高速公路车路协同网络需求研究(下）

3.2 车路协同业务部署场景分析

本研究中车路协同业务部署场景按照高速公路组成要素，分为一般路段、主线隧道、收费站互通、枢纽互通、服务区5 大场景，其中一般路段场景涵盖长直路段、桥梁、弯道、上下坡等路段。各场景部署方案中的设备布设间距根据目前市场上视频、雷达的检测范围按照常规情形进行示例，实际项目可根据具体业务需求及设备性能进行调整。

3.2.1 一般路段

3.2.1.1 场景描述

高速公路一般路段具有长直路段视野良好，车速较快，转弯路段易发事故等特点，如遇团雾、大雨等恶劣天气，车辆通行安全与效率会受到极大影响。本场景运用车路协同技术，实现恶劣路域环境辅助通行、限速信息提醒与车道级行车引导、异常交通事件预警与路径规划、周边信息服务等场景，全面提升高速一般路段的车辆安全与通行效率。

根据《合作式智能运输系统 + 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》，结合高速公路实际情况，高速一般路段辅助通行实现的功能主要包括 ：

① . 道路危险状况提示 ：前方急转弯提醒、前方连续下坡提醒、事故多发路段提醒 ；

② . 恶劣天气警示 ：前方团雾提示、前方低能见度提醒、前方路面结冰提示 ；

③ . 交通事件提醒 ：前方交通拥堵、交通事故、道路抛洒、占道施工提醒 ；

④ . 车道级限速提醒及行车引导 ：分车道限速提醒、客货车通行车道提醒、车道通行状态提醒。

⑤ . 信息服务 ：前方服务区、收费站、停车场提醒。

3.2.1.2 部署方案

方案一：路侧部署

①感知设备部署

双幅 6 车道及以下高速公路，双侧对等按 400 米间隔布设 2 台高清摄像机、1 对毫米波雷达。其中，2 台高清摄像机分别对准来车和去车方向，毫米波雷达的监测范围不小于 200 米范围。

双幅 8 车道及以上高速公路，双侧对等按 400 米间隔布设 4 台高清摄像机、1 对毫米波雷达。其中 2 台高清摄像机对准来车方向、2 台高清摄像机对准去车方向、毫米波雷达的监测范围不小于 200 米范围。

②通信设备部署

RSU 按双侧 Z 字形，单侧间距 800 米设置 1 个 RSU。

③边缘计算设备部署

双侧对等按 800 米间隔布设 1 台边缘计算设备，可满足同时接入至少 8 台摄像机、4 台毫米波雷达的性能需求。

④控制与诱导设施部署

网联化车辆安装 OBU 接收 RSU 或中心发布交通控制与诱导信息。

通过可变信息情报板、导航软件、小程序等多样化手段，将辅助通行信息及时发布给非网联车辆。一般路段按间隔不大于 5KM 间隔设置门架式可变情报板。

方案二：中央分隔带部署

①感知设备部署

双幅 6 车道及以下高速公路，中央分隔带按 400 米间隔布设 4 台高清摄像机、1 对毫米波雷达。其中，2 台摄像机对准一侧道路的来车和去车方向，2 台摄像机对准另一侧道路的来车和去车方向，毫米波雷达的监测范围不小于 200 米半径范围。

双幅 8 车道及以上高速公路，中央分隔带按 400 米间隔布设 8 台高清摄像机、1 对毫米波雷达。其中，每 2 台摄像机分别对准双侧道路的来车和去车方向，毫米波雷达的监测范围不小于 200 米半径范围。

② 通信设备部署

中央分隔带按 400 米设置 1 个 RSU，RSU 满足半径 400 米的通信范围。

③边缘计算设备部署

双向 6 车道及以下，中央分隔带按 800 米间隔布设 1 台边缘计算设备，可满足同时接入至少 8 台摄像机、4 台毫米波雷达的性能需求。

双向 8 车道及以上，中央分隔带按 400 米间隔布设 1 台边缘计算设备，

④控制与诱导设施部署

网联化车辆安装 OBU 接收 RSU 或中心发布交通控制与诱导信息。

通过可变信息情报板、导航软件、小程序等多样化手段，将辅助通行信息及时发布给非网联车辆。一般路段按间隔不大于 5KM 间隔设置门架式可变情报板。

3.2.2 主线隧道

3.2.2.1 场景描述

由于隧道路段运营环境特殊，一旦隧道洞内发生事故，存在车流疏散困难、救援难度大等问题，将影响路段甚至整个路网的运营效率。同时，由于隧道出入洞口段为光线突变段，行驶通过该段时，驾驶员的视觉生理反应需要消耗时间，产生“白洞效应”和“黑洞效应”，导致出入口附近的交通事故频发。本场景基于车路协同技术实现车辆在隧道前、隧道中、隧道后的全过程安全预警及诱导服务，重点减少由于隧道黑白洞效应引发的交通事故，同时实现洞内事故提前告知功能。

根据《合作式智能运输系统 + 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》，结合高速公路实际情况，隧道安全预警及诱导服务实现的功能主要包括 ：

①隧道内安全预警

隧道内火灾提示预警、隧道内抛洒物提醒、前方施工占道提醒、隧道内拥挤提示、隧道内交通事故提醒、隧道内应急车道被占提示等。

②隧道出（入）口安全预警

隧道出（入）口交通事故提醒、隧道出（入）口违停提醒。

③隧道限速相关提醒

驶入（出）隧道提醒、限速提醒、违法抓拍提醒。

3.2.2.2 部署方案

由于隧道与前后相接路段的关联性强，通常将隧道洞外 500 米范围的路段划入隧道管控区域，统一部署感知、通信及边缘计算等设备。

隧道视外场点位分布情况，组建多个现场接入网（目前多为光纤环网），实现感知、通信等设备与边缘计算设备的互联。

现场接入网传输带宽、网络时延、可靠性等指标应满足车路协同业务场景要求。

①感知设备部署

(1) 隧道洞外路段

感知设备部署原则同“一般路段”，紧密结合前后路段点位设置情况，确保洞口区域感知的全覆盖。

(2) 隧道洞内路段

部署方式一：

隧道洞内路段按不大于200 米间隔（曲线段适当加密）布设感知点位，每个点位配置1台高清摄像机和1套毫米波雷达，毫米波雷达监测范围不小于 200 米范围，每个感知点位实现隧道洞内 150 米路段信息感知全覆盖。边缘计算有两种部署方式 ：分布式（如图 3.2-5）和集中式（如图 3.2-6）。

