网络技术体系白皮书

目 录前言 3XR概述 3XR发展历程及趋势 4XR产业扫描 4XR业务带给5G网络的新挑战 5XR业务需求分析 5面向XR业务的关键网络指标 6时延 6速率 7容量 7移动性 7当前面临的主要问题及挑战 7网业如何协同 7连接如何增强 8用户体验如何评测 8XR网业端协同技术体系 8网络感知业务 8基于业务特征识别 8基于数据包业务信息识别 9基于XR专用承载识别 9基于网络切片识别 10业务适配网络 10连接能力增强 容量增强 确定性时延 12移动性增强 14节能机制 15端云能力协同 15面向VR应用的协同渲染方案 15面向AR应用的分离渲染方案 16用户体验感知 16用户体验指标 16网络关键KPI 17XR商业价值 18应用场景 18XR商业模式探讨 19面向行业2B场景 192B2C混合场景 19面向个人2C场景 19总结与展望 20参考文献 21缩略语 21前言扩展现实（XR）是当前国内外关注的热点领域，2023服务体验”数字中国建设。5GXR这类XR5G的深度XR技术做了XR5GXR网业端协同技XR的商业价值。本报告由中国移动联合华为、中兴、爱立信、高通、MTK等产业合作伙伴共同撰写。XR概述扩展现实（ExtendedReality，XR）VRARMR等技术。虚拟现实（VirtualReality，VR）是指通过佩戴设备将用户的感知带入到虚交互。增强现实（AugmentedReality，AR）是指通过计算机生成虚拟信息，并将虚拟信息内容叠加在真实世界上。ARVRAR技术中人与真实世AR5G断演进，AR设备可有望真正消除虚拟和现实间的边界感。（MixedVRAR同时VRARXR发展历程及趋势2012XR头XR至2014年间，XRGoogleGlass，标志着消费级ARabook成功收购VR头显厂商ulusulusitR20142017RPokémonGo正式XR2017~2019年间，XR行业进入退潮期，消费级市场整体发展放缓。2019至XR头显设备技术不断迭代、内容应用不断沉淀，VR在游戏、社交等5GXR推出行OculusQuest2，PicoNeo3VR一体机也相继面世，VR行业开始走向复苏，2021VR1000万，发展态势良好。20236月，苹果发布首款MR头显式设备ionPosionPo引入了一个全新的输入系统，摆脱了手柄等外接设备，由眼睛、手势和语音来进行交互，有望再次引爆产业，XR领域新变革。AIXR的生活方式和生产方式带来革命性变化和创新性体验。XR产业扫描图1 XR产业链扫描XR产业链较长，涉及到内容应用、系统软件、网络服务、终端整机、芯片、发展的痛点难点问题，需要产业界共同攻克。内容应用丰富度待提升：VR内容生态聚焦于视频、游戏、社交场景，其他XRVR内容生态2D应用，难以激发消费者购买欲望。终端设备仍需轻量化为笨重，影响用户佩戴的舒适性。VR/MR头显采用的菲涅尔透镜光学方案成像距离远、光学元件厚，目前新产品逐步采用Pancake方案，有助于减小2~3ApplePro实现手势交互，摆脱了外置手柄的束5G5G能5G5G芯片的高集成度产品面世。网络传输存在挑战：XR业务对于网络下行带宽、网络容量、确定性时延和技术，具体内容将在下面章节详细展开。XR5G网络的新挑战XR业务需求分析XR业务形态丰富，按照对网络带宽、时延不同的需求程度分成高保真强交互、高保真弱交互、低保真强交互、低保真弱交互四类。图2:基于不同时延带宽需求的XR业务分类高保真强交互类：同时对大带宽及低时延有较高需求，典型业务包括：4KXR8KXR/社交/4K50Mbps且端到端网络时延<20ms[1]。高保真弱交互类：对大带宽需求较高，典型业务包括：VRFOV视频、VR巨幕影院、AR观影等。例如8KFOV视频需要网络带宽大于100Mbps[1]低保真强交互类XRAR多人协助需要端到端网络时延<15ms1]。低保真弱交互类：对带宽及时延的需求低于以上三类，典型业务包括：AR在线购物等。