5G高清视频回传方案探讨

李 斌，马 丽（中国联通甘肃省分公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

4G 时代视频监控的高清实时回传带来了一定网络条件的提升，但是多路高清视频却往往只能看一路高清视频，存在时延大、画面抖动不清晰、传送速率低等问题。这都是因为4G 虽然比3G 提升了一定带宽，但是仍然无法满足多路高清同时上传的要求。

与4G 不同，5G 不仅仅是下一代移动技术，还是一种全新网络，将万事万物以最优的方式连接起来，这种统一的连接架构将会把移动技术的优势扩展到全新行业，并创造全新商业模式。5G 网络下，高清视频传输具有流畅、不卡顿、清晰度高、时延低等优势。

在当前NSA 组网下，传统视频回传方案采用3GNET 接入点，当所有视频采集侧CPE 和视频展示侧CPE位于同一台SAEGW的时候，才能完成正常的视频回传，但3GNET接入点无法完成固定选择某一台SAEGW，导致视频回传概率性失败，本案例通过对多种视频回传解决方案的深入分析和场景测试，采用APN 的方式来解决传统视频回传方案中遇到的问题。

1 5G NSA组网模式下视频业务网络架构

1.1 NSA网络架构和信令流程

当前5G NSA 主要采用EN-DC（E-UTRAN New Radio-Dual Connectivity）技术，支持EN-DC 的终端可以同时连接到4G 网络的MN-eNB（Master Node eNB）和5G网络的SN-gNB（Secondary Node gNB）。

一个支持EN-DC 业务的终端首先要附着到4G 网络，当终端接收到的5G 信号强度足以支持5G 服务的时候，LTE MN-eNB 指导SN-gNB 完成资源的分派使得终端同时连接到4G和5G网络。NSA 存在多种组网方案，中国联通当前首选OPTION 3X，如图1所示。

在NSA 组网中，支持EN-DC 的UE 首先附着到4G LTE 网络，然后通过消息S1AP E-RAB Modification Indication 与NR gNB 建立用户面连接，UE 同时连接到MN-eNB 和SN-gNB，对于核心网而言，信令面连接到LTE MN-eNB，用户面直接连接到NR SN-gNB，用户面流量可能继续从X2 接口送到eNB，最终流向UE，也有可能直接从gNB 流到UE。详细信令流程见表1。

1.2 5G高清视频回传网络架构

表1 5G NSA OPTION 3X 信令流程

5G CPE 采集终端附着到5G 网络后，获得对应的IP 地址，演示大屏侧5G CPE 会主动拉流，从各个视频采集端CPE 获取对应的视频码流，拉流采用TCP 协议，演示大屏侧CPE 会与各个视频采集端CPE 建立3次握手，成功后即可完成正常的视频显示，如图2 所示。

2 业务场景测试及解决方案

2.1 业务呈现前的场景测试分析

a）演示大屏侧的5G CPE 终端使用动态地址。演示大屏侧的5G CPE 终端在SAEGW 网元动态分配地址10.120.90.80，采集侧CPE终端在HSS网元绑定静态地址：124.152.202.2，124.152.202.3，124.152.202.5，所有的CPE终端采用APN为3GNET，如图3所示。

图2 5G高清视频回传拓扑图

图3 3GNET动态分配地址拓扑图

b）信令分析。演示大屏的5G CPE 终端向视频采集端发送了大量TCP 握手消息，均没有收到回应，该场景下视频回传业务无法呈现。

c）存在的问题。由于演示侧5G CPE 终端采用动态私网地址，根据网络安全设定，SAEGW 设备有安全策略，不允许SAEGW 上面UE-TO-UE 私网地址之间的通信，该方案的视频回传业务无法实现。

d）解决措施。演示大屏终端采用3GNET 动态分配地址的方案无法满足要求，计划演示大屏终端采用3GNET 静态绑定地址进行场景测试，来验证视频回传业务是否正常。

2.2 传统方案的场景测试分析

2.2.1 演示大屏侧的5G CPE终端使用静态绑定地址

演示大屏侧的5G CPE 终端在HSS 网元绑定静态地址为124.152.202.120，采集侧CPE 终端在HSS 网元绑定静态地址，124.152.202.2，124.152.202.3，124.152.202.5，所有的CPE 终端采用APN 为3GNET，如图4所示。