部署方式二：

隧道洞内路段按不大于 400 米间隔（曲线段适当加密）布设感知点位，每个点位配置 2 台高清摄像机和 2 套毫米波雷达，分别对准上下行方向，毫米波雷达监测范围不小于 200 米范围，每个感知点位实现隧道洞内 300 米路段信息感知全覆盖。边缘计算有两种部署方式 ：分布式（如图 3.2-7）和集中式（如图 3.2-8）。

②通信设备部署

(1) 隧道洞外路段

通信设备部署同原则“一般路段”，紧密结合前后路段点位设置情况，确保洞口区域通信的全覆盖。隧道洞口路段按照“一般路段”进行部署。

(2) 隧道洞内路段

部署方式一：

RSU 按照 300 米间距，与视频监控点位同址部署，每处点位设置 1 个 RSU，RSU 通信范围不小于 300 米半径范围。

部署方式二：

RSU 按照 400 米间距，与视频监控点位同址部署，每处点位设置 1 个 RSU，RSU 通信范围不小于 400 米半径范围。

③边缘计算设备部署

隧道及相接洞外路段应作为一个区域，进行集中管控，原则上部署 1 套边缘计算设备，支持全域业务数据的协同计算分析。若因隧道太长，设备太多，可部署多套边缘计算设备，并采用强协同工作模式。边缘计算设备可依托隧道洞口或洞内变电所设置，具备支持区域内所有感知、通信等的接入能力。1km 及以上隧道，边缘计算设备宜采用设备级的硬件容错机制，例如 ：双机热备 ；3km 及以上隧道，边缘计算设备应采用站点级的系统容错机制，例如 ：双活机房。

④控制与诱导设施部署

网联化车辆安装 OBU 接收 RSU 或中心发布交通控制与诱导信息。

通过可变信息情报板（利旧）、导航软件等智能化手段，将隧道状态信息及时发布给非网联车辆，实现隧道场景事件的预警与诱导服务。

⑤隧道时钟同步需求

V2X 设备 RSU 和 OBU 的正常通信需要设备保持时钟同步。当前，RSU 和 OBU 主要是通过 GNSS 信号来保持时钟同步的。但隧道场景内无 GNSS 信号，不能依赖 GNSS 信号实现时间同步。为了实现 V2X 设备间的正常通信，需要网络来为 RSU 和 OBU 提供时钟同步功能。

1、 V2X 设备时钟同步需求和场景

如下图所示，车 A 接收 RSU_A 通过 PC5 空口发送的同步信号实现与 RSU_A 的信号同步。车 B 接收 RSU_B 通过PC5 空口发送的同步信号实现与 RSU_B 的信号同步。为了实现车 A 与车 B 的正常通信，RSU_A 与 RSU_B 需要实现信号同步。

网络需要为 RSU_A 和 RSU_B 提供时钟同步，不仅需要保障 RSU 和 OBU 间通信，还需要保障以及 OBU 间通信的正常。

2、网络时钟同步精度

网络时钟同步的精度需求，需要在 OBU 之间正常通信的同步需求前提下，进一步考虑多径时延、信号传播时延、RSU 自身时间误差、OBU 从 RSU 获得同步时钟的误差等因素的影响，故会高于 LTE-V2X 通信自身的同步精度要求（作为参考，LTE-TDD 时钟同步要求是±1.5us），但具体的经验数值有待在实践中提出并予以验证。

⑥隧道内定位设施

隧道洞内部署定位设施，采用车辆辅助定位或路侧主动定位方式，实现满足车路协同的高精度定位功能。可参照《基于移动通信网的高精度定位总体技术要求》（YD/T 3936-2021）、3GPPTR22.872v16.1.0。

3.2.3 收费站互通

3.2.3.1 场景描述

收费站互通是连接高速公路与地方普通公路或城市道路的落地互通，由于主线和匝道的车速差异大、变道行为多、变道窗口期短、驾驶员视野受限等原因，容易产生违法驾驶行为，从而容易发生交通事故、降低通行效率。

本场景通过建设基于车路协同的安全预警及诱导系统，对分合流区域过往车辆进行预警提醒，尽量避免主线车辆与匝道车辆的碰撞事故发生。

根据《合作式智能运输系统 + 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》，结合高速公路实际情况，本场景安全预警及诱导服务实现的功能主要包括 ：

①合流区安全预警

右侧匝道车辆汇入提醒、左侧主线车辆行驶提醒、合流区域交通事故提醒、合流区域下游主线交通拥挤程度提醒 ；

Ⅱ分流区安全预警

左侧车辆变道提醒、前方车辆慢行提醒、前方车辆停车提醒、前方车辆逆行提醒 ；

③收费车道运行状态提醒

出（入）口收费车道排队长度或时长提醒、出（入）口车道开关闭状态提醒

④主线及匝道信息远端诱导

收费站前的主线及匝道限速信息提醒、主线及匝道的交通拥挤情况提醒。

⑤衔接普通道路运行状态提醒，相邻普通道路交通运行状态提醒

3.2.3.2 部署方案

由于收费站互通与前后相接路段的关联性强，通常将互通前后 2km 范围的路段划入收费站互通管控区域，统一部署感知、通信及边缘计算等设备。

现场接入网传输带宽、网络时延、可靠性等指标应满足车路协同业务场景要求。

①感知设备部署

以分流鼻或合流鼻顶点为基准点，主线上游 125m 左右立杆，布设 2 台高清摄像机及 1 台毫米波雷达，感知主线车道分合流鼻顶点前后至少各 100m 米范围内的交通状况及交通事件。

