5G 高清攝像機在 SA 組網下業務異常中斷機理研究

楊躍平，向海洲

（中國聯合網絡通信有限公司南京市分公司，江蘇南京 210005）

1 背景

2018年6月，第五代通信技術（5G）第一個版本R15凍結。2020年，第三代合作伙伴計劃（3GPP）宣布進一步完成5G標準規范版本R16。2020年3月伊始，中國聯合網絡通信有限公司南京市分公司與南京地鐵集團有限公司聯合開展5G+MEC智慧軌道交通項目，5G+MEC智慧軌道交通項目網絡框架圖如圖1所示。依托聯通5G、多接入邊緣計算（MEC）和切片技術，在南京地鐵馬群車輛基地建全場景5G專網覆蓋，搭建行業首個現場邊緣計算平臺，開展基于服務質量（QOS）調度優先級的軟切片和全國首個基于資源塊（RB）預留的硬切片業務承載驗證，完善5G公網專用路線圖和差異化網絡服務體系，同時實現地鐵六大專業十余個子系統的5G專網承載，項目于2020年8月入選南京2020首批發布的十七大新應用場景重點項目清單，由南京市工業和信息化發展專項資金（第三批）支持。2021年4月28日，南京地鐵聯合創新實驗室掛牌成立，對外發布《軌道交通行業5G公專網白皮書》，以促進5G在軌道交通行業的實質性推廣。

在5G與軌道交通業務打通過程中，項目研發小組發現一系列跨行業產品協議、版本、端口、述語之間的匹配異常，項目涉及地鐵信號、車輛、綜合監控、閉路電視監控系統（CCTV）及乘客信息系統（PIS）、運維大數據等不同廠家以及不同制式的設備與通信接口。

同時項目組對軌道交通行業子系統業務流進行數據網絡名稱（DNN）歸類，形成了5G+MEC數據流量本地卸載流程圖，如圖2所示。

2 故障產生環境

以南京地鐵2號線馬群車輛基地為平臺，5G室外覆蓋主要是馬群基地信號樓、綜合樓、地鐵2號線測試軌行區；室內覆蓋列檢維修車庫、試車線設備室。測試軌行區距離長1.20 km，在0.00 km、0.40 km、0.80 km、1.20 km 4處（對應圖3中1、2、3、4）分別布置4個固定5G高清攝像機，對整個軌行區范圍實施生產監控，馬群基地測試軌行區宏站覆蓋方案如圖3所示。MEC節點部署在馬群園區機房內，實現數據不出場，降低網絡時延，保證網絡安全。地鐵多接入邊緣計算平臺（MEP）通過城域網5G+MEC虛擬專用網絡（VPN）實現南京地鐵多接入邊緣計算平臺管理（MEPM），同時對MEP邊緣分流能力進行調度和應用生命周期進行管理。地鐵用戶面功能（UPF）連接1對智能城域網接入路由器（MAR），實現與無線基站對接N3業務，N3主要實現基站與UPF之間交互，馬群車輛基地MEC組網結構如圖4所示。

3 故障現象

南京地鐵馬群車輛基地1.2 km軌旁的4個固定5G高清攝像機位，主要完成對整個軌行區環境實施安全監控，使用5G網絡實時將視頻流回傳平臺，各機位5G網絡參考信號接受功率強度良好（RSRP≥-90 dBm），信號與干擾加噪聲比為優級（SINR≥10 dB），網絡信號穩定且無明顯干擾，4個高清攝像機分2種不同方式接入5G，每組2臺，其中1組攝像機使用外置5G 客戶終端設備（CPE）接入，另1組采用內部集成5G模組的方式接入，均支持非獨立組網（NSA）和獨立組網（SA）雙模式接入。在視頻流傳輸過程中，使用內部集成5G模組的攝像機畫面流暢無卡頓，但每隔10～20 min會出現規律性視頻掉線，該故障反復重現，故障出現后視頻無法自動恢復，手動重啟方可暫時恢復，嚴重影響正常使用。而通過外置客戶終端設備接入的攝像機未出現類似情況，可保持視頻永久在線，畫面流暢無卡頓。

4 故障形成機理

網絡環境：視頻掉線后5G鏈路斷開，因特網包探索器 （ping）異常（目標地址不可達），視頻流掉線時網絡未出現異常中斷問題，現場實測平均RSRP為-88 dBm，SINR為18.35 dB，上下行測速正常，同區域其他機位回傳正常。

終端側錯誤代碼：從攝像機終端側進行跟蹤，故障時，抓取到攝像機內部錯誤代碼為^NDISSTATQRY: 0, 32,,”IPV4”,0,50,,”IPV6”，其 中0表示 當前網絡連接斷開，錯誤代碼是32，該錯誤碼是由網絡側回饋終端。視頻掉線時該機位5G終端觸發向長期演進技術（LTE）切換的請求，實驗場5G 獨立組網網絡暫未設置與LTE之間的互操作參數，切換失敗，鏈路中斷。