XR业务的关键网络指标XR4K8K演进，用户感受从半沉浸式到完全沉网络将面临速率、时延、容量、移动性等方面挑战。时延以云渲染的数智竞技/MTP上行（下行图3端到端时延分解图XR（MotiontoPhotons,20msMTP时延的要求，通过异步时间扭曲（AsynchronousTimewrp,等技术，可将70msMTP平均时延80msMTP94ms步优化的空间。速率XRBurst特征，瞬时速率需求较高。考虑时延约束及帧大小波动，10ms2~3倍。容量3GPP仿真中，从业务码率和时延约束两方面计算，100MHz单小区可保障VR10个以上[5]（100MHz）10~12VRXR用户并发数量小于仿真值。移动性XRXR数智竞技业务，以及未AR5GMTP时延增大，主观体验有花屏、卡顿等现象。当前面临的主要问题及挑战网业如何协同XR业务所产生的多模态数据流暂时无法进行业务类型或者业XRQoSflow流来承载，在带宽保障、时延保障上都无法使用差异化的服务保障。连接如何增强2.2XR可从以下方面进行增强XR时延仍需优化：MTP时延中占比较大，有进一步优化的空间传输等方面研究容量提升方案XR顿等，需从降低切换时延、基于帧边界触发切换等方面优化切换时延用户体验如何评测XR计方法，用于问题定位定界。XR网业端协同技术体系网络感知业务基于业务特征识别XR业务在使用基于图像组（Groupofpicture，GoP）Slice-basedIPIGOPISlice-basedI帧，PGOPP帧、BSlice-basedP帧。GOPIPB帧，Slice-baseI帧P帧。II流的图像内容解码时不依赖于其它图像流就可以解码。PI流或者P流中的前后图像流。IPI流单P1.5IPIPIPXRIPQoSFlow。基于数据包模式识别存在准确率的挑战，且图像编码需符合上述模型。基于数据包业务信息识别GTP-UIPIPIPII帧识别正确，从而准确识别帧类型，以避免解析过多的报文加密时该种方式不适用。DPIDPIIPTCPDPI技术解析数URL等头域字段、IP地址及端口、TCPUDP等协议类型、数据包长及上下行、DNS信息等，进而智能分析出网络交互中的业务种类。XR专用承载识别QoSFlowQoSQoSflow提供不同等级的业务保障能力。XR业务通常包含多个关联数据流，每个数据流具有不同的QoS需求，XRQoSflowQoS5QI，基站可依据QoSflow5QI对业务类型进行识别。3GPPR17XR5QIQoS默认参数如下表。1XR5QI参数（TS23.5015.7.4-1）5QIValueResourceTypeDefaultPriorityLevelPacketDelayBudgetPacketErrorRateDefaultMaximumDataBurstVolumeDefaultWindowExampleServices80Non-GBR6810ms10-6N/AN/ALowLatencyeMBBapplicationsAR87Delay-criticalGBR255ms10-3500bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata,882510ms10-31125bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata892515ms10-417000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering902520ms10-463000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering基于网络切片识别终端基于URSPDescriptor并指示各个网元节点提供保障。3GPP业务适配网络5G网络的无线环境以及网络负荷不断变化，无线信道可实际支持的带宽也（的编码速率不会出现突发性的增大。（作为业务数据的接收端（作为业务数据的发送端（塞信息反馈的不及时，从而影响到应用层时延的保障。