②通信设备部署

互通前后门架布中央各设 1 台 RSU，向半径 400 米范围内的网联车辆发布交通状况及交通事件。

③边缘计算设备部署

每个互通依托收费站布设一台边缘计算服务器，可满足同时接入至少 8 台摄像机、4 台雷达的性能需求。同时互通及相接路段应作为一个区域，部署的边缘计算还应同时支持全域业务数据的协同计算分析。

④控制与诱导设施部署

网联化车辆安装 OBU 接收 RSU 或中心发布交通控制与诱导信息。

选择性地在分合流的起点或终点设置可变情报板或通过 APP 向非网联车辆发布交通状况、交通事件信息。

3.2.4 枢纽互通

3.2.4.1 场景描述

枢纽互通是不同高速公路相交位置，实现不同高速公路上的车辆转换。枢纽互通在分合流交织区域易发生车辆碰撞、违规变道、车辆违停、车辆逆行等违规行为。本场景通过建设基于车路协同的分合流安全预警及诱导系统，对分合流区域过往车辆进行预警提醒，尽量避免主线车辆与匝道车辆的碰撞事故发生。

根据《合作式智能运输系统 + 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》，结合高速公路实际情况，分合流安全预警及诱导服务实现的功能主要包括 ：

①合流区安全预警

右侧匝道车辆汇入提醒、左侧主线车辆行驶提醒、合流区域交通事故提醒、合流区域下游主线交通拥挤程度提醒 ；

②分流区安全预警

左侧车辆变道提醒、前方车辆慢行提醒、前方车辆停车提醒、前方车辆逆行提醒 ；

③主线及匝道信息服务

主线及匝道限速信息提醒、道路施工提示。

3.2.4.2 部署方案

由于枢纽互通与前后相接路段的关联性强，通常将枢纽互通 1km 半径范围内的路段划入枢纽互通管控区域，统一部署感知、通信及边缘计算等设备。

①感知设备部署

以分流鼻或合流鼻顶点为基准点，主线上游 125m 左右立杆，布设高清摄像机及毫米波雷达，感知主线车道分合流鼻顶点前后至少各 100m 米范围内的交通状况及交通事件。

②通信设备部署

互通前后门架布中央各设 1 台 RSU，向半径 400 米范围内的网联车辆发布交通状况及交通事件。

③边缘计算设备部署

每个互通依托收费站布设一台边缘计算服务器，可满足同时接入至少 8 台摄像机、4 台雷达的性能需求。同时互通及相接路段应作为一个区域，部署的边缘计算还应同时支持全域业务数据的协同计算分析。

④控制与诱导设施部署

网联化车辆安装 OBU 接收 RSU 或中心发布交通控制与诱导信息。

选择性地在分合流的起点或终点设置可变情报板或通过 APP 向非网联车辆发布交通状况、交通事件信息。

3.2.5 服务区

3.2.5.1 场景描述

高速公路服务区集停车、公共厕所、加油、餐饮等服务功能于一体，单侧或双侧布置于高速主线两侧。车辆驶进（离）服务区时，主线车辆与匝道车辆车速差异大，易发生交通事故。本场景通过建设基于车路协同的服务区安全预警及诱导系统，对进出服务区的车辆进行安全预警与信息服务。

根据《合作式智能运输系统 + 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》，结合高速公路实际情况，本场景实现的功能主要包括：

①合流区安全预警

右侧匝道车辆汇入提醒、左侧主线车辆行驶提醒、合流区域交通事故提醒、合流区域下游主线交通拥挤程度提醒 ；

②分流区安全预警

左侧车辆变道提醒、前方车辆慢行提醒、前方车辆停车提醒、前方车辆逆行提醒 ；

③服务区信息提醒

服务区停车位提醒、卫生间侧位提醒、人流量提醒等。

④主线交通运行状态提醒

出口下游主线路段交通拥挤程度提醒、应急车道停车提醒、限速提醒等。

3.2.5.2 部署方案

除特殊情况，服务设施一般按照上下行方向划为两个独立的管控区域，分别考虑。另外，由于服务设施与前后相接路段的关联性强，通常将服务设施 2km 半径范围内的路段划入服务设施管控区域，统一部署感知、通信及边缘计算等设备。现场接入网络组建原则同“收费站互通”。

①感知设备部署

以分流鼻顶点为基准点，主线上游 125m 左右立杆，布设 2 台高清摄像机及 1 台毫米波雷达，感知主线车道分流鼻顶点前后至少各 100m 米范围内的交通状况及交通事件。

以合流鼻顶点为基点，主线下游 125m 左右立杆，布设 2 台高清摄像机及 1 台毫米波雷达，感知主线车道合流鼻顶点前后至少各 100m 米范围内的交通状况及交通事件。

②通信设备部署

服务区出入口复用交安标志杆件，各设 1 台 RSU，向半径 400 米范围内的网联车辆发布交通状况及交通事件。

③边缘计算设备部署

服务设施及相接路段应作为一个区域，进行集中管控，原则上两侧服务（停车）区各部署 1 套边缘计算设备，支持全域业务数据的协同计算分析。边缘计算设备可依托服务设施管理用房设置，具备支持区域内所有感知、通信等的接入能力。

④控制与诱导设施部署

网联化车辆安装 OBU 接收 RSU 或中心发布交通控制与诱导信息。

选择性地在分合流的起点或终点设置可变情报板或通过 APP 向非网联车辆发布交通状况、交通事件信息。

3.3 路段接入网需求分析

基于对车路协同业务的流量模型和通信需求分析、业务部署方案分析，本节主要从网络架构、网络功能和网络性能三方面，就车路协同业务对路段接入网的需求进行分析和小结。

3.3.1 路段接入网的总体架构

路段接入网负责把路侧设备、边缘计算等设备和路段分中心（区域计算平台）互联 ；没有路段分中心的，直接和路段中心（区域计算平台）互连，网络架构如图 3.3-1 所示。