图4 3GNET静态绑定地址拓扑图

2.2.2 信令分析及多场景测试

a）信令分析。演示大屏的5G CPE 终端地址124.152.202.120 向视频采集端124.152.202.2 发送了TCP 握手消息，均收到回应，建立了正常的TCP 连接，进行了数据传送。因此演示大屏终端采用3GNET 静态绑定地址的方案理论上可以满足要求，需要进行多场景验证。

b）多场景测试。大桥饭店、中山桥基站的CPE 终端为5G 网络，上传速率为500 kBit/s以上；会展中心的CPE 终端为4G 网络，上传速率为132 kBit/s。通过演示大屏上传速率对比，在高清视频回传中，5G 网络上传速率比4G 网络上传速率要快4 倍以上，同时5G 网络上传视频的画质更加清晰、更加稳定。

2.2.3 存在的问题

当CPE 终端使用3GNET 接入点时，通过DNS 解析，会随机选择SAEGW POOL 内的其中1 台SAEGW，HSS 为每张USIM 卡签约了固定的静态IP 地址，通过大量的场景测试，发现视频回传业务失败的概率很大。由于静态地址绑定的情况下，需要SAEGW 向外部CE 发布UE 的地址，但是SAEGW 设备无法同时在2台设备上发布同样的路由信息，因为UE 只能附着在1台SAEGW 上，仅当视频采集和视频展示CPE 终端同时在1台SAEGW 上时，同时该SAEGW 向CE发布了路由，才能正常完成视频回传。由于DNS 局数据规范要求，3GNET 接入点无法固定选择唯一的SAEGW，故需要尝试采用不同的APN完成测试要求。

2.2.4 解决措施

解决措施1：在MME 上面将所有的CPE 终端对应的MSISDN 号码绑定在1 台固定的SAEGW 上面，MME配置绑定关系时，需要把MSISDN、APN、SGW IP、PGW IP等4个网元参数一一对应，如表2所示。

由于甘肃联通部分厂家MME 只能绑定1 个号码，因此该方案不完善，无法解决问题，解决措施1不能满足要求，需要尝试采用其他解决方法进行验证。

解决措施2：采用新的APN 为SPJK.GS，该APN 配置某1 台固定SAEGW 网元，在分组域内部DNS 中，将该APN的解析仅指向固定的1台SAEGW，这样理论上可以解决此问题，需要验证采用APN 为SPJK.GS，能否保证视频回传业务的正常呈现。

表2 MME、APN、PGW绑定关系

2.3 创新方案的场景测试分析

2.3.1 演示大屏侧的5G CPE终端使用静态绑定地址

演示大屏侧的5G CPE 终端在HSS 网元绑定静态地址为124.152.202.121，采集侧CPE 终端在HSS 网元绑定静态地址：124.152.202.2，124.152.202.3，124.152.202.5，所有的CPE 终端采用APN 为SPJK.GS，如图5所示。

图5 SPJK.GS静态绑定地址拓扑图

2.3.2 信令分析

演示大屏的5G CPE 终端124.152.202.121 地址向视频采集124.152.202.2 发送了TCP 握手消息，均收到回应，建立了正常的TCP连接，进行了数据传送。由于所有的CPE终端都在1台固定的SAEGW 设备上面，因此演示大屏终端采用SPJK.GS静态绑定地址的方案在实际中完全满足要求，多场景测试后，高清视频回传业务正常。

2.3.3 现场演示

5G 高清视频创新方案经过现场演示，视频回传画面、清晰度非常流畅。甘肃联通省分公司对该创新解决方案的稳定性、实用性、创新性非常满意、非常认可，该创新方案为甘肃联通在其他5G技术的推广应用奠定了网络基础。网络维护人员需要深耕网络，钻研技术，学习5G新知识，运用技术手段、采用创新的办法去发现、解决、消除网络中存在的问题和隐患，保障网络安全稳定运行。

