好的,我们继续解读TR 21.918的后续章节。

深度解析 3GPP TR 21.918:16.1 MBS support for V2X services (对V2X服务的MBS支持)

本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.918 V18.0.0 (2025-03) Release 18规范中,关于“16.1 MBS support for V2X services”的核心章节,旨在为读者深入剖析5G-Advanced如何利用多播广播服务(MBS)这一强大的“一对多”通信技术,来赋能和优化车联网(V2X)信息分发,从而构建更安全、更高效的智能交通体系。

车联网(V2X),旨在实现车与万物(车、人、路、网络)的智能互联。在V2X的世界里,信息的“分发”与“共享”至关重要。例如,交通管理中心需要向某个区域的所有车辆广播实时的路况信息、交通信号灯状态、事故预警等;汽车制造商需要向特定型号的车辆批量推送高精度地图更新或软件升级包。

在传统的V2X通信中,这些“一对多”的消息,要么通过Sidelink(PC5)进行短距广播,覆盖范围有限;要么通过Uu接口,为每辆车建立单播连接进行下发,当车辆数量巨大时,会造成巨大的空口资源浪费和核心网信令负荷。

为了解决这一“分发效率”的瓶颈,3GPP在Release 18中,创造性地将两大关键技术——MBS(多播广播服务)V2X——进行了深度融合。

今天,我们的主角,是一位智慧城市交通管理平台的首席架构师,赵工。他正在为一个繁忙的十字路口设计一套“5G智能信号灯”系统。他希望能够将信号灯的实时相位和剩余秒数信息,以极低的延迟、极高的效率,广播给路口周边数百米范围内的所有车辆,从而支持绿波通行、闯红灯预警等高级驾驶辅助功能。让我们跟随赵工的探索,深入16.1章节,看看MBS是如何为他的V2X应用插上“效率之翼”的。

1. 问题的核心:V2X信息分发的“广播风暴”

赵工知道,要实现他的智能信号灯系统,信息的实时、广域分发是关键。如果采用单播方式,一个路口高峰期可能有数百辆车,网络需要同时为每辆车维护一条下行链路,来发送内容完全相同的信号灯信息。这不仅会迅速耗尽基站的无线资源,还会给核心网带来巨大的信令压力。

1000043 MBS support for V2X services (TEI18_MBS4V2X) This work item specifies Multicast/Broadcast Service (MBS) support for Vehicle-to-Everything (V2X) services. They are specified in TS 23.287, which covers:

  • For NR connected to 5GC, V2X communication over Uu reference point can be multicast/broadcast as defined in TS 23.247.

Rel-18为此提出的解决方案,就是利用我们在12.112.2章节中已经详细讨论过的MBS技术,来承载V2X的Uu接口通信。其核心思想非常直观:将内容相同的V2X消息,从“一对一”的单播分发,升级为“一对多”的多播或广播分发

2. MBS赋能V2X:端到端架构的演进

要实现这一目标,需要对现有的V2X架构进行一系列的增强和协同。

  • MBS for Uu based V2X architecture reference model
  • Functionalities for UE, PCF and V2X Application Server related to V2X communication via MBS
  • Policy/Parameters related to V2X communication via MBS

2.1 架构的融合

赵工的智能信号灯平台,在V2X架构中扮演的是**V2X应用服务器(V2X Application Server)**的角色。在新的融合架构下,它需要与MBS的功能实体进行交互。

  1. V2X AS MBSF: V2X AS需要将它要分发的V2X消息(如信号灯相位信息),连同目标地理区域(如“人民路与世纪大道交叉口周边500米”),一起发送给MBSF(MBS功能实体)。
  2. MBSF MB-SMF gNB: MBSF再通过标准的MBS流程,经由MB-SMF(MBS会话管理功能),通知相关的gNB(基站)建立一个广播会话,并在指定的区域内,通过空口广播这些V2X消息。

