［唐勇 劉曉軍］

1 引言

國(guó)內(nèi)IMT-2030（6G）推進(jìn)組發(fā)布的《6G 總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)白皮書》，預(yù)測(cè)未來(lái)6G業(yè)務(wù)將呈現(xiàn)出沉浸化、智慧化、全域化等新發(fā)展趨勢(shì)。其將沉浸式業(yè)務(wù)作為6G時(shí)代主要的業(yè)務(wù)需求之一，必將成為未來(lái)發(fā)展的主要方向。

與此同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)外社交巨頭的助推，元宇宙的概念空前火爆，其中VR/AR/MR 等（下文統(tǒng)稱XR）因其沉浸式業(yè)務(wù)屬性、虛實(shí)融合等業(yè)務(wù)特點(diǎn)普遍被認(rèn)為是元宇宙主要的技術(shù)底座之一。

傳統(tǒng)XR，即基于XR/AR 終端本地運(yùn)行模式，存在終端成本較高、渲染處理能力不足和應(yīng)用適配難度大等痛點(diǎn)。主要由于XR/AR 終端對(duì)海量數(shù)據(jù)計(jì)算及實(shí)時(shí)性要求高，GPU、CPU 等器件運(yùn)算壓力大，導(dǎo)致高質(zhì)量的XR/AR 終端成本過(guò)高、硬件復(fù)雜高、操控碎片化、設(shè)備沉重及發(fā)熱嚴(yán)重等問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，降低XR 相關(guān)業(yè)務(wù)門檻，沉浸式業(yè)務(wù)上云成為主要趨勢(shì)，通過(guò)基于云端運(yùn)行模式，能夠具備有效降低終端的運(yùn)行要求，消除終端硬件本身的差異性，降低沉浸式內(nèi)容適配難度，提升業(yè)務(wù)覆蓋范圍等優(yōu)勢(shì)。隨著而來(lái)的是對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署的要求提升，需要采用創(chuàng)新的部署方式，提供具有高通道、低時(shí)延和高保障等服務(wù)質(zhì)量，以便滿足超高清3D 流化、遠(yuǎn)程無(wú)縫銜接操控以及幻境夢(mèng)想空間構(gòu)建。

本文重點(diǎn)聚焦云化沉浸式業(yè)務(wù)的的網(wǎng)絡(luò)部署技術(shù)，下文將分別從云化沉浸式業(yè)務(wù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)部署要求及網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)際案例等方面分別進(jìn)行闡述。

2 云化沉浸式業(yè)務(wù)及部署特征

云化沉浸式業(yè)務(wù)技術(shù)是將云計(jì)算、云渲染等理念引入到XR 行業(yè)場(chǎng)景中，利用云網(wǎng)融合渲染、邊緣計(jì)算將云端的顯示輸出和聲音輸出等經(jīng)過(guò)編碼壓縮流化后傳輸?shù)接脩舻慕K端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)XR 業(yè)務(wù)由本地計(jì)算至云側(cè)計(jì)算的算力轉(zhuǎn)移。

2.1 業(yè)務(wù)特征

按照《5G XR 技術(shù)與應(yīng)用》書籍披露有關(guān)XR 等云化沉浸式業(yè)務(wù)，主要包括立體高清代入、遠(yuǎn)程平滑操控、幻境空間擴(kuò)展等屬性等業(yè)務(wù)特點(diǎn)：

（1）立體高清代入：采用360 度全景、8K 以上高清、10 bit 以上色深，具備接近或超過(guò)人眼辨識(shí)度的圖像細(xì)節(jié)，加以虛實(shí)融合能夠達(dá)到混淆真實(shí)與虛擬的界限，使得使用者完全沉浸在一個(gè)新的世界中。

（2）遠(yuǎn)程平滑操控：沉浸式業(yè)務(wù)云化，需要兩個(gè)層面的遠(yuǎn)程交互方式，一是終端針對(duì)云端的操控需要近乎無(wú)縫銜接，避免出現(xiàn)延遲等情況；一是多用戶間的互動(dòng)過(guò)程中，需要將彼此的操作指令實(shí)時(shí)同步，避免出現(xiàn)多人交互過(guò)程中不穩(wěn)定等情況，確保整體操控平滑體驗(yàn)。

