XR-網絡技術體系白皮書 2023

1 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 7 7 7 9 9 2 3擴展現(xiàn)實（XR）是當前國內外關注的熱點領域，2023年國務院印發(fā)《數字中國建設整體布局規(guī)劃》，在“全面賦能經濟社會發(fā)展”中首提“沉浸式服務體驗”，擴展現(xiàn)實在賦能經濟社會發(fā)展中將發(fā)揮重要的推動作用，助力數字中國建設。5G是經濟社會數字化轉型的關鍵基礎設施。本報告旨在探討面向XR這類1.XR概述AR和MR等技術。虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是指通過佩戴設備將用戶的感知帶入到虛增強現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）是指通過計算機生成虛擬信息，并將界交互更加直接和自然，隨著AR設備技術不斷發(fā)展，以及5G移動通信網絡不4業(yè)標桿產品oculusQuest2，PicoNeo3等國產VR一體機也相繼面圖1XR產業(yè)鏈掃描5為笨重，影響用戶佩戴的舒適性。VR/MR頭顯采用的菲涅爾透鏡光學方案主機重量；新發(fā)布的AppleVisionPro實現(xiàn)手勢交互，擺脫了外置手柄的束力的頭顯基于5G模組開發(fā)，集成度低，需推動基于5G芯片的高集成度產n網絡傳輸存在挑戰(zhàn)：XR業(yè)務對于網絡下行帶寬、網絡容量、確定性時延和2.XR業(yè)務帶給5G網絡的新挑戰(zhàn)XR業(yè)務形態(tài)豐富，按照對網絡帶寬、時延不同的需求程度分成互、高保真弱交互、低保真強交互、低保真弱交圖2:基于不同時延帶寬需求的XR業(yè)務分類6n高保真強交互類：同時對大帶寬及低時延有較高需求n高保真弱交互類：對大帶寬需求較高，典型業(yè)務包括：VRFOV視頻、VR巨幕影院、AR觀影等。例如8KFOV視頻需要網絡帶寬大于100Mbps[1]2.2.面向XR業(yè)務的關鍵網絡指標圖3端到端時延分解圖時延的要求，通過異步時間扭曲（AsynchronousTimewrp,ATW）等技術，可將時延要求放寬至70ms左右。根據實際測試結果，當強交互游戲MTP平均時延7XR業(yè)務碼率由分辨率、幀率以及編碼壓縮效率決定到達呈現(xiàn)Burst特征，瞬時速率需求較高?？紤]時延約束及幀大小波動，10ms3GPP仿真中，從業(yè)務碼率和時延約束兩方面計算，100MHz單小區(qū)可保障XR業(yè)務對于切換時延敏感度較高，室內大空間XR數智競技業(yè)務，以及未目前網絡對XR業(yè)務所產生的多模態(tài)數據流暫時無法進行業(yè)務類型或者業(yè)的業(yè)務共同由默認QoSflow流來承載，在帶寬保障、時延保障上都無法使用差8n時延仍需優(yōu)化：測試得到網絡傳輸、云平臺渲染及編碼時延在MTP時延中3.XR網業(yè)端協(xié)同技術體系XR業(yè)務在使用基于圖像組（Groupofpicture，GoP）編碼或者Slice-based9幀碼流是P流碼流的1.5倍以上。利用這個特征，該業(yè)務模型通常適用于XR單業(yè)務流模式，即I流和P流建立了一個QoS數據包解析獲取業(yè)務信息可通過解析GTP-配合數據包模式識別，即在識別出I流和P流的基礎上，再進一步解析I流中的RTP報文，確認I幀識別正確，從而準確識別幀類型，以避免解析過多的RTP數據流經過核心網網關側設備，網絡設備對接入流量數據通過DPI技術解析數QoSFlow是QoS最小區(qū)分粒度，不同QoSflow提供不同等級的業(yè)務保障能力。XR業(yè)務通常包含多個關聯(lián)數據流，每個數據流具有不同的QoS需求，XR業(yè)務QoSflow建立時需要依據QoS特征綁定滿足QoSflow攜帶的5QI對業(yè)務類型進行識別。3GPPR17協(xié)議定義了可表1面向XR業(yè)務的5QI參數（摘自TS23.501表5.7.4-1）5QIValueResourceTypeDefaultPriorityLevelPacketDelayBudgetPacketErrorRateDefaultMaximumDataBurstVolumeDefaultAveragingWindowExampleServicesNon-GBR68N/AN/ALowLatencyeMBBapplicationsARDelay-criticalGBR255ms500bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata,251125bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata2517000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering902520ms63000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering該方案為3GPP標準化方案，技術體系完整。能夠圖4傳統(tǒng)擁塞反饋機制圖55GRAN輔助的L4S擁塞反饋機制Scalablethroughput）流量控制方案與5G網絡相結合：5G基站監(jiān)測網絡擁塞以行分流傳輸，為不同重要性的數據流配置不同的QoS需求，適配相應的傳輸資圖6已傳數據比例調度示意圖3GPP標準基于網業(yè)協(xié)同理念定義了基于GTP-U攜帶幀信息及關鍵幀的架構，GTP-U包含PDUSetQoS信息，包括XR業(yè)務的幀編號、幀大小、幀尾包場景，當端到端時延需求較高且有一定可靠性要求時，可通過使用例如UPF下周期內支持多個PUSCH傳輸時機及動態(tài)取消機制開展研究，通過在同一個CGPUSCH中預先配置多個PUSCH傳輸機會，可以解決XR數據包大小差異以及XR傳輸周期和CG周期不匹配的問題，即在數據包較小時使用較少的PUSCH傳輸資源，在數據包較大時使用較多的PUSCH傳輸資源。