2.2 策略的协同

车辆(UE)如何知道在何时、何地、哪个频率上,去收听这些通过MBS广播的V2X消息?这需要策略控制功能(PCF)的介入。

  • PCF的角色: PCF会为车辆下发特定的策略(例如,包含在UE Policy中),告知它:“当你进入‘人民路与世纪大道交叉口’这个地理区域时,请开始监听频率F上的MBS广播,其中承载着V2X交通信息服务”。
  • UE的行为: 车辆的V2X应用客户端在收到这个策略后,就会在进入指定区域时,自动地去接收和解码相关的MBS信道,并将解析出的V2X消息,提供给上层的驾驶辅助应用。

2.3 QoS的保障

交通安全信息,对传输的可靠性和时效性有极高的要求。

Regarding QoS handling for MBS support for V2X services, QoS characteristics values for 5QI = 75 that could be used for V2X message delivery via MBS are specified in TS 23.501.

为了保障这些关键信息的可靠传输,规范为通过MBS传输的V2X消息,预留了一个专属的5G QoS标识符(5QI)—— 5QI 75

  • 专属“服务等级”: 5QI 75代表了一个特定的、为V2X消息优化的QoS等级,它可能对应着较低的延迟预算(PDB)和丢包率(PLR)。
  • 端到端保障: 当V2X AS发起MBS会话时,可以请求使用这个5QI。从核心网的MB-UPF到基站的调度器,整个端到端的数据路径,都会为标记为5QI 75的数据包,提供优先级的处理和资源保障。

3. V2X服务的“发现”与“订阅”

一个更深层次的问题是,车辆如何“发现”在它当前的位置,有哪些可用的、通过MBS广播的V2X服务?

  • V2X Application Server discovery using broadcast MBS session
  • MBS Service Description for V2X use: MBS session announcement for V2X communication, MBS session announcement for V2X Application Server Discovery

Rel-18为此设计了一套基于MBS的**“服务发现”**机制。

  • MBS服务宣告: 运营商可以利用MBS,在广域范围内广播一个“MBS服务指南”。这个指南中,会列出在本区域内可用的所有MBS承载的V2X服务,例如,“服务A:实时交通信息,使用MBS会话X”、“服务B:高精度地图更新,使用MBS会话Y”。
  • V2X AS发现: 这个服务指南中,甚至可以包含V2X应用服务器的发现信息。例如,告知车辆“如需使用交互式的V2X服务(如停车位预定),请通过单播连接到服务器地址Z”。
  • UE的“按图索骥”: 车辆在接收到这个“服务指南”后,就可以像查阅电视节目单一样,按需地去“收看”(加入)自己感兴趣的V2X广播服务,或者根据指南,去连接特定的V2X应用服务器。

这一机制,极大地提升了V2X服务的灵活性和可扩展性。

4. 场景的扩展:SNPN中的MBS4V2X

除了公共道路,V2X技术在港口、矿区、工厂等封闭园区内,也有着广阔的应用前景。这些场景通常会部署独立非公共网络(SNPN)

V2X over MBS is also supported in Stand-alone Non-Public Network (SNPN).

规范明确指出,MBS与V2X的融合能力,同样适用于SNPN场景。这意味着,像大型港口的自动化码头,可以部署自己的5G SNPN网络,并利用MBS技术,向港区内所有的自动驾驶集卡(AGV),高效地广播实时的调度指令、泊位信息和安全预警,构建一个完全自治、高效可靠的“智慧港口”大脑。

总结

3GPP TR 21.918的16.1章节,是5G-Advanced推动技术融合、深化行业赋能的又一典范。它通过将MBS的“一对多”分发效率,与V2X的“车联万物”应用场景进行完美结合,为智能交通系统(ITS)的信息分发,提供了迄今为止最高效、最可扩展的解决方案。

  • 通过融合V2X与MBS的系统架构,规范打通了V2X应用服务器与MBS核心网功能实体之间的信令与数据通路。
  • 通过专属的QoS标识(5QI 75),确保了关键交通安全信息在广播过程中的服务质量。
  • 通过基于MBS的服务发现机制,赋予了车辆自主发现和订阅V2X服务的能力,提升了系统的灵活性。
  • 通过将能力扩展至SNPN,为智慧港口、智能矿山等专网场景下的车(机)联网应用,打开了新的大门。