（3）幻境空間擴(kuò)展：幻境空間，是指通過(guò)沉浸式體驗(yàn)?zāi)軌驘o(wú)限延伸人類的感官，包括視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)和聽覺(jué)等，能夠帶來(lái)擴(kuò)展的想象空間，滿足人類感官能力的延伸。通過(guò)幻境空間的擴(kuò)展，在一定程度上實(shí)現(xiàn)“即想即所得”的美好愿望。

上述三大業(yè)務(wù)特點(diǎn)屬于沉浸式業(yè)務(wù)基本特征，針對(duì)云化沉浸式業(yè)務(wù)部署角度而言，根據(jù)ITU 在研標(biāo)準(zhǔn)《Requirements and reference framework for cloud virtual reality system》披露同時(shí)存在終端普適性和管控便利性等特征。

（1）終端普適性：通過(guò)沉浸式業(yè)務(wù)上云，能夠有效降低終端層面的運(yùn)行壓力，擴(kuò)大準(zhǔn)入終端規(guī)模，有效緩解沉浸式專業(yè)終端成本較高對(duì)業(yè)務(wù)規(guī)?；渴饚?lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)等問(wèn)題。

（2）管控便利性：通過(guò)云端的統(tǒng)一管控，能夠有效避免基于分散終端運(yùn)行存在的盜版、盜號(hào)和數(shù)字財(cái)產(chǎn)欺詐等現(xiàn)象，對(duì)于統(tǒng)一的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)具有顯著的提升作用，有利于相關(guān)的業(yè)務(wù)的有序化、可持續(xù)增長(zhǎng)。

2.2 部署特征

沉浸式業(yè)務(wù)上云以后，同時(shí)也帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)高通量、傳輸距離遠(yuǎn)和云網(wǎng)屬性高等特點(diǎn)，需要采用較為靈活的5G部署。

（1）網(wǎng)絡(luò)高通量：為了滿足360度全景、8K以上高清、10 bit以上色深超高清流化數(shù)據(jù)傳輸，需要接近700 Mbit/s帶寬；24K 以上的超高清，甚至需要8 Gbit/s 帶寬，需要6G 以上網(wǎng)絡(luò)方可滿足業(yè)務(wù)需求。

（2）傳輸距離遠(yuǎn)：相比本地化運(yùn)行的沉浸式業(yè)務(wù)，上云以后需要增加終端到云端的長(zhǎng)距雙向傳輸及不同用戶之間的長(zhǎng)距傳輸。針對(duì)不同的沉浸式業(yè)務(wù)類型而言，帶來(lái)了各異的挑戰(zhàn)，尤其是針對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療等相關(guān)業(yè)務(wù)盡量縮短光纖距離將不得不為之的關(guān)鍵措施。

（3）云網(wǎng)屬性高：云化沉浸式業(yè)務(wù)，因其與網(wǎng)絡(luò)傳輸緊密相關(guān)，無(wú)法采用傳統(tǒng)的集中式的數(shù)據(jù)中心部署模式提供服務(wù)，需要基于云網(wǎng)融合數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)保障和網(wǎng)元算力融合，才能提供相關(guān)高質(zhì)量的服務(wù)。

正因?yàn)樵苹两綐I(yè)務(wù)存在上述特征，相比其他業(yè)務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)具有更高的要求，需要采用云網(wǎng)融合的部署方式。下文將重點(diǎn)分析云化沉浸式業(yè)務(wù)5G 網(wǎng)絡(luò)部署要求，并針對(duì)提出相關(guān)的5G 網(wǎng)絡(luò)部署方案。

3 云化沉浸式業(yè)務(wù)5G 部署指標(biāo)與框架

針對(duì)云化沉浸式業(yè)務(wù)進(jìn)行5G 網(wǎng)絡(luò)部署相關(guān)的研究，首選需要明確其5G 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)指標(biāo)要求，之后根據(jù)其相應(yīng)的指標(biāo)引申出相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)部署保障。

3.1 網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求

云化沉浸式業(yè)務(wù)，當(dāng)前主要部署業(yè)務(wù)為云VR，根據(jù)文獻(xiàn)2 中所闡述，對(duì)應(yīng)的云VR 相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求如表1 所示。

表1 云VR 服務(wù)質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)要求匯總

同時(shí)參考ITU 在研相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)文獻(xiàn)3 中所闡述，對(duì)應(yīng)的云VR 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求如表2 所示。