在路段接入网中，最关键部分是以边缘计算为核心的路侧网络。如图 3.3-2 所示，边缘计算和相关的路侧设备构成了一个相对独立的车路协同边缘计算域，完成感知融合计算和车路协同信息的实时发送，路侧网络有比较高的实时性和大带宽需求。

3.3.2 路段接入网的功能要求

[ 路段 1-1] 路段接入网需要支持边缘计算的各种部署模式

边缘计算有多种部署模式，有分布部署到各杆站，有相对集中到通信机房和隧道变电机房等，有部署边缘计算备份的，有独立逻辑业务区的边缘计算。 路段接入网需要保证边缘计算各种部署模式下，都能满足车路协同业务的通信带宽和延迟要求，保证网络安全，流量无绕行。

[ 路段 1-2] 路段接入网需要具备良好的扩展性，支持分路段、分步骤逐步建设 ；

高速公路车路协同业务一般是统一规划，分路段逐步建设，或分区域（关键区域先建，其它区域后续补充建）逐步建设。路段接入网需要满足扩展性建设需求，新建网络不影响原有网络，新建网络和原有网络可以融合为一个网络系统。

[ 路段 1-3] 路段接入网需要满足多个业务设备间各种通信要求，具备灵活通信能力 ；

车路协同系统的路侧设备和计算单元等设备间有比较复杂的业务流通信，而且业务场景和业务实现的变化也会导致通信方式的变化，因此要求路段接入网能按业务需求，灵活地和快速地支持任何设备间的通信需求，以及新增设备的通信要求。

[ 路段 1-4] 路段接入网需要具备多业务承载能力

车路协同系统中的视频流、车路协同消息、设备管理信息等有不同的网络需求和安全隔离要求，路段接入网需要能按各业务要求提供多业务承载和业务隔离。

路段接入网要确保高优先级的业务流不会被低于其优先级的业务流影响传输质量。

[ 路段 1-5] 路段接入网需要具备冗余保护能力，支持链路级、设备级保护 ；

车路协同信息需要高可靠传输，需要路段接入网能有（单次或多次）断纤通信保护能力，通信设备的单点故障保护能力。

[ 路段 1-6] 路段接入网设备应支持各类设备接入端口及协议需要。

路侧通信设备需要和路侧设备、传感器等互联，需要支持 GE 电口、GE 光口、RS485、RS422、RS232、RJ45 等接口，并支持 POE 供电 ；通信设备按需支持 10GE、25GE、50GE、100GE 等接口，做网络设备互联组网。

路侧通信设备需支持所连传感器的物联协议接入，如当前路面传感器、能见度传感器和气象传感器采用 ModBus，Serial/TCP 等协议。

[ 路段 1-7] 路段接入网设备在某些场景下，需要满足终端设备高精度时间同步要求，支持部署 PTP 协议 ；

RSU 和激光雷达等设备需要高精度时间同步，一般是通过 GNSS 和网络来进行时间同步。在隧道等没有 GNSS 信号的场景中，RSU 只能通过网络来保持时间同步 ( 详见 3.2.2)。

[ 路段 1-8] 路段接入网应支持 IPv6 部署，并具备 IPv6 Only 演进能力。

IPv4 地址已经枯竭，网络向 IPv6 演进是必然方向，也是国家发展战略。交通行业是国家重点推进 IPv6 战略的 17个重点行业之一。2021 年 7 月中央网信办、国家发改委、工信部联合发布《关于加快推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署和应用工作的通知》，计划到 2025 年网络要大规模部署 IPv6 Only，2030 年全网演进到 IPv6 Only。因此路段接入网需要支持 IPv6 设备和业务，具备全网平滑演进到 IPv6 Only 的能力。

3.3.3 路段接入网性能要求

[ 路段 2-1] 路段路侧通信网络应满足路侧摄像机、雷达、传感器、边缘计算等设备通信带宽要求 ；

在网络设计时，按各设备带宽要求和网络结构计算总带宽需求，并且在保护倒换时也能保证关键业务的带宽需求。

路侧网络的带宽需求，应基于各部署场景的所有设备带宽需求来计算，详见 3.2 节。

[ 路段 2-2] 路段接入网需要满足车路协同业务延迟要求 ；

路侧网络中，边缘计算和 RSU 间，摄像头、雷达和边缘计算间通信延迟满足业务段到段延迟要求，具体延迟计算公式详见 3.1.2 节；

[ 路段 2-3] 路段接入网需要满足车路协同高可靠性要求 ；

单链路故障和任意单点设备故障的业务的中断时间小于 200ms，网络可靠性满足 99.999% 要求 ；

[ 路段 2-4] 路段接入网应具备 1K-10K 级节点部署和网络管理能力 ；

路段接入网的规模和高速公路的长度正相关。

[ 路段 2-5] 路侧通信网络设备应支持室外部署，工作温度范围 -40~65 度。

路侧网络设备一般是部署在室外，需要按室外安装运维要求设计。

3.4 车路协同业务对省干网络需求分析

本节主要从总体架构、功能要求和性能要求三个方面，就车路协同业务对省干网络的需求进行分析。

3.4.1 省干网络的总体架构

省干网络负责省中心、路段中心、路段分中心以及 2C 服务商 /2B 用户的互连，具体包括路段中心间通信互连、路段中心至省中心的通信互连、路段分中心间通信互连、路段分中心至省中心的通信互连、以及省中心与 2C 服务商 /2B 用户间业务通信。省干网络的总体架构如图 3.4.1 所示。

3.4.2 省干网络的功能要求

[ 省干 1-1] 应具备综合业务承载能力，支持承载收费业务、监控业务和车路协同业务等多种业务。

车路协同系统中的收费业务、监控业务、车路协同业务等有不同的网络需求和安全隔离要求，省干网需要能按各业务要求提供多业务承载和业务隔离。

[ 省干 1-2] 应具备快速保护倒换能力。省干网络应能提供端到端和局部的网络保护，实现对链路故障和中间节点故障的保护，应能提供与业务网络的对接保护，包括双归保护、双节点冗余保护等。

