique，2019，45(9)：1-4.车联网业务在国内发展近十年，伴随着蜂窝网从2G到4G的进化，经历了以在线语音导航为主的呼叫中心服务、到导航诊断和救援为主的基础车载信息服务、再到丰富的交通出行辅助与车载信息娱乐增值服务的阶段演进。以车企及车联网服务商为代表的车联网通道客户对运营商提供的通道服务也在逐步提升需求，2G时代要求复杂生命周期管理和灵活计费；3G时代要求精准的达量断网、连接诊断、通道安全、个性化的API定制；4G时代要求多APN并发和安全隔离、更精准的内容计费、更高效的全生命周期连接管理等[1]。5G为车、路、环境之间的高效协同提供通信基础，MEC和切片等关键技术将促使运营商的车联网通道服务从类型化管理转向更为精细、开放和智能的场景化定制，同时也在流量经营之外开拓出新的商业模式。车联网通道服务的运营支撑能力围绕客户“可管理”与“个性化”两方面的需求而构建，其架构如图1所示。
当前，运营商普遍建设了自己的M2M连接管理平台，该平台整合了通信网络能力与IT运营能力，提供以通信连接管理为核心的一站式服务，帮助物联网服务提供商实现业务的快速开通、稳定运行、快速排障和高效运维，以及通道服务的程序自动化处理和客户自助管理。车联网通道客户对网络通道、连接管理、安全接入和流量运营等方面有着更复杂精细的要求，通用的连接性管理平台往往难以满足，因而运营商需要在连接性管理平台的基础上再做二次封装，提供如图2所示的能力要素。
以多APN为例，车联网通道客户通常要求数个相互隔离的业务通道，因而通道服务必须封装数个APN通道并发接入能力，每个APN各自承载定向或非定向业务，都有独立的计费方式和数据流量控制，各APN下的数据流量控制互不影响；单个APN内也可承载两个或多个不同的业务，并能够根据IP或URL识别业务类型，按车联网通道客户要求统计流量到定向或非定向流量资费；通道内所有业务可根据内容区分不同的付费主体。这些繁复的需求，使得运营商必须在通用的蜂窝基础通信能力管理和IT运营能力之上进行二次开发赋能，以求能够快速响应车联网客户对通道服务的个性化需求。同时，为了提升通道服务的附加值，发展差异化竞争优势，运营商还引入第三方的车联网应用使能服务，包括安全、定位、地图、OTA、仿真、数据挖掘、人工智能等。根据各类商用车、乘用车、新能源车的车联网应用需求，与运营商自身通道能力融合，进行场景化关联的二次封装，形成车联网领域的应用使能平台，更好地满足客户的个性化需求。2018年底，工信科2018[283]文关于印发《车联网(智能网联)产业发展行动计划》的通知中指出：“车联网(智能网联汽车)产业是汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的新型产业形态。发展车联网产业，有利于提升汽车网联化、智能化水平，实现自动驾驶，发展智能交通，促进信息消费”，同时提出了行动目标“到2020年，实现车联网(智能网联汽车)产业跨行业融合取得突破，具备高级别自动驾驶功能的智能网联汽车实现特定场景规模应用……2020年后，……高级别自动驾驶功能的智能网联汽车和5G-V2X逐步实现规模化商业应用，‘人-车-路-云’实现高度协同”。由此可见，未来车联网发展趋势是“自动驾驶、智能交通、信息消费、高度协同”。首先以出行服务或商用车营运管理为核心的传统车载信息服务将进一步升级。5G、AR、VR、人工智能等技术将极大丰富乘用车车载导航、娱乐、诊断救援、资讯、支付的表现形态；实时在线的车内高清视频监控和分析为网约车、共享车、网租车的安全运营提供保障；巴士客运、旅游观光车辆车内的5G全景直播、AR交互体验促进了车联网与智慧旅游的融合。该类车联网应用对运营商通道服务的需求主要聚焦在带宽的提升、对精细化的内容和流量计费的支撑，现有的运营商通道服务的运营支撑能力要素需要基于5G网络能力进行拓展调整。其次，以车路协同为基础的智能交通新业态将快速发展。车端的智能化与路侧的信息化在5G之前基本上是独立的发展路径，未来车联网则要求车与路能够进行信息交换，车端通过融合路侧智能提升驾驶安全和通行效率，路侧通过融合车与路的信息为全局交通管理、道路智能养护提供参考。车路协同的场景复杂多样，对运营商提供的通道服务也提出了较高的新需求。