表2 云VR 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求

對(duì)比和總結(jié)上述兩個(gè)表，可知作為云化沉浸式業(yè)務(wù)的云VR 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊笙鄬?duì)其他業(yè)務(wù)要相對(duì)苛刻，尤其是針對(duì)帶寬和時(shí)延方面而言。帶寬方面，針對(duì)24K 階段的服務(wù)，5G 網(wǎng)絡(luò)也難以達(dá)到要求，需要采用6G 等下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)；時(shí)延方面，由于考慮到網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延需要控制在20 ms 以內(nèi)，按照iTU 在研標(biāo)準(zhǔn)指出其傳輸距離要求<600 km，需要采用邊緣部署模式方可滿足業(yè)務(wù)部署要求。

3.2 網(wǎng)絡(luò)部署框架

云化沉浸式業(yè)務(wù)（圖1 中以云XR 表述），基于5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境部署，需要融合5G 網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)、中心云和XR 終端等四大環(huán)節(jié)，其總體網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 云化沉浸式業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)部署框架

該功能架構(gòu)充分考慮云邊協(xié)同、云網(wǎng)融合等屬性，兼容邊緣計(jì)算就近服務(wù)的高帶寬、低時(shí)延特性及中心云服務(wù)范圍的補(bǔ)充覆蓋，因此邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)和中心云需要同時(shí)具備支持云XR 業(yè)務(wù)的運(yùn)行能力。

（1）5G 網(wǎng)絡(luò)

5G 網(wǎng)絡(luò)包括接入網(wǎng)、承載/核心網(wǎng)（5GC）兩部分組成。其中接入網(wǎng)需要滿足信號(hào)覆蓋、通信容量、網(wǎng)絡(luò)接入、基站（gNB）切換、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定等方面要求。

通過(guò)5GC UDP 網(wǎng)元下沉到邊緣數(shù)據(jù)中心，減少云XR 傳輸鏈路，確保低時(shí)延的服務(wù)體驗(yàn)。同時(shí)對(duì)接5G 網(wǎng)絡(luò)切片能力，采用切片資源隔離和差異化 SLA 保障滿足不同云XR 業(yè)務(wù)的帶寬容量、穩(wěn)定保障等確定性網(wǎng)絡(luò)需求。為了滿足云XR 不同業(yè)務(wù)需求，5GC 提供靈活的QoS 網(wǎng)絡(luò)保障策略以及網(wǎng)絡(luò)加速服務(wù)等。

（2）邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)

依托統(tǒng)一的邊緣計(jì)算管控平臺(tái)，構(gòu)建相關(guān)的云XR MEC 算力，基于CPU、GPU、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)資源，采用容器等虛擬化機(jī)制，對(duì)接云XR 服務(wù)能力，提供就近服務(wù)的云XR 虛擬承載、渲染、編解碼、流化處理、CDN、業(yè)務(wù)交互等功能；同時(shí)對(duì)接5G 網(wǎng)絡(luò)能力，獲得訪問(wèn)鑒權(quán)、路由轉(zhuǎn)發(fā)、負(fù)載均衡、限流流控等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

其中所提及的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，包括根據(jù)業(yè)務(wù)部署需求，下沉到地市級(jí)的邊緣節(jié)點(diǎn)及5G 接入網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等多種情況。其中地市級(jí)邊緣節(jié)點(diǎn)，較為適合ToC 的云XR 游戲、視頻等場(chǎng)景；5G 接入網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，更加適合ToB 的工業(yè)制造、數(shù)字演藝、商圈服務(wù)等場(chǎng)景。

（3）中心云

中心云具備統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理、資源調(diào)度、應(yīng)用部署及CDN 等功能；同時(shí)需要填補(bǔ)部分區(qū)域邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的空缺，需要具備云端渲染、視頻編解碼和流化處理等云XR服務(wù)能力。

（4）XR 終端

XR 終端內(nèi)置云XR APP 等用戶前端，提供云XR 業(yè)務(wù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)接等功能。

其中云XR 業(yè)務(wù)服務(wù)，需要具備視頻解碼、顯示呈現(xiàn)、ATW、操控指令采集/上傳等功能，其中操控相關(guān)指令包括操控設(shè)備（手柄、鍵鼠、語(yǔ)音/手勢(shì)等）相關(guān)指令、XR設(shè)備姿態(tài)感知/運(yùn)動(dòng)軌跡（含3DoF 和6DoF）預(yù)測(cè)等。

網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)接，是指需要與5G 網(wǎng)絡(luò)、云邊處理能力對(duì)接，具備業(yè)務(wù)體驗(yàn)監(jiān)控和服務(wù)保障能力，便于提供網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)絡(luò)保障等功能。

