XR-网络技术体系白皮书 2023

1 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 7 7 7 9 9 2 3扩展现实（XR）是当前国内外关注的热点领域，2023年国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，在“全面赋能经济社会发展”中首提“沉浸式服务体验”，扩展现实在赋能经济社会发展中将发挥重要的推动作用，助力数字中国建设。5G是经济社会数字化转型的关键基础设施。本报告旨在探讨面向XR这类1.XR概述AR和MR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增强现实（AugmentedReality，AR）是指通过计算机生成虚拟信息，并将界交互更加直接和自然，随着AR设备技术不断发展，以及5G移动通信网络不4业标杆产品oculusQuest2，PicoNeo3等国产VR一体机也相继面图1XR产业链扫描5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主机重量；新发布的AppleVisionPro实现手势交互，摆脱了外置手柄的束力的头显基于5G模组开发，集成度低，需推动基于5G芯片的高集成度产n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2.XR业务带给5G网络的新挑战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互、高保真弱交互、低保真强交互、低保真弱交图2:基于不同时延带宽需求的XR业务分类6n高保真强交互类：同时对大带宽及低时延有较高需求n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]2.2.面向XR业务的关键网络指标图3端到端时延分解图时延的要求，通过异步时间扭曲（AsynchronousTimewrp,ATW）等技术，可将时延要求放宽至70ms左右。根据实际测试结果，当强交互游戏MTP平均时延7XR业务码率由分辨率、帧率以及编码压缩效率决定到达呈现Burst特征，瞬时速率需求较高。考虑时延约束及帧大小波动，10ms3GPP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XR业务对于切换时延敏感度较高，室内大空间XR数智竞技业务，以及未目前网络对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的业务共同由默认QoSflow流来承载，在带宽保障、时延保障上都无法使用差8n时延仍需优化：测试得到网络传输、云平台渲染及编码时延在MTP时延中3.XR网业端协同技术体系XR业务在使用基于图像组（Groupofpicture，GoP）编码或者Slice-based9帧码流是P流码流的1.5倍以上。利用这个特征，该业务模型通常适用于XR单业务流模式，即I流和P流建立了一个QoS数据包解析获取业务信息可通过解析GTP-配合数据包模式识别，即在识别出I流和P流的基础上，再进一步解析I流中的RTP报文，确认I帧识别正确，从而准确识别帧类型，以避免解析过多的RTP数据流经过核心网网关侧设备，网络设备对接入流量数据通过DPI技术解析数QoSFlow是QoS最小区分粒度，不同QoSflow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，XR业务QoSflow建立时需要依据QoS特征绑定满足QoSflow携带的5QI对业务类型进行识别。3GPPR17协议定义了可表1面向XR业务的5QI参数（摘自TS23.501表5.7.4-1）5QIValueResourceTypeDefaultPriorityLevelPacketDelayBudgetPacketErrorRateDefaultMaximumDataBurstVolumeDefaultAveragingWindowExampleServicesNon-GBR68N/AN/ALowLatencyeMBBapplicationsARDelay-criticalGBR255ms500bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata,251125bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata2517000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering902520ms63000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering该方案为3GPP标准化方案，技术体系完整。能够图4传统拥塞反馈机制图55GRAN辅助的L4S拥塞反馈机制Scalablethroughput）流量控制方案与5G网络相结合：5G基站监测网络拥塞以行分流传输，为不同重要性的数据流配置不同的QoS需求，适配相应的传输资图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、帧尾包场景，当端到端时延需求较高且有一定可靠性要求时，可通过使用例如UPF下周期内支持多个PUSCH传输时机及动态取消机制开展研究，通过在同一个CGPUSCH中预先配置多个PUSCH传输机会，可以解决XR数据包大小差异以及XR传输周期和CG周期不匹配的问题，即在数据包较小时使用较少的PUSCH传输资源，在数据包较大时使用较多的PUSCH传输资源。但这又面临数据包较图7CG增强示意图BSR增强一方面是增强BSR上报精度以减少量化误差差较大，基站方根据上报的BSR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表项以减少算。比如，在UE上报缓存数据大小时，可务流间，在无线侧基于帧时延要求进行调度。XR业务对数据包的传输时延有着严格的要求，一个典型的需求是在10ms时间会导致连续3~4个帧失效，影响用户体验；对于未来的90fps和120fps的XR业务来说，小区切换带来的中断导致更多的帧失效，零中断。当发生切换时，PDCP收到切换信令后向RLC查询帧调度结果，同时动场景中使用XR业务的用户体验1）切换决策下沉：终端和基站基于L1/L2信令进行测量结2）同步过程前置：与目标小区的下行同步过程和上行同步过程可在切换之3）L2数传连续：RLC层可直接维持，不执行重建，降低了UM承载的数增强可以更好的匹配周期性数据传输的XR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。3GPPR17包传输周期不匹配的问题，导致数据包延时增加。R18中增强的CDRX机制可以支持小数周期的CDRX周期，使得CDRX周期可以准确地匹配任意媒体帧率得流畅、真实的感觉。相比VR应用，AR将虚3.4.1.面向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3.4.2.面向AR应用的分离渲染方案的渲染服务器进行处理，以实现更大规模的计算和资源优化；而当5G信号较弱n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n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/下立两者映射模型，例如用户体验出现卡顿现象，映射到网络关键KPI指标的时延和速率；花屏现象映射到网络关键KPI指标中的可靠性等，实现问题快速定4.XR商业价值XR作为下一代的新终端，可以承载各种新的应用。物等主流应用都会因为XR技术产生新的体验升级。戴、3D产品展示等新功能，让消费者能够掌握产品360°全面的信息，与3D商行业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案中，按照时长单价结合当月网络保障总时个人2C场景是指运营商直接为个人客户使用XR提供网络保障服务，或者向个人用户直接提供XR应用服务。XR网络保障服务是指个人客户使用XR应过XR业务加速包提供不同时长的网络保障服务包；XR应用服务资费模式针对5.总结与展望本报告分析了XR业务对5G网络在带宽、时延、移动参考文献[4]3GPPTR26.928:“ExtendedReality(XR)in5G”[5]3GPPTR38.838:“StudyonXR(ExtendedReality)EvaluationsforNR”[6]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GoPGroupofpicturePframepredictive-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用户数据报协议URLUniformResourceLocator统一资源定位器DNSDomainNameSyste域名系统缩略语全称中文释义QoSQualityofService服务质量5QI5GQoSIdentifier5G服务质量指示URSPUERouteSelectionPolicy路由选择策略IETFTheInternetEngineeringTaskForce国际互联网工程任务组L4SLow-Latency,Low-Loss,Scalablethroughput低时延低丢包的稳定传输ECNExplicitCongestionNotification