传统方案和创新方案的技术比较如表3所示。

传统方案的缺点：所有的CPE 终端激活在不同的SAEGW，视频回传业务部分终端无法正常呈现拉流视频。

表3 解决方案技术比较

创新方案的优点：所有的CPE 终端激活在1 台固定的SAEGW，视频回传业务可以正常稳定地呈现。

3 网络配置技术方案

3.1 5G CPE终端

终端负责将摄像头采集的视频信息通过5G 无线网络、核心网络、视频服务器，最终传送至演示大屏。传统5G 高清视频回传中，终端的APN 为3GNET。创新方案中终端APN为SPJK.GS。

3.2 核心网HSS

HSS 设备负责用户标识、编号、路由信息，用户安全信息包括用户鉴权、完整性保护和加密的安全信息，用户位置信息包括HSS 支持用户注册，并存储系统间的位置信息、用户其他属性信息等。

核心网HSS 中，5G CPE 终端中USIM 卡绑定公网地址、签约高速率的上下行带宽、签约高速率的QoS、保证视频传送时的速率。HSS负责对终端签约的数据进行鉴权认证，如表4所示。

3.3 核心网MME

MME 设备负责移动性管理、会话管理、用户鉴权和密钥管理、NAS 信令加密和完整性保护、合法监听、TA LIST管理和P-GW/S-GW 选择等功能。

MME增加4G锚点站TAC-LAC对应关系，5G NSA网络架构下，5G 基站通过4G 锚点站与核心网交互信令消息。传统方案与创新方案的MME网元配置相同。

表4 HSS中CPE终端签约信息

3.4 核心网SAEGW

S-GW 和P-GW 通常在物理网元合一部署，被称为SAEGW。S-GW 服务网关，是3GPP 内不同接入网络间的用户锚点，负责用户在不同接入技术之间移动时用户面的数据交换，S-GW 承担EPC 的网关功能，终结E-UTRAN 方向的接口。P-GW 被称为PDN 网关，是3GPP 接入网络和非3GPP 接入网络之间的用户锚点。P-GW 与外部PDN 连接的网元，终结于PDN 相连的SGi接口。

传统方案中SAEGW设备配置APN为3GNET的私网地址池数据，将公网124.152.X.X 地址段路由通过SGi 接口对外发布。创新方案中SAEGW 配置APN 为SPJK.GS，并对外发布124.152.X.X，并将该接入点地址分派方式修改为静态分派。

3.5 核心网DNS

DNS 设备在会话激活过程中，通过对APN 域名解析寻址SAEGW地址。

在DNS 设备配置的APN 解析中，传统方案需增加3GNET 业务5G 相关配置NC-NR，并将其解析到SAEGW 池（POOL），创新方案需增加SPJK.GS业务的5G 相关配置NC-NR，将其解析到某台单独的SAEGW。

传统方案：

创新方案：

DNS 还需要增加锚点站TAC 的5G 相关配置NCNR数据，该锚点站才能与5G基站进行信令交互通信。

3.6 防火墙、PS-Gi-CE

防火墙需要配置公网地址124.152.X.X 的策略路由数据，允许从外网访问SAEGW 里的124.152.X.X 地址，也允许从SAEGW 的124.152.X.X地址访问外网，保证数据包出入访问正常，同时将124.152.X.X地址发布给PS-Gi-CE。

PS-Gi-CE 将124.152.X.X 地址发布到169 网动态路由中，即城域网CR方向。

传统方案和创新方案在防火墙、PS-Gi-CE的配置相同。

4 结论

综上所述，在5G 技术快速发展的今天，目前甘肃联通5G NSA 组网架构仅支持eMBB 类展示，进行高清视频类应用部署。5G 接入的多样性和复杂性，对运营商5G业务的运维提出了更高的要求。通过5G高清视频回传方案比较，可以更好地提升5G行业用户的使用体验，为中国联通未来开拓5G垂直行业市场提供网络资源基础。