如道路基础设施的全面联网、城市道路的车路协同与路权分配、交通枢纽的客流监控，分别要求通道服务具有高密度连接、低时延可靠、高带宽连接的能力，若干场景下还需要本地网络为路侧和车端提供辅助计算、存储、决策、乃至人工智能；同时这些场景的运营主体、计费和管理模式对运营商也属于全新的需求，运营商需要在5G和V2X网络的基础通信和连接管理能力之上为这些新涌现的场景进行能力聚类与封装，使得对未来车联网通道的运营支撑能力能够快速灵活地满足客户需求。最后，以无人驾驶为目标的智能驾驶也在逐步落地。当前，景区的低速观光摆渡车、工业园区或矿区的作业车辆、共享汽车的定点泊车等限定场景下，无人驾驶、编队行驶或远程驾驶需要联网实现车路协同、辅助驾驶决策、视频透传、远程控制等功能。可预期的是，细分行业领域对智能驾驶的功能性能、运营支撑要求同样存在较大差异，不仅要求运营商对网络的通道能力进行全新封装，还要求运营商的运营支撑平台能够融合第三方提供的智能驾驶使能能力。
3.1 与车联网通道服务密切相关的5G关键技术
如前所述，除网络本身的基础通信能力之外，车联网通道客户需要运营商提供灵活的“可管理”和“个性化定制”的支撑。多接入边缘计算(MEC)以其本地分流、加速、计算、存储等方面的特性，可作为本地服务托管环境而能部署更具地理和区域特色、更高吞吐量的车联网服务，极大拓展了车联网通道服务空间[2]。网络切片的设计理念更是能让运营商根据客户需求而提供定制化的专属逻辑网络和自助管理。因而MEC和切片是车联网通道服务拓展的5G关键技术。
3.2 MEC拓展的车联网通道服务能力
MEC在网络的边缘提供IT基础资源以及虚拟化应用托管环境，车联网应用可以部署在其中。MEC可为车联网应用提供按需的资源规划和编排。MEC可提供对车联网应用的生命周期管理，如创建、消亡、注册、授权等。MEC可提供对车联网应用及用户业务上下文信息迁移的管理。传统的车联网通道服务并不包括车联网应用托管。可以说，MEC使得车联网应用能够集成在网络边缘，与语音和数据等基础网络能力一样成为运营商网络的固有服务，运营商有可能实现“通道即应用”。MEC通过标准化的API接口将网络能力或来自第三方的能力开放给车联网应用。例如，MEC下沉至RAN侧，可以获取无线网络信息，包括无线测量报告中终端用户的信号强度、位置信息、业务承载等信息，辅助车联网应用获取更精确的用户位置。传统的车联网通道服务中也为客户提供个性化的API定制，主要是根据客户要求完成套餐、流量、连接监控与诊断等方面的自助服务管理，同时对客户平台的API接口调用请求进行鉴权认证、授权。而MEC将极大地拓展车联网通道能力开放的内涵。
MEC在贴近用户的边缘侧提供计算能力和存储能力，可以为车联网应用提供高精地图的存储和分析计算、传感数据的存储和分析计算，并进一步为各种车联网应用的决策算法提供计算能力。
MEC服务器中可以软件定义网络(SDN)架构提供辅助路由计算。SDN将控制逻辑从底层基础设施(如路由器、移动设备等)中分离出来。通过使用SDN，辅助路由计算功能允许车辆之间进行多跳的传输通信。
MEC服务器可对自动驾驶服务提供如实时数据分析、数据融合(包括视频数据、传感器数据等)等服务，从而降低到远程云端的出入口带宽。尤其，针对最常涉及的视频数据，MEC服务器需要具备对视频数据进行实时分析的功能。MEC服务器可对行人信息、车辆信息、交通流信息、交通指示灯信息、车辆路径规划信息、限速信息、交通事故信息以及天气信息等进行实时收集，并将相应信息分发给不同的MEC应用和用户端应用。其中，MEC服务器对车辆的动态信息进行监控和收集。这些信息包括车辆的用户请求、安全消息、可用资源等。除了以上信息外，MEC服务器还可以对停车场信息、充电桩信息、加油站信息或者周边餐饮娱乐信息等进行收集和分发，以满足不同客户的应用需求。MEC服务器可根据本区域的历史数据、实时数据等预测下一时间点的交通流量，并根据车辆的用户数据预测特定车联网应用的网络流量。MEC服务器可根据地理位置或应用偏好等信息，对车辆节点进行分簇。针对不同簇，提供区别化服务，如根据地理位置相近的原则进行分簇，向簇中节点发送该地理位置周边的路况信息或相应驾驶预警信息等。MEC对数据的分析和融合能力可以按场景进行封装，作为车联网通道服务的全新能力对客户开放。
3.3 切片拓展的车联网通道服务能力