省干网络所承载的业务比较重要，应具备快速保护倒换能力，避免因链路故障和中间节点故障导致的业务中断。并应实现业务 50ms 以内的保护倒换。

[ 省干 1-3] 扩展性强，既能满足现有业务需要，同时能够支撑未来业务发展。

为满足当前高速公路收费系统、监控系统和办公系统等业务系统的承载需要，特别是满足包含车路协同业务在内的智慧高速业务承载要求，同时考虑到业务的持续演进发展，需要建设一张能满足现有业务需要，同时支撑未来业务发展的承载网络。

[ 省干 1-4] 应具备 OAM（Operations and Maintenance）机制，具备统一管控、业务质量可视、故障智能定位、性能监测和智能运维等功能。

多个业务系统的承载网络独立运维，维护成本高，因此省干网络应具备统一管控，业务质量可视，故障智能定位，实现智能运维。

[ 省干 1-5] 应具有 QOS（Quality of Service）机制。

省干网要确保高优先级的业务流不会被低于其优先级的业务流影响传输质量，用来解决网络延迟和阻塞等问题。

[ 省干 1-6] 应提供完善的网管系统，采用图形化界面实现拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能；并可通过北向接口与上层网管系统相连。

用以保障网络系统能够正常、高效运行，使网络系统中的资源得到更好的利用。

[ 省干 1-7] 具备全网时间同步功能。

省干网络所有设备统一时间信息，便于网络监测和管理。

[ 省干 1-8] 应支持 IPv6 部署。省干网络应具备 IPv6 Only 网络演进能力。

IPv4 地址已经枯竭，网络向 IPv6 Only 演进是必然方向，也是国家发展战略。IPv6 Only 网络，适合长期演进和大规模部署，符合车路协同对省干网络的发展需求。

3.4.3 省干网络的性能要求

[ 省干 2-1] 大带宽，能够满足未来业务增长的需要。

随着车路协同业务的不断丰富，所需要的带宽也会越来越大，因此省干网络的带宽需要满足未来业务增长的需要。

[ 省干 2-2] 高可靠性。省干网络及设备需要通过提供冗余能力保证业务的可靠运行。核心设备、单台设备的关键部件和主要链路必须有冗余，同时主要链路有足够带宽，保证业务高峰时不会出现大面积网络拥塞 ；应通过各类链路级和设备级保护实现业务 50ms 以内的保护倒换 ；应支持平滑重启功能，实现故障的快速切换和恢复。

车路协同信息需要高可靠传输，需要省干网络能有（单次或多次）断纤通信保护能力，通信设备的单点故障保护能力。

[省干2-3]高 QoS。省干网络必须针对不同的业务应用需求，如丢包率、延迟、抖动和带宽等，提供不同的服务质量保证，以实现同时承载收费、监控等业务。

省干网要有资源预留能力来确保高优先级的业务流不会被低于其优先级的业务流影响传输质量，用来解决网络延迟和阻塞等问题。

3.5 车路协同业务对网络安全的需求分析

3.5.1 车路协同业务面临的安全威胁分析

3.5.1.1 路侧设备 面临的安全威胁

路侧设备是车路协同系统的核心单元，它的安全关系到车辆和道路交通的整体安全。它所面临的主要安全威胁如下：

①非法接入

路侧设备通常通过有线接口与交通基础设施及业务云平台交互。黑客可以利用这些接口接入路侧设备，非法访问设备资源并对其进行操作和控制，从而造成覆盖区域内交通信息混乱。攻击者甚至还能通过被入侵或篡改的路侧设备发起反向攻击，入侵整个交通专用网络及应用系统，在更大范围内危害整个系统的安全。

②运行环境风险

路侧设备中也会驻留和运行多种应用、提供多种服务，也会出现敏感操作和数据被篡改、被伪造和被非法调用的风险。

③设备漏洞

路侧设备及其附件（智能交通摄像头等终端）可能存在安全漏洞，导致路侧设备被远程控制、入侵或篡改。

④远程升级风险

通过非法的远程固件升级可以修改系统的关键代码，破坏系统的完整性。黑客可通过加载未授权的代码并执行来篡改系统、关闭安全功能，导致路侧设备被远程控制、入侵或篡改。

⑤部署维护风险

路侧设备固定在部署位置后，可能由于部署人员的失误，或交通事故、风、雨等自然原因导致调试端口或通信接口暴露或者部署位置变动，降低了路侧设备物理安全防御能力，使破坏和控制成为可能。

3.5.1.2 路侧边缘计算面临的安全威胁

路侧边缘计算边缘设施的资源和能力有限，难以提供与云中心同等级的安全能力，同时在物理位置、网络边界、业务类型等多方面发生了变化，在安全性方面也面临新的挑战。

①设备安全风险

路侧边缘计算平台设备涉及的安全风险包括但不限于 ：

设备配置缺陷 ：包括各类设备基线配置不当、设备登录和访问控制策略配置不当、设备资源管理策略配置不当等引发的非法用户登录、非授权攻击等安全问题 ；

设备管理安全 ：包括因设备维护的管理通道缺乏双向认证或匹配的加密算法引发的窃听、劫持和篡改攻击，设备安全漏洞更新不及时导致的安全隐患等 ；

设备安全漏洞 ：包括设备涉及的硬件漏洞、软件漏洞，以及容器、操作系统、数据库开发等第三方组件漏洞等 ；

设备级安全防护措施不当：因未部署恰当的设备级入侵检测系统、抗 DDoS、防火墙等防攻击手段，导致无法及时发现、拦截和响应针对设备的非法访问、入侵等安全风险 ；

设备故障风险 ：因设备自身的电源、内存等硬件故障导致的故障，导致设备无法正常工作从而影响服务。

②物理环境安全风险

边缘计算节点可能部署在无人值守机房或者路边，往往安保措施较为薄弱，更易遭受物理接触攻击。同时攻击者还可以非法访问物理服务器的 I/O 接口，获得网络设备中敏感信息。另外，由于边缘计算节点分布式部署，依赖远程运维，升级和补丁修复不及时，会导致攻击者利用漏洞进行攻击。

