2023XR網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系白皮書

XR網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系白皮書2023年6《XR《XR網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系白皮書》PAGEPAGE21目錄前言 3XR概述 3XR發(fā)展歷程及趨勢 4XR產(chǎn)業(yè)掃描 4XR業(yè)務(wù)帶給5G網(wǎng)絡(luò)的新挑戰(zhàn) 5XR業(yè)務(wù)需求分析 5面向XR業(yè)務(wù)的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)指標(biāo) 6時延 6速率 7容量 7移動性 7當(dāng)前面臨的主要問題及挑戰(zhàn) 7網(wǎng)業(yè)如何協(xié)同 7連接如何增強 8用戶體驗如何評測 8XR網(wǎng)業(yè)端協(xié)同技術(shù)體系 8網(wǎng)絡(luò)感知業(yè)務(wù) 8基于業(yè)務(wù)特征識別 8基于數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)信息識別 9基于XR專用承載識別 9基于網(wǎng)絡(luò)切片識別 10業(yè)務(wù)適配網(wǎng)絡(luò) 10連接能力增強 容量增強 確定性時延 12移動性增強 14節(jié)能機制 15端云能力協(xié)同 15面向VR應(yīng)用的協(xié)同渲染方案 15面向AR應(yīng)用的分離渲染方案 16用戶體驗感知 16用戶體驗指標(biāo) 16網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵KPI 17XR商業(yè)價值 18應(yīng)用場景 18XR商業(yè)模式探討 19面向行業(yè)2B場景 192B2C混合場景 19面向個人2C場景 19總結(jié)與展望 20參考文獻 21縮略語 21前言5GXR這類XR5G的深度XR技術(shù)做了XR5GXR網(wǎng)業(yè)端協(xié)同技XR的商業(yè)價值。XR概述擴展現(xiàn)實（ExtendedReality，XR）VRARMR等技術(shù)。虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）是指通過佩戴設(shè)備將用戶的感知帶入到虛交互。增強現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）是指通過計算機生成虛擬信息，并將虛擬信息內(nèi)容疊加在真實世界上。ARVRAR技術(shù)中人與真實世AR5G斷演進，AR設(shè)備可有望真正消除虛擬和現(xiàn)實間的邊界感。（MixedVRAR同時VRARXR發(fā)展歷程及趨勢2012XR頭XR至2014年間，XRGoogleGlass，標(biāo)志著消費級ARabook成功收購VR頭顯廠商ulusulusitR20142017RPokémonGo正式XR2017~2019年間，XR行業(yè)進入退潮期，消費級市場整體發(fā)展放緩。2019至XR頭顯設(shè)備技術(shù)不斷迭代、內(nèi)容應(yīng)用不斷沉淀，VR在游戲、社交等5GXR推出行OculusQuest2，PicoNeo3VR一體機也相繼面世，VR行業(yè)開始走向復(fù)蘇，2021VR1000萬，發(fā)展態(tài)勢良好。20236月，蘋果發(fā)布首款MR頭顯式設(shè)備ionPosionPo引入了一個全新的輸入系統(tǒng)，擺脫了手柄等外接設(shè)備，由眼睛、手勢和語音來進行交互，有望再次引爆產(chǎn)業(yè)，XR領(lǐng)域新變革。AIXR的生活方式和生產(chǎn)方式帶來革命性變化和創(chuàng)新性體驗。XR產(chǎn)業(yè)掃描圖1 XR產(chǎn)業(yè)鏈掃描XR產(chǎn)業(yè)鏈較長，涉及到內(nèi)容應(yīng)用、系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、終端整機、芯片、發(fā)展的痛點難點問題，需要產(chǎn)業(yè)界共同攻克。內(nèi)容應(yīng)用豐富度待提升：VR內(nèi)容生態(tài)聚焦于視頻、游戲、社交場景，其他XRVR內(nèi)容生態(tài)2D應(yīng)用，難以激發(fā)消費者購買欲望。