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(shì) 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(shí)延 6速率 7容量 7移動(dòng)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(qiáng) 8用戶體驗(yàn)如何評(píng)測(cè) 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(shí)別 8基于數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)信息識(shí)別 9基于XR專用承載識(shí)別 9基于網(wǎng)絡(luò)切片識(shí)別 10業(yè)務(wù)適配網(wǎng)絡(luò) 10連接能力增強(qiáng) 容量增強(qiáng) 確定性時(shí)延 12移動(dòng)性增強(qiáng) 14節(jié)能機(jī)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(yàn)感知 16用戶體驗(yàn)指標(biāo) 16網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵KPI 17XR商業(yè)價(jià)值 18應(yīng)用場(chǎng)景 18XR商業(yè)模式探討 19面向行業(yè)2B場(chǎng)景 192B2C混合場(chǎng)景 19面向個(gè)人2C場(chǎng)景 19總結(jié)與展望 20參考文獻(xiàn) 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(jià)值。XR概述擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（ExtendedReality，XR）VRARMR等技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)（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(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality，AR）是指通過計(jì)算機(jī)生成虛擬信息，并將虛擬信息內(nèi)容疊加在真實(shí)世界上。ARVRAR技術(shù)中人與真實(shí)世AR5G斷演進(jìn)，AR設(shè)備可有望真正消除虛擬和現(xiàn)實(shí)間的邊界感。（MixedVRAR同時(shí)VRARXR發(fā)展歷程及趨勢(shì)2012XR頭XR至2014年間，XRGoogleGlass，標(biāo)志著消費(fèi)級(jí)ARabook成功收購VR頭顯廠商ulusulusitR20142017RPokémonGo正式XR2017~2019年間，XR行業(yè)進(jìn)入退潮期，消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)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(jī)也相繼面世，VR行業(yè)開始走向復(fù)蘇，2021VR1000萬，發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。20236月，蘋果發(fā)布首款MR頭顯式設(shè)備ionPosionPo引入了一個(gè)全新的輸入系統(tǒng)，擺脫了手柄等外接設(shè)備，由眼睛、手勢(shì)和語音來進(jìn)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(yàn)。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(jī)、芯片、發(fā)展的痛點(diǎn)難點(diǎn)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(chǎng)景，其他XRVR內(nèi)容生態(tài)2D應(yīng)用，難以激發(fā)消費(fèi)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(yuǎn)、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(shí)現(xiàn)手勢(shì)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(duì)于網(wǎng)絡(luò)下行帶寬、網(wǎng)絡(luò)容量、確定性時(shí)延和技術(shù)，具體內(nèi)容將在下面章節(jié)詳細(xì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延不同的需求程度分成高保真強(qiáng)交互、高保真弱交互、低保真強(qiáng)交互、低保真弱交互四類。圖2:基于不同時(shí)延帶寬需求的XR業(yè)務(wù)分類高保真強(qiáng)交互類：同時(shí)對(duì)大帶寬及低時(shí)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(shí)延<20ms1]。高保真弱交互類：對(duì)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(qiáng)交互類XRAR多人協(xié)助需要端到端網(wǎng)絡(luò)時(shí)延<15ms1]。低保真弱交互類：對(duì)帶寬及時(shí)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(jìn)，用戶感受從半沉浸式到完全沉網(wǎng)絡(luò)將面臨速率、時(shí)延、容量、移動(dòng)性等方面挑戰(zhàn)。時(shí)延以云渲染的數(shù)智競(jìng)技/MTP上行（下行圖3端到端時(shí)延分解圖XR（MotiontoPhotons,20msMTP時(shí)延的要求，通過異步時(shí)間扭曲（AsynchronousTimewrp,等技術(shù)，可將70msMTP平均時(shí)延80msMTP94ms步優(yōu)化的空間。速率XRBurst特征，瞬時(shí)速率需求較高?？紤]時(shí)延約束及幀大小波動(dòng)，10ms2~3倍。容量3GPP仿真中，從業(yè)務(wù)碼率和時(shí)延約束兩方面計(jì)算，100MHz單小區(qū)可保障VR10個(gè)以上[5]（100MHz）10~12VRXR用戶并發(fā)數(shù)量小于仿真值。移動(dòng)性XRXR數(shù)智競(jìng)技業(yè)務(wù)，以及未AR5GMTP時(shí)延增大，主觀體驗(yàn)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(shí)無法進(jìn)行業(yè)務(wù)類型或者業(yè)XRQoSflow流來承載，在帶寬保障、時(shí)延保障上都無法使用差異化的服務(wù)保障。