但這又面臨數據包較圖7CG增強示意圖BSR增強一方面是增強BSR上報精度以減少量化誤差差較大，基站方根據上報的BSR并不能準確地預估手機側待傳輸數據量，導致無法精準分配上行資源，BSR增強的首要目標就是增加新的BSR表項以減少算。比如，在UE上報緩存數據大小時，可務流間，在無線側基于幀時延要求進行調度。XR業(yè)務對數據包的傳輸時延有著嚴格的要求，一個典型的需求是在10ms時間會導致連續(xù)3~4個幀失效，影響用戶體驗；對于未來的90fps和120fps的XR業(yè)務來說，小區(qū)切換帶來的中斷導致更多的幀失效，零中斷。當發(fā)生切換時，PDCP收到切換信令后向RLC查詢幀調度結果，同時動場景中使用XR業(yè)務的用戶體驗1）切換決策下沉：終端和基站基于L1/L2信令進行測量結2）同步過程前置：與目標小區(qū)的下行同步過程和上行同步過程可在切換之3）L2數傳連續(xù)：RLC層可直接維持，不執(zhí)行重建，降低了UM承載的數增強可以更好的匹配周期性數據傳輸的XR業(yè)務（如音頻/視頻），通過活動與睡眠的交替切換來實現(xiàn)終端功耗的降低。3GPPR17包傳輸周期不匹配的問題，導致數據包延時增加。R18中增強的CDRX機制可以支持小數周期的CDRX周期，使得CDRX周期可以準確地匹配任意媒體幀率得流暢、真實的感覺。相比VR應用，AR將虛3.4.1.面向VR應用的協(xié)同渲染方案為滿足VR應用所需的高算力需求、降低端側計算負擔，一種方式是基于3.4.2.面向AR應用的分離渲染方案的渲染服務器進行處理，以實現(xiàn)更大規(guī)模的計算和資源優(yōu)化；而當5G信號較弱n幀級上行/下行網絡傳輸時延：每幀畫面在完成編碼分包后，5G網絡接收到該幀第一個上行/下行數據包到傳輸完該幀最后一個上行/下行數據到該幀第一個上行/下行數據包到傳輸完該幀最后一個上行/下行數據的n幀級上行/下行網絡傳輸速率：云平臺/終端接收到每幀畫面所有上行/下立兩者映射模型，例如用戶體驗出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，映射到網絡關鍵KPI指標的時延和速率；花屏現(xiàn)象映射到網絡關鍵KPI指標中的可靠性等，實現(xiàn)問題快速定4.XR商業(yè)價值XR作為下一代的新終端，可以承載各種新的應用。物等主流應用都會因為XR技術產生新的體驗升級。戴、3D產品展示等新功能，讓消費者能夠掌握產品360°全面的信息，與3D商行業(yè)2B場景是指運營商只為行業(yè)客戶提供服務，不涉及行業(yè)客戶數量收取網絡保障服務費的方案中，計費方式可以為個人用戶單價結合當月案中，按照時長單價結合當月網絡保障總時個人2C場景是指運營商直接為個人客戶使用XR提供網絡保障服務，或者向個人用戶直接提供XR應用服務。XR網絡保障服務是指個人客戶使用XR應過XR業(yè)務加速包提供不同時長的網絡保障服務包；XR應用服務資費模式針對5.總結與展望本報告分析了XR業(yè)務對5G網絡在帶寬、時延、移動參考文獻[4]3GPPTR26.928:“ExtendedReality(XR)in5G”[5]3GPPTR38.838:“StudyonXR(ExtendedReality)EvaluationsforNR”[6]3GPPTS23.501:“Systemarchitectureforthe5GSystem(5GS)”縮略語縮略語全稱中文釋義XRExtendedReality擴展現(xiàn)實VRVirtualReality虛擬現(xiàn)實ARAugmentedReality增強現(xiàn)實MRMixedReality混合現(xiàn)實AIArtificialIntelligence人工智能FOVFieldofView視場角MTPMotiontoPhotons運動響應時延KPIKeyPerformanceIndicator關鍵性能指標GoPGroupofpicturePframepredictive-frame前向預測編碼幀Bframebi-directionalinterpolatedpredictionframe雙向預測內插編碼幀Iframeintrapicture幀內編碼幀GTPGPRSTunnelingProtocolGPRS隧道協(xié)議RTPReal-timeTransportProtocol實時傳輸協(xié)議PDUProtocolDataUnit協(xié)議數據單元DPIDeepPacketInspection深度包檢測技術TCPTransmissionControlProtocol傳輸控制協(xié)議UDPUserDatagramProtocol用戶數據報協(xié)議URLUniformResourceLocator統(tǒng)一資源定位器DNSDomainNameSyste域名系統(tǒng)縮略語全稱中文釋義QoSQualityofService服務質量5QI5GQoSIdentifier5G服務質量指示URSPUERouteSelectionPolicy路由選擇策略IETFTheInternetEngineeringTaskForce國際互聯(lián)網工程任務組L4SLow-Latency,Low-Loss,Scalablethroughput低時延低丟包的穩(wěn)定傳輸ECNExplicitCongestionNotification