③边缘计算平台面临的安全风险

边缘计算平台提供了车路协同应用部署和运行涉及的环境和服务，其面临的安全威胁如下 ：

• 边缘计算平台与管理系统、第三方应用之间传输的数据存在被拦截、篡改等风险 ；

• 边缘计算平台提供边缘计算应用部署环境，攻击者可通过恶意边缘计算应用对边缘计算平台发起非授权访问，导致敏感数据泄露或 (D)DoS 攻击等 ；

• 边缘计算平台自身以 NFV 或者容器的方式部署，存在虚拟化方面的安全威胁 ；

④边缘计算应用面临的安全风险

边缘计算应用存在的安全威胁如下 ：

• 攻击者可以非法访问边缘计算应用，导致应用的敏感数据发生泄露 ；

• 边缘计算应用生命周期管理中，存在非法创建、删除、更新风险 ；

• 边缘计算应用存在恶意消耗边缘计算系统的资源，造成边缘计算系统其它服务不可用的风险 ；

• 边缘计算应用在遭受攻击后产生的过载流量会造成对边缘计算系统的 (D)DoS 攻击。

3.5.1.3 车路协同网络面临的安全威胁

路侧边缘计算平台到云服务平台的通信网络面临的安全风险主要有以下几方面 ：

• 窃听 ：攻击者通过监视网络数据获得敏感信息 , 从而导致信息泄密。

• 重传 ：攻击者事先获得部分或全部信息 , 以后将此信息发送给接收者 ；

• 伪造 ：攻击者通过模拟合法用户，向接收者发送伪造信息。

• 篡改 ：攻击者对合法用户之间的通讯信息进行修改、删除、插入 , 再将伪造的信息发送给接收者。

• 拒绝服务攻击 ：攻击者通过某种方法使系统响应减慢甚至瘫痪 , 阻止合法用户获得服务 ；

• 行为否认 ：通讯实体否认已经发生的行为 ；

• 电子欺骗 ：通过假冒合法用户的身份来进行网络攻击 , 从而达到掩盖攻击者真实身份 , 嫁祸他人的目的 ；

• 非授权访问 ：没有预先经过同意 , 就使用网络或计算机资源被看作非授权访问。它主要有以下几种形式 : 假冒、身份攻击、非法用户进入网络系统进行违法操作、合法用户以未授权方式进行操作等 ；

• 传播病毒、通过网络传播计算机病毒 , 其破坏性非常高 , 而且用户很难防范。

3.5.2 车路协同对网络安全需求

3.5.2.1 省干网络安全需求

[ 省干安全 1] 应限制省干网络与其他网络的互联，避免因网络互连开放引起外部网络攻击 ；如业务需求必须进行互通时，需要考虑部署安全防护，满足相关等级保护要求。

[ 省干安全 2] 对于非信任网络应启用安全路由协议机制，避免非法连接和路由攻击。

[ 省干安全 3] 应安装网络安全评估分析软件，扫描分析网络，及时发现并修正存在的弱点和漏洞。支持通过安全评估分析软件，可以对省干网络的状态进行实时监控，及时发现安全隐患。

[ 省干安全 4] 应遵循最小化服务原则，关闭所有不需要的服务，避免增加网络的安全风险。

[ 省干安全 5] 不同安全等级的业务间需通过网络技术进行隔离，不同安全等级的业务间互访需通过安全平台进行策略管控。

[ 省干安全 6] 在与其他网络互联处要有流量监测能力，能基于骨干网络出入流量进行安全分析，并通过整网安全监控平台进行信息汇总，进行攻击溯源和处置。

[ 省干安全 7] 省干网络设备应具备设备内生安全，通过操作系统防护、软件完整性保护、数据机密性保护等手段保证网元自身的安全可信能力。

3.5.2.2 路段接入网安全需求

路段接入网安全需求中网络部分同省干网络安全需求，此外针对路侧通信网物联业务有以下需求 ：

①安全物理环境需求

• 网络设备所处的物理环境应不对感知节点设备造成物理破坏，如挤压、强振动 ；

• 网络设备在工作状态所处物理环境应能正确反映环境状态（如温湿度传感器不能安装在阳光直射区域）；

• 网络设备在工作状态所处物理环境应不对感知节点设备的正常工作造成影响，如强干扰、阻挡屏蔽等 ；

• 网络设备应具有可供长时间工作的电力供应（关键网关节点设备应具有持久稳定的电力供应能力）；

②安全区域边界

• 网络设备应保证只有授权的感知节点可以接入 ；

• 网络设备应保证感知节点具备二次认证能力，确保连接可信 ；

• 网络设备应能够限制与感知节点通信的目标地址，以避免对陌生地址的攻击行为；

3.5.2.3 云中心网络安全需求

参考 GB/T 22239-2019《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》中云计算安全三级相关要求。

3.5.2.4 网络安全的运维需求

车路协同网络安全的运维管理是以资产为保护对象展开的一系列管理，监控，运维等操作，安全的运维系统建设经常面临投资大，但防御效果不佳，部分安全设备无法 100% 发挥作用，安全运维严重依赖安全人员的专业技能以及对各类安全设备的熟练操作，依靠大量的人工操作保障安全体系的运营等问题。根据车路协同网络自身业务特性及组网架构，网络安全的运维需求包括以下三点内容

①集中管理需求

集中管理包括对资产，漏洞，知识库及情报的管理，对于资产的精准识别和全量探测是网络安全运维管理的必要前提。

• 资产管理 ：

车路协同网络中海量路侧设备部署在公路边，相对于数据中心的设备，其运维和管理的成本及复杂度更高，资产的集中管理能够提供全局化、可视化、实时化的全网资产状态感知，有助于运维人员清晰直观的了解资产的重要等级，软硬件配置，运行状态等信息。

• 漏洞管理 :