連接如何增強(qiáng)2.2XR可從以下方面進(jìn)行增強(qiáng)XR時(shí)延仍需優(yōu)化：MTP時(shí)延中占比較大，有進(jìn)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(shí)延、基于幀邊界觸發(fā)切換等方面優(yōu)化切換時(shí)延用戶體驗(yàn)如何評(píng)測(cè)XR計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)別存在準(zhǔn)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(shí)別GTP-UIPIPIPII幀識(shí)別正確，從而準(zhǔn)確識(shí)別幀類型，以避免解析過多的報(bào)文加密時(shí)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(jìn)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(shí)別QoSFlowQoSQoSflow提供不同等級(jí)的業(yè)務(wù)保障能力。XR業(yè)務(wù)通常包含多個(gè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流，每個(gè)數(shù)據(jù)流具有不同的QoS需求，XRQoSflowQoS5QI，基站可依據(jù)QoSflow5QI對(duì)業(yè)務(wù)類型進(jìn)行識(shí)別。3GPPR17XR5QIQoS默認(rèn)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(shí)別終端基于URSPDescriptor并指示各個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)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(fù)荷不斷變化，無線信道可實(shí)際支持的帶寬也（的編碼速率不會(huì)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(shí)，從而影響到應(yīng)用層時(shí)延的保障。圖4傳統(tǒng)擁塞反饋機(jī)制圖55GRAN輔助的L4S擁塞反饋機(jī)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(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞以IP數(shù)據(jù)包頭中的“ECNL4S5G連接能力增強(qiáng)本章從容量增強(qiáng)、確定時(shí)延、移動(dòng)性增強(qiáng)、節(jié)能維度探討連接能力增強(qiáng)方案。容量增強(qiáng)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(shí)應(yīng)該盡可6已傳數(shù)據(jù)比例調(diào)度示意圖3GPP標(biāo)準(zhǔn)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(hào)、幀大小、幀尾包標(biāo)識(shí)等，有助于RAN側(cè)實(shí)現(xiàn)幀完整性傳輸。確定性時(shí)延靈活部署降低傳輸時(shí)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(shí)延。調(diào)度優(yōu)化減小空?時(shí)延XR業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)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(jī)制，但這些機(jī)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(shí)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(qiáng)示意圖BSRBSR3GPPBSRBSR并不能準(zhǔn)確地預(yù)估手機(jī)側(cè)待傳輸數(shù)據(jù)量，導(dǎo)致無法精準(zhǔn)分配上行資源，BSR增強(qiáng)的首要目標(biāo)就是增加新的BSR表項(xiàng)以減少BSR上報(bào)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(jí)調(diào)度提供確定時(shí)延PDUSet務(wù)流間，在無線側(cè)基于幀時(shí)延要求進(jìn)行調(diào)度。QoSFlow幀QoSFlow滿足幀時(shí)延需求。移動(dòng)性增強(qiáng)XR10ms（單向XRXR，需要研究在移動(dòng)性場(chǎng)景中如何滿足嚴(yán)格的時(shí)延預(yù)算需求。60fpsXR16.67msL350~60ms60fpsXR3~490fps120fps的XR降明顯。切換前精準(zhǔn)控制PDCPRLC查詢幀調(diào)度結(jié)果，同時(shí)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(dòng)性L2數(shù)傳連續(xù)等技術(shù)，XR業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)切換決策下沉L1/L2信令進(jìn)行測(cè)量結(jié)果上報(bào)及切換判L3進(jìn)行測(cè)量報(bào)告解碼，能夠更為及時(shí)地完成切換；同步過程前置前完成，實(shí)現(xiàn)免隨機(jī)接入過程的小區(qū)切換，降低了切換中斷時(shí)間。L2數(shù)傳連續(xù)：RLCUM承載的數(shù)AML2節(jié)能機(jī)制VRXR3~4挑戰(zhàn)之一，對(duì)用戶體驗(yàn)有直接影響。3GPP從R15到R18CDRXXR業(yè)務(wù)（如音頻/視頻），通過活動(dòng)與睡眠的交替切換來實(shí)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(shí)增加。R18CDRX機(jī)制可CDRXCDRX周期可以準(zhǔn)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(duì)渲染能力VR應(yīng)用，AR將虛擬內(nèi)容疊加到現(xiàn)實(shí)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(jì)算負(fù)擔(dān)，一種方式是基于5GXR5GXRXRXR5GXR體驗(yàn)。