1.5 5G/C-V2X组网技术

1.5.1 从4G到5G组网

整个4G TD-LTE系统由3个部分组成：EPC（Evolved Packet Core，核心网）、接入网（E-UTRAN）、用户设备（UE），4G组网架构如图1-26所示。UE是用户设备，包括所有接入LTE的设备。接入网的核心设备是eNB（eNodeB），即基站，为用户提供空中接口，实现用户设备的无线接入。核心网用于完成终端接入过程中的接入控制、资源分配调度，以及终端在不同基站之间移动过程中的移动性管理等。4G核心网符合控制与承载分离的思想，划分为用户面和控制面。

控制面完成核心设备的组织控制，主要包括MME（Mobility Management Entity），用于完成接入用户鉴权、用户漫游管理、用户移动性管理（主要包括寻呼、TAI管理、切换管理等）、EPS承载管理；HSS（Home Subscriber Server），主要用于存储所有属于该核心网的用户数据信息，包括用户的开户数据、鉴权数据、业务签约数据等。其他关键设备还包括PCRF（Policy and Charging Rules Function），用于存储计费策略与计费规则等。

用户面主要完成端到端数据的转交，核心设备主要包括SGW，主要完成本地网络用户数据处理；PGW负责用户数据包与其他网络的交互处理，核心功能是为终端分配IP地址、提供IP路由和转发功能，同时提供数据包过滤，以支持不同服务数据流（Service Data Flow，SDF）过滤，从而映射到不同的承载上去。

5G网络同样包括3个部分：核心网（5G Core，5GC）、接入网（RAN）、用户设备（UE）。

在5G时代，接入网根据控制与承载分离的思想，将接入网的核心设备gNB进一步拆分为CU和DU，分别完成接入承载控制和具体接入承载能力。其中，每个逻辑gNB由一个gNB-CU和若干个gNB-DU组成，并作为一个整体逻辑gNB对外接入5GC。5G接入网架构如图1-27所示。

5G核心网进一步借鉴微服务体系，开始构建基于服务的网络架构（Service-Based Architecture，SBA），将4G网络架构中的IMS（IP Multimedia Subsystem）网元和回传网网元抽象为多个微服务，5G核心网组网架构如图1-28所示。网元的微服务化有利于使用虚拟化网络基础设施进行网络能力的重组，有利于根据用户需求构建高弹性的网络服务。

5G核心网的控制面主要包括负责终端的移动性和接入管理的AMF，负责对话管理功能的SMF，以及执行用户数据管理的UDM、鉴权的AUSF、策略控制的PCF等。5G核心网的用户面以UPF（用户面功能）为核心，用以实现路由和转发功能。

1.5.2 支持LTE-V2X的组网

针对V2X能力与4G网络的融合，3GPP给出了一个标准参考架构，LTE-V2X组网架构如图1-29所示。这一参考架构定义了三种不同终端类型：行人（UE Pedestrain）、车辆（UE Vehicle）、路侧设施（UE Stationary），定义了三种不同的功能实体：V2X应用（V2X Application）、V2X控制功能（V2X Control Function）、V2X应用服务（V2X Application Server）。V2X应用部署在不同类型的终端上，用以实现V2X的具体应用。V2X控制功能和V2X应用服务部署在网络侧，用于实现V2X网络和应用的协调控制。

1）V2X控制功能

V2X控制功能是一个逻辑功能实体，主要抽象对V2X网络的相关操作，包括为终端提供使用V2X通信所需的参数，并通过V2X应用服务器获取用户属性，并通过获得的V2X USDs（User Service Descriptions）支持终端接收基于MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）体制的V2X流量等。

2）V2X应用服务器

V2X应用服务器部署在S/PGW后端（根据需要可部署在边缘计算平台或云计算平台），使用SGi接口接入4G核心网，使用V1参考点基于Uu接口获得终端单播上行数据，并支持基于单播和/或MBMS机制的下行数据传播，包括向广播区域内的终端下发地理位置数据、MBMS广播数据等。同时，使用V2参考点与V2X控制功能连接，完成对V2X控制功能的设置，如MBMS数据配置。

在实践过程中，由于MBMS体系过于复杂，因此面向网络特定区域的广播主要采用PC5接口进行，而不是在LTE-Uu口上进行多播的。这种基于PC5接口的路侧基础设施被称为RSU，其将部署V2X控制功能和V2X应用，并通过PC5接口完成路面车辆PC5广播信息的接收，以及向路面车辆进行PC5内容广播。

在这一模式下，RSU可以通过LTE-Uu或固定网络与V2X应用服务器进行通信，实现路侧信息的传播，或PC5直连通信范围以外的V2X信息的传播，如图1-30所示。

RSU通过PC5接口接收来自其他终端的V2X信息，RSU的V2X应用决定是否需要通过LTE-Uu接口或固定网络将信息路由到V2X应用服务器，V2X应用服务器决定需要分发V2X信息的目标区域和区域的大小，并通过LTE-Uu接口或其他RSU，通过RSU的PC5接口将数据广播到其他的终端。

1.5.3 支持NR-V2X的组网

虽然在5G中引入了一个新的参考体系结构，但其总体框架与4G核心网基本一致，因此理论上可以重用LTE-V2X的组网架构，如图1-31所示。

在这一体系结构中，V2X应用服务通过UPF接入核心网，V2X控制功能通过UDM获取用户属性信息。其他组网和工作方式与LTE-V2X基本一致。

考虑到V2X控制功能主要用于配置PC5参数和策略、终端应用参数等功能，在5G核心网中，可以使用PCF作为eV2X的策略/参数的发布功能实体。这样，5G NR-V2X组网架构就如图1-32所示。这一框架将能够充分发挥5G核心网微服务风格的体系架构，能够更好地支持网络虚拟化。

如果进一步考虑保留V2X控制功能，并同时融合到5G核心网的总体框架中，那么可以将V2X控制功能构建为一个支持微服务框架的核心网功能（V2X CF），并部署在核心网中，如图1-33所示。