5G切片能够为客户按需定制网络，实时部署、动态保障、安全隔离，并实现切片网络的全生命周期管理。可以说，切片的设计初衷与车联网通道服务对网络可管理和定制化的诉求高度一致，能实现传统车联网通道服务在5G时代的能力升级[3]。5G的3大应用场景即增强型移动宽带、超可靠低时延通信和海量物联，3GPP为之定义了对应的3种类型的网络切片支持[4]。如前所述，出行服务或商用车营运管理将通过5G AR、VR、高清视频等各种方式升级车载信息服务的业务形态，增强型移动宽带切片能较好地满足这类车联网通道客户的运营需求；与车路协同密切相关的道路与交通基础设施、多源路侧传感器的全面联网管理可适用海量连接切片；面向智能驾驶的辅助计算决策则应采用超可靠低时延切片来实现。这3类切片是5G车联网通道服务的基础能力。车联网行业内存在众多细分领域，各自对通道服务存在个性化需求。基于切片的车联网通道定制策略除按网络属性之外，还可以与区域属性、用户群组属性等加以组合，满足客户的差异化需求。例如，对共享汽车的运营公司，首先可以建立覆盖所有运营区域的切片，共享汽车在上路行驶时驾驶员享受的高带宽的车内AR导航和娱乐资讯；同时针对特定的停车场或园区建立超可靠低时延的小微切片，当共享汽车驶入该区域时，车载终端按位置策略自动切换进小微切片网络，共享汽车由此可开启自动驾驶模式，并获得网络辅助支持。再如，对于长途客运巴士的运营公司，可以建立城市范围内的切片与高速道路范围的切片组合，城市范围内的切片网络满足车路协同，高速道路内的切片网络满足编队行驶或自动驾驶。运营商对车联网细分领域切片网络的差异化定制能力，即是其面向未来车联网的通道服务的核心竞争力。MEC的引入，首先更好地满足了网络能力开放、网络能力灵活调度、网络资源快速因需配置、网络信息大数据分析等需求，增强了运营商对通道的精细化开放化智能化的运营能力，对车联网通道的流量经营能力是极大促进；其次，MEC的计算和存储能力是车联网通道在流量之外新的服务能力要素，无论是提供通用服务能力还是提供客户按需定制，对车联网通道客户都是全新的产品体验，具备合理的商业模式；最后，MEC的应用托管能力，使得那些具有强烈区域特色和更高吞吐量或低时延要求的应用有可能成为运营商通道的固有能力，实现“通道即应用”，而应用的订购和使用就成为通道服务的商业模式。切片技术的引入使得客户可直接定制生成一个专属网络，同时客户在其专属网络内享有类似于虚拟运营商的权限。以专属网络作为通道产品，这对车联网通道已是颠覆式的模式创新。运营商还可在网络切片的定制策略中加入更多空间、时间、用户属性，为细分领域的车联网客户提供更加精细、智能、开放的解决方案。本文诠释了电信运营商在传统车联网产业链中提供的通道服务能力的演进路线；结合未来车联网和智能交通发展趋势，分析传统通道服务面临的增长瓶颈和能力挑战；并探讨引入边缘计算、网络切片等5G关键技术与车联网通道融合，对通道服务能力带来的更精细、开放和智能化的提升，以及运营商由此可开展的车联网通道服务模式和商业模式创新。在传统的车联网产业链中，运营商围绕客户对车联网通道能力的“可管理”和“个性化定制”需求，对通信网络能力与IT运营能力进行封装，形成车联网运营支撑平台，快速响应客户需求；同时引入第三方的车联网使能服务，提升通道的附加值。然而，运营商流量经营正在遭遇增长瓶颈；同时车联网产业也在向多行业融合的新生态演变，丰富多变的车联网业务对运营商的通道服务能力形成巨大挑战。5G的两大关键技术MEC和切片为运营商的车联网通道能力带来颠覆式创新。MEC技术带来“通道即应用”的服务模式，切片技术让运营商实现客户定制专属网络，以此为核心形成全新的5G车联网通道能力。MEC和切片技术尚未完全成熟，在车联网中的应用还处于起步阶段，在标准化和产业推动层面还有漫长的完善过程。然而运营商有必要深入参与、积极推动，找准车联网通道的发展定位，在市场竞争形成自己的差异化优势。
参考文献
[1] 林玮平.车联网精细化流量管理需求和方案分析[J].广东通信技术，2017，37(12)：27-30.
[2] 陈祎，延凯悦，宋蒙，等.基于MEC的5G车联网业务分析及应用[J].邮电设计技术，2018(11)：80-85.
[3] 任驰，马瑞涛.网络切片网络切片：构建可定制化的5G网络[J].中兴通讯技术，2018，24(1)：26-30.
[4] 刘健.5G边缘计算和网络切片技术[J].电子技术与软件工程，2019(12)：1.
作者信息:
陈荆花，包枫叶，蒋 寅
(天翼物联科技有限公司，上海200041)