对于像赵工这样的智能交通系统设计者,MBS4V2X的出现,意味着他们不必再为空口资源的瓶颈而焦虑。他们可以放心地设计更丰富、更实时的V2-I(车-路协同)应用,将海量的交通信息,源源不断地、经济高效地“灌溉”到行驶在道路上的每一辆智能汽车中。

一张更安全、更高效、更智能的未来交通网,正在5G MBS与V2X的深度融合中,加速向我们驶来。


FAQ - 常见问题解答

Q1:通过MBS广播V2X消息,相比传统的Sidelink PC5广播,有什么优势? A1:主要优势在于覆盖范围网络可控性Sidelink PC5广播是设备到设备的短距通信,其有效范围通常在数百米以内,且通信质量受车辆密度和遮挡影响较大。而MBS广播是由运营商的gNB(基站)发起的,其覆盖范围可以达到数公里,能够轻松覆盖一个完整的交叉路口或一段高速公路。此外,MBS是由网络统一调度和管理的,其服务质量(QoS)、资源分配和安全性都更加可控和有保障。两者是互补关系:MBS更适合“路到车”(V2I)的广域信息分发,而PC5更适合“车到车”(V2V)的近距离、低时延安全预警。

Q2:车辆是如何在MBS广播和普通单播通信之间进行切换的? A2:这通常是由UE侧的V2X应用程序和策略来决定的。例如,一个导航App,它会优先通过MBS广播来接收实时的交通路况信息,因为这种方式最高效。但当用户需要进行一次导航路径的重新计算时,App就需要向V2X应用服务器发送一个包含用户目的地等个性化信息的上行请求,并接收一个定制化的下行响应(新的路径)。这个交互过程,就必须通过传统的单播PDU会话来完成。UE的V2X客户端会根据业务的性质(是接收公共广播信息,还是进行私有交互),智能地选择使用MBS链路还是单播链路。

Q3:5QI=75这个专属的QoS标识,具体意味着什么? A3:5QI(5G QoS Identifier)是5G网络中用于标识一组标准化QoS特性的“标签”。每个5QI值都对应着一组预定义的参数,如资源类型(GBR/Non-GBR)、优先级(Priority Level)、延迟预算(PDB)、丢包率(PLR)等。5QI 75是3GPP专门为V2X消息定义的一个GBR(保障比特率)类型的QoS等级。当网络处理标记为5QI 75的数据包时,就会自动为其应用一套预设的、针对V2X优化的处理策略,例如,为其分配高优先级的无线调度资源、设置更短的传输延迟目标等,从而确保这些关乎交通安全的关键信息,能够被及时、可靠地送达。

Q4:如果一个区域有多家运营商,它们都需要广播相同的交通信息吗? A4:这正是我们在12.2章节讨论过的RAN共享场景。如果这些运营商共享同一个物理基站,那么通过Rel-18引入的**“Associated Session ID”**机制,基站可以识别出这是重复内容,并只在空口上广播一次。对于V2X场景,这意味着不同的运营商都可以从各自的V2X AS接收相同的交通信息,但最终在共享的无线网络上,资源消耗只有一份。

Q5:MBS4V2X技术,对现有的车载终端(OBU)有什么新的硬件或软件要求吗? A5:对软件有明确要求,对硬件则不一定。1)软件要求:车载终端的通信协议栈(特别是NAS和AS层)和上层的V2X应用程序,都需要进行升级,以支持MBS的接收流程,包括能够解析MBS服务宣告、根据策略加入/离开MBS会话、处理5QI 75对应的QoS等。2)硬件要求:如果车载终端的射频和基带硬件本身已经支持了Rel-17定义的5G MBS功能(即能够接收MBS的物理信道和传输信道),那么它很可能不需要进行硬件改动,只需通过软件升级即可支持MBS4V2X。这大大降低了新技术的部署门槛。