終端設(shè)備仍需輕量化為笨重，影響用戶佩戴的舒適性。VR/MR頭顯采用的菲涅爾透鏡光學(xué)方案成像距離遠、光學(xué)元件?，目前新產(chǎn)品逐步采用Pancake方案，有助于減小2~3ApplePro實現(xiàn)手勢交互，擺脫了外置手柄的束5G5G能5G5G芯片的高集成度產(chǎn)品面世。網(wǎng)絡(luò)傳輸存在挑戰(zhàn)：XR業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)下行帶寬、網(wǎng)絡(luò)容量、確定性時延和技術(shù)，具體內(nèi)容將在下面章節(jié)詳細展開。XR5G網(wǎng)絡(luò)的新挑戰(zhàn)XR業(yè)務(wù)需求分析XR業(yè)務(wù)形態(tài)豐富，按照對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延不同的需求程度分成高保真強交互、高保真弱交互、低保真強交互、低保真弱交互四類。圖2:基于不同時延帶寬需求的XR業(yè)務(wù)分類高保真強交互類：同時對大帶寬及低時延有較高需求，典型業(yè)務(wù)包括：4KXR8KXR/社交/4K50Mbps且端到端網(wǎng)絡(luò)時延<20ms1]。高保真弱交互類：對大帶寬需求較高，典型業(yè)務(wù)包括：VRFOV視頻、VR巨幕影院、AR觀影等。例如8KFOV視頻需要網(wǎng)絡(luò)帶寬大于100Mbps[1]低保真強交互類XRAR多人協(xié)助需要端到端網(wǎng)絡(luò)時延<15ms1]。低保真弱交互類：對帶寬及時延的需求低于以上三類，典型業(yè)務(wù)包括：AR在線購物等。XR業(yè)務(wù)的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)XR4K8K演進，用戶感受從半沉浸式到完全沉網(wǎng)絡(luò)將面臨速率、時延、容量、移動性等方面挑戰(zhàn)。時延以云渲染的數(shù)智競技/MTP上行（下行圖3端到端時延分解圖XR（MotiontoPhotons,20msMTP時延的要求，通過異步時間扭曲（AsynchronousTimewrp,等技術(shù)，可將70msMTP平均時延80msMTP94ms步優(yōu)化的空間。速率XRBurst特征，瞬時速率需求較高?？紤]時延約束及幀大小波動，10ms2~3倍。容量3GPP仿真中，從業(yè)務(wù)碼率和時延約束兩方面計算，100MHz單小區(qū)可保障VR10個以上[5]（100MHz）10~12VRXR用戶并發(fā)數(shù)量小于仿真值。移動性XRXR數(shù)智競技業(yè)務(wù)，以及未AR5GMTP時延增大，主觀體驗有花屏、卡頓等現(xiàn)象。當(dāng)前面臨的主要問題及挑戰(zhàn)網(wǎng)業(yè)如何協(xié)同XR業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的多模態(tài)數(shù)據(jù)流暫時無法進行業(yè)務(wù)類型或者業(yè)XRQoSflow流來承載，在帶寬保障、時延保障上都無法使用差異化的服務(wù)保障。連接如何增強2.2XR可從以下方面進行增強XR時延仍需優(yōu)化：MTP時延中占比較大，有進一步優(yōu)化的空間傳輸?shù)确矫嫜芯咳萘刻嵘桨竂R頓等，需從降低切換時延、基于幀邊界觸發(fā)切換等方面優(yōu)化切換時延用戶體驗如何評測XR計方法，用于問題定位定界。XR網(wǎng)業(yè)端協(xié)同技術(shù)體系網(wǎng)絡(luò)感知業(yè)務(wù)基于業(yè)務(wù)特征識別XR業(yè)務(wù)在使用基于圖像組（Groupofpicture，GoP）Slice-basedIPIGOPISlice-basedI幀，PGOPP幀、BSlice-basedP幀。GOPIPB幀，Slice-baseI幀P幀。II流的圖像內(nèi)容解碼時不依賴于其它圖像流就可以解碼。PI流或者P流中的前后圖像流。IPI流單P1.5IPIPIPXRIPQoSFlow?；跀?shù)據(jù)包模式識別存在準確率的挑戰(zhàn)，且圖像編碼需符合上述模型?；跀?shù)據(jù)包業(yè)務(wù)信息識別GTP-UIPIPIPII幀識別正確，從而準確識別幀類型，以避免解析過多的報文加密時該種方式不適用。DPIDPIIPTCPDPI技術(shù)解析數(shù)URL等頭域字段、IP地址及端?