资产的漏洞为网络攻击提供了可行性，能够标识资产的脆弱性，通过对漏洞的及时管理能够有效降低攻击成功的可能性

• 知识库管理 ：

安全设备的检测能力依赖知识库的覆盖广度和时效性，对漏洞库，病毒库，补丁库等知识库集中管理 能够有效发挥安全设备的检测能力，车路协同网络中部分设备无法直连互联网进行知识库升级，通过自动化升级管理可以避免人工误操作、U 盘传播病毒等安全风险。

• 情报管理 ：

情报是辅助威胁判定的重要信息，通过关联 0 Day 漏洞，新型攻击事件等情报，提前做好预防，必要时通过手动更新知识库的方式进行专项防护。

②统一监控需求

统一监控包括资产风险评估，设备状态监控，态势感知以及可视化展现等功能，在资产的集中管理的基础上，结合业务系统及信息资产的重要性，对资产进行风险评估，对可能导致生产业务受损的关键资产进行识别和风险评估，为安全运维操作提供处置依据。

• 资产风险评估 ：

车路协同网络中，不同重要程度的资产受到损害时产生的影响有所不同，通过对资产的漏洞，网络攻击评估威胁发生的坑性，结合资产的重要程度，能够评估出资产的风险等级，针对不同的风险等级需要部署响应的安全防护策略。

• 设备状态监控 ：

关键的网络设备、边界设备、安全设备遭受攻击时，设备的可用性会受到损害，影响整个网络的可靠稳定运行。对设备状态的监控能够实时感知设备的 CPU 资源、内存资源、存储资源的消耗情况，避免资源耗尽或设备宕机导致网络故障。

• 安全态势感知 ：

安全态势感知包括对终端、网络、云平台的海量安全数据进行统一格式化处理，通过降噪，归并去重，分组聚合，关联分析挖掘高危安全事件，通过排序，统计、趋势预测等方式进行展示等内容。跨云网的全面的安全态势感知能力的有效运用有助于运维人员识别关键威胁事件，了解事件全面，对于后续的处置操作提供关键的决策依据。

③协同运维需求

安全运维包括安全响应管理、安全审计、安全评估、溯源取证、威胁报告输出等功能。

运维过程中将大量的分析，取证，响应等人工处置操作以及专家经验转化成程序和脚本自动化完成，最大化安全设备的防护能力，可以有效减少运维人员的学习及培训成本，提升运维效率，同时降低误操作及误判的概率。

• 安全响应 ：

根据对威胁事件的分析判断，安全响应动作可能包括发出告警、隔离、阻断、添加黑 / 白名单、忽略以及延后处理等操作，涉及不同网络设备、安全设备的操作和配置，应包含终端、网络、云平台的端到端安全处置策略，通过网络设备、安全设备、终端设备之间的协同联动，精准溯源、近源阻断勒索病毒等高危安全事件、避免人工操作慢、响应不及时导致威胁进一步扩散。

• 安全审计：

安全审计是对运维人员的操作进行合规性检查，对于误操作或恶意操作导致的网络安全事故进行事后审查和问题复现，同时也对运维人员的操作进行合规性约束。

• 威胁报告 ：

对网络安全态势以及运维结果输出威胁分析及处置报告，有助于及时总结和评价网络安全态势以及运维处置效果。自动化，定制化的周期性生成威胁报告能够规范报告格式及内容，减少运维人员的重复工作。

3.6 车路协同业务对网络运维的需求分析

3.6.1 车路协同业务的网络管理系统

车路协同网络管控业务流向即为设备状态数据的流向，见图 3.6–1。终端和路段区域的设备需要接入路段分中心业务设备管理平台，进行全域感知、计算和接入网设备管理与运维，建立设备运行状况的模型，记录、查询路侧设备的全生命周期，检测和评估路段接入网数通设备的工作状态及预警预测。终端设备包括路侧传感器、路侧通知设备 ；路侧边缘计算平台包括雷达储存和视频储存设备以及平台集群设备 ；省中心设备管理平台实现省干传输网和数据核心网设备运行状况记录、查询及预警预测。

3.6.2 网络运维管理体系需求

需要组织运行维护机构，明确运营维护内容，建立运营维护流程，编制运维维护制度。

可靠的运维工作是系统实现建设目标、发挥效用的重要保障，为了避免“重建设、轻应用”的弊端，应成立专门的运维队伍。运行维护内容包括网络管理，故障管理，安全管理，系统和应用管理等。为保证运行维护体系的高效、协调运行，应依据管理环节、管理内容、管理要求制定统一的运行维护工作流程，实现运行维护工作的标准化、规范化。运行维护流程包含的环节有 : 日常运行维护、用户的运维请求、故障处理、问题跟踪等。为确保运行维护工作正常、有序、高质地进行，必须针对运行维护的管理流程和内容，制定相应的运行维护管理制度，实现各项工作的规范化管理。运行维护管理制度可分为 : 网络管理制度、安全管理制度、存储备份管理制度、故障管理制度、人员管理制度和质量考核制度等。

3.6.3 网络运维平台的需求

为支撑车路协同网络的运维，需建立网络与业务监控并重、端到端全覆盖，省中心和路段（分）中心分级响应的网络运维平台，将面向网络的分级监控与面向业务的场景监控相结合，工单任务直达运维团队，实现网络与业务问题的快速响应。

①业务开通

对网络设备提供业务批量和快速开通的能力，同时支持业务模板定制化，提供业务开通差异化配置修改。

支持业务全生命周期管理，并能实现动态扩缩容调整。

②网络全量设备可监可控

车路协同网络运维平台不仅需要对云中心网络、省干承载网和路段接入网等大网网络进行监控，还需要对路侧通信网络进行监控，确保网络全量设备可监、可控。

③面向业务的场景监控

建立业务级场景监控，按用户及场景需求维度，定制化呈现网络告警、网络性能指标、运行指标等信息。需要具备对业务流（五元组）和 SLA（时延、丢包）进行实时精确监测，自动还原业务路径，出现故障后分钟级实现故障定界定位。