4 云化沉浸式業(yè)務(wù)5G 部署案例

在云化沉浸式業(yè)務(wù)實(shí)際部署過(guò)程中，必須考慮到業(yè)務(wù)的部署成本和5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完備性等因素。就業(yè)務(wù)部署成本而言，隨著部署節(jié)點(diǎn)下沉到用戶側(cè)，在降低了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)延及大網(wǎng)高通量的承載壓力外，同時(shí)帶來(lái)了相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本的上升、覆蓋用戶數(shù)量規(guī)模較少等限制；就5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完備性而言，主要集中于當(dāng)前5G 網(wǎng)絡(luò)有關(guān)邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片等能力還需進(jìn)一步完善，處于不斷成熟中，短期內(nèi)無(wú)法有效支撐現(xiàn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)部署。

考慮到存在的上述問(wèn)題，就云化沉浸式業(yè)務(wù)本身而言，需要首先梳理其所需的不同業(yè)務(wù)類型的相關(guān)需求，采用較為靈活的部署方式以便適應(yīng)當(dāng)前的5G 環(huán)境情況。

針對(duì)面向公眾用戶提供的云化沉浸式業(yè)務(wù)，例如游戲、視頻等，適度放寬網(wǎng)絡(luò)時(shí)延屬性，對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)總體質(zhì)量影響相對(duì)可控，因此可不必將業(yè)務(wù)部署在5G 接入網(wǎng)等極度邊緣節(jié)點(diǎn)，只需采用中心云+地市級(jí)計(jì)算中心模式，其中中心云進(jìn)行統(tǒng)一的服務(wù)管控、內(nèi)容推送和計(jì)算中心協(xié)同等；地市級(jí)計(jì)算中心，主要面向其所在省市以及相應(yīng)周邊省市提供業(yè)務(wù)服務(wù)能力。以云化沉浸式游戲業(yè)務(wù)為例，其現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際部署如圖2 所示。

圖2 5G 云化沉浸式游戲業(yè)務(wù)現(xiàn)網(wǎng)部署圖

圖2所示中心云-南京作為全國(guó)管理中心，華北-天津、華東-南京、西北-西安、華南-佛山和西南-成都等分別作為華北片區(qū)、華東片區(qū)、西北片區(qū)、華南片區(qū)、西南片區(qū)相對(duì)應(yīng)的大區(qū)級(jí)部署節(jié)點(diǎn)，同時(shí)為了提升用戶密集型區(qū)域的服務(wù)質(zhì)量分別在北京、上海、南京、杭州、貴陽(yáng)、長(zhǎng)沙、重慶和烏魯木齊等地部署補(bǔ)充節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)面向除了臺(tái)灣之外的全國(guó)服務(wù)開通和業(yè)務(wù)覆蓋。

經(jīng)過(guò)實(shí)際業(yè)務(wù)測(cè)試，在總體帶寬具有保證的情況下整體時(shí)延（包括云端處理、網(wǎng)絡(luò)和終端處理）能夠控制在150 ms 以內(nèi)，其中網(wǎng)絡(luò)時(shí)延能夠控制在30 ms 內(nèi)，總體上能夠滿足現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用需求。

不過(guò)針對(duì)云化沉浸式業(yè)務(wù)中，例如工業(yè)制造、在線醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用，其網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延要求需要縮短到個(gè)位數(shù)，就必須結(jié)合5G 網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)邊緣計(jì)算，通過(guò)園區(qū)級(jí)的時(shí)延敏感組網(wǎng)方案才能滿足業(yè)務(wù)需求。該種業(yè)務(wù)還需等待5G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的環(huán)境的完備，方可進(jìn)行規(guī)模化部署。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)性地分析云化沉浸式業(yè)務(wù)特點(diǎn)，并根據(jù)其業(yè)務(wù)特點(diǎn)延伸出相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)需求和網(wǎng)絡(luò)部署框架，最后通過(guò)游戲現(xiàn)網(wǎng)部署的實(shí)際案例說(shuō)明在5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境尚不完備情況下實(shí)施情況和效果；針對(duì)需要極速互動(dòng)和超低時(shí)延的云化沉浸式行業(yè)應(yīng)用，還需5G 網(wǎng)絡(luò)成熟后，與接入網(wǎng)邊緣計(jì)算等云網(wǎng)能力融合，方能提供高質(zhì)量的服務(wù)。