、TCPUDP等協(xié)議類型、數(shù)據(jù)包長及上下行、DNS信息等，進而智能分析出網(wǎng)絡(luò)交互中的業(yè)務(wù)種類。XR專用承載識別QoSFlowQoSQoSflow提供不同等級的業(yè)務(wù)保障能力。XR業(yè)務(wù)通常包含多個關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流，每個數(shù)據(jù)流具有不同的QoS需求，XRQoSflowQoS5QI，基站可依據(jù)QoSflow5QI對業(yè)務(wù)類型進行識別。3GPPR17XR5QIQoS默認參數(shù)如下表。1XR5QI參數(shù)（TS23.5015.7.4-1）5QIValueResourceTypeDefaultPriorityLevelPacketDelayBudgetPacketErrorRateDefaultMaximumDataBurstVolumeDefaultAveragingWindowExampleServices80Non-GBR6810ms10-6N/AN/ALowLatencyeMBBapplicationsAR87Delay-criticalGBR255ms10-3500bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata,882510ms10-31125bytes2000msInteractiveService-Motiontrackingdata892515ms10-417000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering902520ms10-463000bytes2000msVisualcontentforcloud/edge/splitrendering基于網(wǎng)絡(luò)切片識別終端基于URSPDescriptor并指示各個網(wǎng)元節(jié)點提供保障。3GPP業(yè)務(wù)適配網(wǎng)絡(luò)5G網(wǎng)絡(luò)的無線環(huán)境以及網(wǎng)絡(luò)負荷不斷變化，無線信道可實際支持的帶寬也（的編碼速率不會出現(xiàn)突發(fā)性的增大。（作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的接收端（作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的發(fā)送端（塞信息反饋的不及時，從而影響到應(yīng)用層時延的保障。圖4傳統(tǒng)擁塞反饋機制圖55GRAN輔助的L4S擁塞反饋機制5G網(wǎng)絡(luò)輔助的4SETF的4（o-atno-oss,Scalablethroughput）5G網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合：5G基站監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)擁塞以IP數(shù)據(jù)包頭中的“ECNL4S5G連接能力增強本章從容量增強、確定時延、移動性增強、節(jié)能維度探討連接能力增強方案。容量增強多流協(xié)同保障XRH.26xQoS需求，適配相應(yīng)的傳輸資源，從而提升服務(wù)質(zhì)量和無線傳輸?shù)挠行??；诰W(wǎng)業(yè)端協(xié)同的差異化傳輸可有效降低高可靠要求的數(shù)據(jù)量，從而減小保輸，提升傳輸效率。幀完整性傳輸XRXR業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包時應(yīng)該盡可6已傳數(shù)據(jù)比例調(diào)度示意圖3GPP標(biāo)準基于網(wǎng)業(yè)協(xié)同理念定義了基于GTP-U攜帶幀信息及關(guān)鍵幀的架構(gòu)，GTP-U包含PDUSetQoS信息，包括XR業(yè)務(wù)的幀編號、幀大小、幀尾包標(biāo)識等，有助于RAN側(cè)實現(xiàn)幀完整性傳輸。確定性時延靈活部署降低傳輸時延UPF下沉、MEC技術(shù)將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地化，采用本地分流等方案降低端到端時延。調(diào)度優(yōu)化減小空?時延XR業(yè)務(wù)對時延有非常高的要求,3GPPR15、R16R17版本已經(jīng)URLLC相關(guān)的降低延遲的機制，但這些機制并不適合高吞吐量的XRXR量的關(guān)鍵。智能預(yù)調(diào)度5QI上行免調(diào)度XRXRCG周期不匹配R18（ConfiguredCGPUSCHCGPUSCHPUSCHXR數(shù)據(jù)包大小差異以及XRCG周期不匹配的問題，即在數(shù)據(jù)包較小時使用較少的PUSCHPUSCHPUSCHUCIPUSCH資源未被使用，因此基站可以PUSCHUE，以提高頻譜利用效率。BSR