④巡检管理

对网络设备进行定时巡检，并产生巡检报告。

⑤基础信息监控

对设备告警、线路告警监控，显式告警级别，告警名称，定位信息，告警产生时间，告警恢复时间。

⑥性能指标监控和历史性能数据分析

通过实时性能分析工具查看当前设备的实时负载情况。呈现时延、带宽、可靠性等性能指标，可根据用户要求及业务特点定制。提供历史性能数据查询功能，可以按照小时级、天、周、月、年等不同时间段进行统计，同时提供自定义时间段的定制功能，支持导出到 xls、pdf 等格式。

⑦远程升级管理

平台应具备软件版本管理、软件版本升级及软件版本回退功能。

软件版本管理支持设备版本的查询及升级进度的上报和查询，设备历史升级情况查询 ；支持整包升级包或差分升级包的管理。

软件版本升级管理应具备对设备进行软件远程升级，支持手动或自动方式进行软件升级处理 ；应具备对设备远程升级包的上传功能。针对平台对设备自动升级的情况，必须具备配置多个升级时间区间（含日期，时，分，秒等）及多种升级周期（含每天，每周，每月等）参数。

软件版本回退应具备设备远程软件版本回退功能，具备回退到最后一次成功运行的设备软件版本的功能。

⑧SLA 服务指标监控

对故障处理时长、处理及时率等 SLA 指标监控。

拓扑及告警关联监控 ：呈现业务端到端拓扑，并与告警关联呈现

⑨网络拓扑发现

使用 ICMP、SNMP、LLDP 和 BGP-LS 等网络协议和技术能够自动快速的发现网络中二层和三层的网络设备，并根据发现设备之间的关系自动生成全局的二层或三层的网络拓扑结构图。网络管理人员能够看到整个运营网络系统的网络拓扑结构，包括各个分布地区的子网、各个子网之间的网络连接关系、及其每一子网上的资源和资源的状态变化。具体信息如下 ：

第二层和第三层网络设备、网络协议、设备信息（卡，端口，接口，IP, MAC），设备之间的物理和逻辑关系，设备连接信息等。通过对网络节点状态的轮询，实时监控网络中所有资源的状态。支持拓扑自动事故分析，拓扑图中设备的监控报警，支持基于业务粒度的网络拓扑可视

⑩网络资源管理

可以对网络设备的可用性进行监控，监控设备接口的状态信息，包括接口名称，操作管理状态，ICMP 包率，通断信息，接口发送接收速率等具体指标。监控设备关键资源使用情况，包括 CPU/ 内存使用率等关键资源使用率。可以对网络设备间链路可用性进行监控，观察链路的通畅度。可以对网络设备进行搜索，搜索条件包括 ：设备名称、ip 地址和设备类型等，可以快速的查看设备的运行状态，定位故障问题。

（11）设备 IP、MAC 安全管理

通过终端识别，实时监控网络中接入的终端用户，一旦发现异常终端或 IP 地址盗用的现象，会迅速产生告警。

（12）配置管理

对网络设备的配置更改进行监控，发现变更后进行告警。提供设备运行配置和启动配置的基线化版本管理，将每个设备相关的配置文件划分为不同版本管理。运维管理系统能够借助 FTP/TFTP上传下载网络设备配置文件，并在管理服务器侧进行归档存储。这一功能在网络开通和调整时能够对不同阶段的配置情况进行存档。

（13）安全管理

平台应提供完善的用户访问授权、身份认证与权限管理机制。对日常操作进行完整日志记录，并具备日志备份功能，备份日志的保存支持存储不小于 7 天。当系统出现故障时，能够根据文件系统备份与数据库备份将运维管理平台恢复到备份前的状态。平台应具备数据定期、自动、手动备份功能。

3.6.4 网络的运维需求

车路协同业务对带宽、时延、可靠性等指标要求更高，在传输网故障处理、网络配置升级、现网结构优化等方面提出了更加严格的要求。

3.6.4.1 路段接入网络的运维需求

故障处理

提供 7*24 小时故障处理服务，普通故障处理时长不超过 8 小时，严重故障处理时间不宜超过 48 小时，网络可用性≥99.9％。

网络配置升级

设备配置升级需要尽量不影响车路协同业务，影响到车路协同业务的升级需要在业务量较少的夜间时段进行，并且在2 小时内完成升级。

线网结构优化

路段光纤运维管理工作分为“日常维护”和“技术维护”两大类，采用日常巡查、维护、应急抢修和综合管理的方式，路段光纤完好率需要达 99%。

网络设备优化

网络设备更改，线路的迁移或优化改造，需要在业务量较少的夜间时段进行，并且在 2 小时内完成。

人工巡检

机房每日巡检次数不少于 1 次，采用轮流巡检制，按实现安排的人员执行，确保机房的不间断管理。遇特殊事情或特殊安全事故时，维护人员 24 小时留守现场不间断进行巡检值班。

兼容管理

兼容多个厂家、多种设备统一网管，全面检测设备的运行情况。

安全管理

设备具备很高的安全稳定性，不易遭受网络攻击，并具备完整的操作权限管理功能和完善的系统安全机制。

3.6.4.2 省干承载网络的运维需求

故障处理

提供 7*24 小时故障处理服务，普通故障处理时长不超过 4 小时，严重故障处理时间不宜超过 48 小时，网络可用性≥99.99％。

网络配置升级

设备配置升级需要尽量不影响车路协同业务，影响到车路协同业务的升级需要在业务量较少的夜间时段进行，并且在2 小时内完成级。

网络设备优化

网络设备更改，需要在业务量较少的夜间时段进行，并且在 2 小时内完成。

人工巡检

机房每日巡检次数不少于 2 次，采用轮流巡检制，按实现安排的人员执行，确保机房的不间断管理。遇特殊事情或特殊安全事故时，维护人员 24 小时留守现场不间断进行巡检值班。

兼容管理

兼容多个厂家、多种设备统一网管，全面检测设备的运行情况。

安全管理

设备具备很高的安全稳定性，不易遭受网络攻击，并具备完整的操作权限管理功能和完善的系统安全机制

原文作者：爱是与世界平行

原文链接：https://blog.51cto.com/lovebetterworld/5626198