图4传统拥塞反馈机制图55GRAN辅助的L4S拥塞反馈机制5G网络辅助的4SETF的4（o-atno-oss,Scalablethroughput）5G网络相结合：5G基站监测网络拥塞以IP数据包头中的“ECNL4S5G连接能力增强本章从容量增强、确定时延、移动性增强、节能维度探讨连接能力增强方案。容量增强多流协同保障XRH.26xQoS需求，适配相应的传输资源，从而提升服务质量和无线传输的有效性。基于网业端协同的差异化传输可有效降低高可靠要求的数据量，从而减小保输，提升传输效率。帧完整性传输XRXR业务的数据包时应该尽可6已传数据比例调度示意图3GPP标准基于网业协同理念定义了基于GTP-U携带帧信息及关键帧的架构，GTP-U包含PDUSetQoS信息，包括XR业务的帧编号、帧大小、帧尾包标识等，有助于RAN侧实现帧完整性传输。确定性时延灵活部署降低传输时延UPF下沉、MEC技术将业务数据本地化，采用本地分流等方案降低端到端时延。调度优化减小空口时延XR业务对时延有非常高的要求,3GPPR15、R16R17版本已经URLLC相关的降低延迟的机制，但这些机制并不适合高吞吐量的XRXR量的关键。智能预调度5QI上行免调度XRXRCG周期不匹配R18（ConfiguredCGPUSCHCGPUSCHPUSCHXR数据包大小差异以及XRCG周期不匹配的问题，即在数据包较小时使用较少的PUSCHPUSCHPUSCHUCIPUSCH资源未被使用，因此基站可以PUSCHUE，以提高频谱利用效率。BSR

图7 CG增强示意图BSRBSR3GPPBSRBSR并不能准确地预估手机侧待传输数据量，导致无法精准分配上行资源，BSR增强的首要目标就是增加新的BSR表项以减少BSR上报的量化误差。XRUE息，以便基站根据不同用户的剩余延迟预算合理分配上行资源。帧级调度提供确定时延PDUSet务流间，在无线侧基于帧时延要求进行调度。QoSFlow帧QoSFlow满足帧时延需求。移动性增强XR10ms（单向XRXR，需要研究在移动性场景中如何满足严格的时延预算需求。60fpsXR16.67msL350~60ms60fpsXR3~490fps120fps的XR降明显。切换前精准控制PDCPRLC查询帧调度结果，同时XRRLCRLC缓冲区数PDCP调度完成，可触发切换。切换中敏捷交互XRXRL1/L2切换技术3PPRl18（M1/2igrdMobilit，L1/L2触发的移动性L2数传连续等技术，XR业务的用户体验切换决策下沉L1/L2信令进行测量结果上报及切换判L3进行测量报告解码，能够更为及时地完成切换；同步过程前置前完成，实现免随机接入过程的小区切换，降低了切换中断时间。L2数传连续：RLCUM承载的数AML2节能机制VRXR3~4挑战之一，对用户体验有直接影响。3GPP从R15到R18CDRXXR业务（如音频/视频），通过活动与睡眠的交替切换来实现终端功耗的降低。3GPPR17release之前，DRXCycle可10ms10240msCDRXXR数据包传输周期不匹配的问题，导致数据包延时增加。R18CDRX机制可CDRXCDRX周期可以准确地匹配任意媒体帧率匹配可以灵活匹配，获得节能增益。端云能力协同VR应用需要为用户创造一VRVR对渲染能力VR应用，AR将虚拟内容叠加到现实世界中，用户ARVRAR其协同渲染方案也有所差异。VR应用的协同渲染方案为满足VR应用所需的高算力需求、降低端侧计算负担，一种方式是基于5GXR5GXRXRXR5GXR体验。AR应用的分离渲染方案ARAR5G-终端-ARARAR体验。5G5G5GARAR眼镜用户获得最佳的计算资源分配和服务体验。用户体验感知XRKPIXR业务打分模型(VRMOS)，结合5GXR的分档标准。用户体验指标用户体验指标主要由呈现体验质量、交互体验质量和源质量组成，呈现体验XRKPIXR业务有着帧级传输特征，需要重新定义面向XR沉浸体验的网络关键KPI指标，并统一指标的统计和测量的方法。