圖7 CG增強示意圖BSRBSR3GPPBSRBSR并不能準確地預(yù)估手機側(cè)待傳輸數(shù)據(jù)量，導(dǎo)致無法精準分配上行資源，BSR增強的首要目標(biāo)就是增加新的BSR表項以減少BSR上報的量化誤差。XRUE息，以便基站根據(jù)不同用戶的剩余延遲預(yù)算合理分配上行資源。幀級調(diào)度提供確定時延PDUSet務(wù)流間，在無線側(cè)基于幀時延要求進行調(diào)度。QoSFlow幀QoSFlow滿足幀時延需求。移動性增強XR10ms（單向XRXR，需要研究在移動性場景中如何滿足嚴格的時延預(yù)算需求。60fpsXR16.67msL350~60ms60fpsXR3~490fps120fps的XR降明顯。切換前精準控制PDCPRLC查詢幀調(diào)度結(jié)果，同時XRRLCRLC緩沖區(qū)數(shù)PDCP調(diào)度完成，可觸發(fā)切換。切換中敏捷交互XRXRL1/L2切換技術(shù)3PPRl18（M1/2igrdMobilit，L1/L2觸發(fā)的移動性L2數(shù)傳連續(xù)等技術(shù)，XR業(yè)務(wù)的用戶體驗切換決策下沉L1/L2信令進行測量結(jié)果上報及切換判L3進行測量報告解碼，能夠更為及時地完成切換；同步過程前置前完成，實現(xiàn)免隨機接入過程的小區(qū)切換，降低了切換中斷時間。L2數(shù)傳連續(xù)：RLCUM承載的數(shù)AML2節(jié)能機制VRXR3~4挑戰(zhàn)之一，對用戶體驗有直接影響。3GPP從R15到R18CDRXXR業(yè)務(wù)（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。3GPPR17release之前，DRXCycle可10ms10240msCDRXXR數(shù)據(jù)包傳輸周期不匹配的問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包延時增加。R18CDRX機制可CDRXCDRX周期可以準確地匹配任意媒體幀率匹配可以靈活匹配，獲得節(jié)能增益。端云能力協(xié)同VR應(yīng)用需要為用戶創(chuàng)造一VRVR對渲染能力VR應(yīng)用，AR將虛擬內(nèi)容疊加到現(xiàn)實世界中，用戶ARVRAR其協(xié)同渲染方案也有所差異。VR應(yīng)用的協(xié)同渲染方案為滿足VR應(yīng)用所需的高算力需求、降低端側(cè)計算負擔(dān)，一種方式是基于5GXR5GXRXRXR5GXR體驗。AR應(yīng)用的分離渲染方案ARAR5G-終端-ARARAR體驗。5G5G5GARAR眼鏡用戶獲得最佳的計算資源分配和服務(wù)體驗。用戶體驗感知XRKPIXR業(yè)務(wù)打分模型(VRMOS)，結(jié)合5GXR的分檔標(biāo)準。用戶體驗指標(biāo)用戶體驗指標(biāo)主要由呈現(xiàn)體驗質(zhì)量、交互體驗質(zhì)量和源質(zhì)量組成，呈現(xiàn)體驗XRKPIXR業(yè)務(wù)有著幀級傳輸特征，需要重新定義面向XR沉浸體驗的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵KPI指標(biāo)，并統(tǒng)一指標(biāo)的統(tǒng)計和測量的方法。網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵KPI可包括以下指標(biāo)：幀級上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸時延：每幀畫面在完成編碼分包后，5G網(wǎng)絡(luò)接收到該幀第一個上行/下行數(shù)據(jù)包到傳輸完該幀最后一個上行/下行數(shù)據(jù)的時間差幀級上行/下行空?