網絡側信令流程：故障發生時，通過跟蹤接入網（RAN）到接入和移動性管理功能（AMF）、會話管理功能（SMF）到網絡功能（NF）、用戶終端（UE）到AMF網元等信令，經追蹤發現UE向核心網AMF網元交互信令的過程中DNN 中有IP多媒體子系統（IMS），表示異常5G模組在SA網絡下發起數據業務的過程中會發起IMS類業務。但當前SA并不支持IMS功能，測試用物聯網卡統一數據管理功能（UDM）簽約屬性中并不支持IMS業務，終端周期性發起IMS注冊請求，多次注冊請求超時后，終端觸發向LTE的切換，因此出現上述故障（即網絡斷開），核心網信令跟蹤結果如圖5所示。

故障觸發邏輯：首先，5G模組芯片由廠家封裝好后發給終端廠家進行二次開發，芯片使用廠家根據自身需求進行定制開發，不同終端廠家開發策略不同，如本次故障網絡攝像機（IPC）對應的電話和語音等業務需求，屬于該類型終端產品的標配功能，用于終端在接入網絡后周期性上報文本（string）格式的設備狀態信息至后臺服務器。其次，終端生成的文本格式信息通過“string IMS”請求發送，由于當前5G SA版本和現場環境暫不具備5G語音通話（VoNR）能力，同時本項目的5G攝像機終端主要用于傳送視頻類數據流，所使用簽約用戶識別模塊（SIM）卡為物聯網卡，未簽約短信息/話音功能，未配置對應的IMS業務能力，從而導致IMS業務請求失敗，按運營商網絡異系統互操作邏輯，會觸發基于演進的分組系統回落（EPS Fallback）的異系統切換，導致終端向LTE網絡發起切換，造成5G數據業務掉線，視頻連接掉線，故障觸發邏輯如圖6所示。

5 關鍵技術研究與驗證結果

由基于終端自主生成字符代碼的周期上傳業務所導致的5G連接中斷問題，其根源在于5G網絡業務模式與終端工作流程不匹配，經研發小組內部討論提出以下2種應對方案。

（1）關閉攝像機終端內部生成字符信息并自動上傳功能模塊，該方案需要向華為研發部申請授權碼，并認真理解開發文檔，找出關閉該功能的可執行腳本。在獲取華為授權并分析原開發文檔后，利用AT撥號發起數據業務注冊流程，經多次試驗驗證，以如下步驟操作可達到目的：①輸入命令"at^version?"查詢版本信息，查看返回的版本信息是否正確，不正確需要進行升級；②輸入命令"ATE1"設置主機顯示模組返回的相應信息，通過返回信息判斷是否正確；③輸入"AT+CIMI"查詢SIM卡的國際移動用戶識別碼（IMSI）值，返回結果為460066600200017，其中國家代碼（MCC）為460，網絡代號（MNC）為06，標識移動用戶身份（MSIN）為6600200017；④利用at^ndisdup進行網絡注冊，故障攝像頭接入點名稱（APN）設置為jsnj5gtest03snjiot，然后，輸入命令："AT^ NDISSTATQRY?"，查詢網絡接口驅動（NDIS）連接狀態。模組連接成功如圖7所示，結果顯示為^NDISSTATQRY: 1, 0,, ”IPV4”,0,50,,”IPV6”，其中1表示模組連接成功，IPV4處于連接狀態，IPV6斷開狀態。

（2）網絡側提供5G SA環境下業務態支持短信息發布的業務通道。5G SA網絡基于云原生設計，控制面采用基于服務的架構（SBA），SBA= NF（網絡功能服務）+SBI（基于服務的接口），NF通過SBI組成模塊化的NF服務（即微服務），且是無狀態的，可靈活擴展、重用，從而可彈性高效、靈活敏捷的通過網絡切片等技術賦能千行百業的多樣化應用，打通VoNR的關鍵在于5G核心網與IMS的融合。

在VoNR方案下，UE先連接第五代系統（5GS），通過5GS注冊IMS，要求5GC與IMS之間需實現互聯互通；同時，為支持VoNR與長期演進語音承載（VoLTE）之間平滑切換，5GC需支持N26和S5接口，以實現與EPC之間緊密交互，業務流向如圖8所示，由于VoNR功能升級主要在5GC核心網，現場暫不具備條件，將留待下一步網絡升級驗證。

在關閉5G模組芯片的文本信息主動發送功能后，本項目用5G高清攝像機再未出現視頻掉線問題，5G+MEC為高清監控攝像機提供大帶寬、低時延、高畫質、無卡頓的空中通道，達到預期效果，5G攝像機實時高清上傳圖像如圖9所示。

6 分析總結

該案例問題成功解決，依賴于項目組研發團隊對故障點進行了科學分析和理性判斷，建立了故障分析和一般處理流程，合作各方快速掃清項目技術難點。

5G與垂直行業應用融合創新是5G時代運營商突破管道運營的關鍵，也是踐行國家網絡強國戰略的重要實踐，伴隨著行業需求，5G終端的豐富性和多樣性將呈現井噴式發展。作為5G創新產品研發和推廣的前沿部門，在5G應用創新方新未艾的階段，5G創新中心不僅要將5G技術和能力與行業需求融合，從而構建端到端落地解決方案，同時更承擔了跨領域5G技術融合打通的工作。本案例體現出5G創新對運營商提出了更高的要求，同時也體現出5G面向政企行業（5GToB）時代以運營商為交付核心的商務模式逐漸形成。5G時代的運營商逐步掌握5GToB應用中貫通云、網、邊、端、業的核心能力，在解決企業信息化端到端問題中發揮著重要作用。