网络关键KPI可包括以下指标：帧级上行/下行网络传输时延：每帧画面在完成编码分包后，5G网络接收到该帧第一个上行/下行数据包到传输完该帧最后一个上行/下行数据的时间差帧级上行/下行空口传输时延到该帧第一个上行/下行数据包到传输完该帧最后一个上行/下行数据的时间差帧级上行/下行网络传输速率：云平台/终端接收到每帧画面所有上行/下行数据包的大小总和，与帧级上行/下行网络传输时延的比值帧级上行/下行可靠性/上行/下行总帧数的比值KPI统计平台周期性收集相关测量数据。XRKPIKPI指标的时KPI指标中的可靠性等，实现问题快速定位定界。XR商业价值应用场景XR作为下一代的新终端，可以承载各种新的应用。办公、娱乐、社交、购物等主流应用都会因为XR技术产生新的体验升级。1：办公。XR技术不仅能够提升用户办公效率，提供多样化的办XR展至飞机、高铁等通勤场景，不受地点及空间限制，保证办公体验的一致性。XR技术的空间拓展大幅提升XR眼镜就是能体IMAX3D2D3D发XR3D影像记录和回放美好的瞬间；通过三维重建的体AR32DXR3D虚拟空间（XR3D交的陌生感，形成线上新社交的场景。XR360°AR3D沉浸场景购物、AR试穿试戴、3D360°3D商“近在眼前”MR数字化房间，虚拟“移除”3D轻松完成室内家具装修摆放的虚实融合体验。XR商业模式探讨2B2B2C2C场景，下文面向这三种场景探讨相应的商业模式。2B场景2B场景是指运营商只为行业客户提供服务，不涉及行业客户的用户。XRXR业务平台提供算力、渲染、技术工具等资源和能力。月收取平台能力租赁费。2B2C混合场景2B2C场景是指主要面向XR户数量收取网络保障服务费的方案中，计费方式可以为个人用户单价结合当月XR案中，按照时长单价结合当月网络保障总时长计费2C场景2CXRXR应用服务。XRXR应XRXR应用内容服务。提供网络保障服务资费模式是运营商提供网络保障服务包，满足消费者短期XR业务加速包提供不同时长的网络保障服务包；XRXR度等叠加权益计费，可考虑减免流量费用。总结与展望XR5G网络在带宽、时延、移动性等方面的需求，并XR5G5G从网络领先发展到商业领先。XRXR提供随时随地的沉浸式体验，为数字经济发展注入新活力。参考文献中国移动通信研究院，“5GXR端到端能力需求研究报告”，2020年XR云网架构与解决方案研究报告年IETFRFC9330:"LowLatency,LowLoss,ScalableThroughput(L4S)InternetService:Architecture".3GPPTR26.928:“ExtendedReality(XR)in5G”3GPPTR38.838:“StudyonXR(ExtendedReality)EvaluationsforNR”3GPPTS23.501:“Systemarchitectureforthe5GSystem(5GS)”缩略语缩略语全称中文释义XRExtendedReality扩展现实VRVirtualReality虚拟现实ARAugmentedReality增强现实MRMixedReality混合现实AIArtificialIntelligence人工智能FOVFieldofView视场角MTPMotiontoPhotons运动响应时延KPIKeyPerformanceIndicator关键性能指标GoPGroupofpicture图像组Pframepredictive-frame前向预测编码帧Bframebi-directionalinterpolatedpredictionframe双向预测内插编码帧Iframeintrapicture帧内编码帧GTPGPRSTunnelingProtocolGPRS隧道协议RTPReal-timeTransportProtocol实时传输协议PDUProtocolDataUnit协议数据单元DPIDeepPacketInspection深度包检测技术TCPTransmissionControlProtocol传输控制协议UDPUserDatagramProtocol用