傳輸時延到該幀第一個上行/下行數(shù)據(jù)包到傳輸完該幀最后一個上行/下行數(shù)據(jù)的時間差幀級上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸速率：云平臺/終端接收到每幀畫面所有上行/下行數(shù)據(jù)包的大小總和，與幀級上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸時延的比值幀級上行/下行可靠性/上行/下行總幀數(shù)的比值KPI統(tǒng)計平臺周期性收集相關(guān)測量數(shù)據(jù)。XRKPIKPI指標(biāo)的時KPI指標(biāo)中的可靠性等，實現(xiàn)問題快速定位定界。XR商業(yè)價值應(yīng)用場景XR作為下一代的新終端，可以承載各種新的應(yīng)用。辦公、娛樂、社交、購物等主流應(yīng)用都會因為XR技術(shù)產(chǎn)生新的體驗升級。1：辦公。XR技術(shù)不僅能夠提升用戶辦公效率，提供多樣化的辦XR展至飛機、高鐵等通勤場景，不受地點及空間限制，保證辦公體驗的一致性。XR技術(shù)的空間拓展大幅提升XR眼鏡就是能體IMAX3D2D3D發(fā)XR3D影像記錄和回放美好的瞬間；通過三維重建的體AR32DXR3D虛擬空間（XR3D交的陌生感，形成線上新社交的場景。XR360°AR3D沉浸場景購物、AR試穿試戴、3D360°3D商“近在眼前”MR數(shù)字化房間，虛擬“移除”3D輕松完成室內(nèi)家具裝修擺放的虛實融合體驗。XR商業(yè)模式探討2B2B2C2C場景，下文面向這三種場景探討相應(yīng)的商業(yè)模式。2B場景2B場景是指運營商只為行業(yè)客戶提供服務(wù)，不涉及行業(yè)客戶的用戶。XRXR業(yè)務(wù)平臺提供算力、渲染、技術(shù)工具等資源和能力。月收取平臺能力租賃費。2B2C混合場景2B2C場景是指主要面向XR戶數(shù)量收取網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)費的方案中，計費方式可以為個人用戶單價結(jié)合當(dāng)月XR案中，按照時長單價結(jié)合當(dāng)月網(wǎng)絡(luò)保障總時長計費2C場景2CXRXR應(yīng)用服務(wù)。XRXR應(yīng)XRXR應(yīng)用內(nèi)容服務(wù)。提供網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)資費模式是運營商提供網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)包，滿足消費者短期XR業(yè)務(wù)加速包提供不同時長的網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)包；XRXR度等疊加權(quán)益計費，可考慮減免流量費用?？偨Y(jié)與展望XR5G網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時延、移動性等方面的需求，并XR5G5G從網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)先發(fā)展到商業(yè)領(lǐng)先。XRXR提供隨時隨地的沉浸式體驗，為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展注入新活力。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(yīng)時延KPIKeyPerformanceIndicator關(guān)鍵性能指標(biāo)GoPGroupofpicture圖像組Pframepredictive-frame前向預(yù)測編碼幀Bframebi-directionalinterpolatedpredictionframe雙向預(yù)測內(nèi)插編碼幀Iframeintrapicture幀內(nèi)編碼幀GTPGPRSTunnelingProtocolGPRS隧道協(xié)議RTPReal-timeTransportProtocol實時傳輸協(xié)議PDUProtocolDataUnit協(xié)議數(shù)據(jù)單元DPIDeepPacketInspection深度包檢測技術(shù)TCPTransmissionControlProtocol傳輸控制協(xié)議UDPUserDatagramProtocol用戶數(shù)據(jù)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(wù)質(zhì)量5QI5GQoSId