AR應(yīng)用的分離渲染方案ARAR5G-終端-ARARAR體驗(yàn)。5G5G5GARAR眼鏡用戶獲得最佳的計(jì)算資源分配和服務(wù)體驗(yàn)。用戶體驗(yàn)感知XRKPIXR業(yè)務(wù)打分模型(VRMOS)，結(jié)合5GXR的分檔標(biāo)準(zhǔn)。用戶體驗(yàn)指標(biāo)用戶體驗(yàn)指標(biāo)主要由呈現(xiàn)體驗(yàn)質(zhì)量、交互體驗(yàn)質(zhì)量和源質(zhì)量組成，呈現(xiàn)體驗(yàn)XRKPIXR業(yè)務(wù)有著幀級(jí)傳輸特征，需要重新定義面向XR沉浸體驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵KPI指標(biāo)，并統(tǒng)一指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)和測(cè)量的方法。網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵KPI可包括以下指標(biāo)：幀級(jí)上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)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(gè)上行/下行數(shù)據(jù)包到傳輸完該幀最后一個(gè)上行/下行數(shù)據(jù)的時(shí)間差幀級(jí)上行/下行空?傳輸時(shí)延到該幀第一個(gè)上行/下行數(shù)據(jù)包到傳輸完該幀最后一個(gè)上行/下行數(shù)據(jù)的時(shí)間差幀級(jí)上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸速率：云平臺(tái)/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(jí)上行/下行網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的比值幀級(jí)上行/下行可靠性/上行/下行總幀數(shù)的比值KPI統(tǒng)計(jì)平臺(tái)周期性收集相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)。XRKPIKPI指標(biāo)的時(shí)KPI指標(biāo)中的可靠性等，實(shí)現(xiàn)問題快速定位定界。XR商業(yè)價(jià)值應(yīng)用場(chǎng)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(huì)因?yàn)閄R技術(shù)產(chǎn)生新的體驗(yàn)升級(jí)。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(jī)、高鐵等通勤場(chǎng)景，不受地點(diǎn)及空間限制，保證辦公體驗(yàn)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(chǎng)景。XR360°AR3D沉浸場(chǎng)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(shí)融合體驗(yàn)。XR商業(yè)模式探討2B2B2C2C場(chǎng)景，下文面向這三種場(chǎng)景探討相應(yīng)的商業(yè)模式。2B場(chǎng)景2B場(chǎng)景是指運(yùn)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(tái)提供算力、渲染、技術(shù)工具等資源和能力。月收取平臺(tái)能力租賃費(fèi)。2B2C混合場(chǎng)景2B2C場(chǎng)景是指主要面向XR戶數(shù)量收取網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)費(fèi)的方案中，計(jì)費(fèi)方式可以為個(gè)人用戶單價(jià)結(jié)合當(dāng)月XR案中，按照時(shí)長單價(jià)結(jié)合當(dāng)月網(wǎng)絡(luò)保障總時(shí)長計(jì)費(fèi)2C場(chǎng)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(fèi)模式是運(yùn)營商提供網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)包，滿足消費(fèi)者短期XR業(yè)務(wù)加速包提供不同時(shí)長的網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)包；XRXR度等疊加權(quán)益計(jì)費(fèi)，可考慮減免流量費(fèi)用?？偨Y(jié)與展望XR5G網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時(shí)延、移動(dòng)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(shí)隨地的沉浸式體驗(yàn)，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新活力?？s略語縮略語全稱中文釋義XRExtendedReality擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)VRVirtualReality虛擬現(xiàn)實(shí)ARAugmentedReality增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)MRMixedReality混合現(xiàn)實(shí)AIArtificialIntelligence人工智能FOVFieldofView視場(chǎng)角MTPMotiontoPhotons運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)延KPIKeyPerformanceIndicator關(guān)鍵性能指標(biāo)GoPGroupofpicture圖像組Pframepredictive-frame前向預(yù)測(cè)編碼幀Bframebi-directionalinterpolatedpredictionframe雙向預(yù)測(cè)內(nèi)插編碼幀Iframeintrapicture幀內(nèi)編碼幀GTPGPRSTunnelingProtocolGPRS隧道協(xié)議RTPReal-timeTransportProtocol實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議PDUProtocolDataUnit協(xié)議數(shù)據(jù)單元DPIDeepPacketInspection深度包檢測(cè)技術(shù)TCPTransmissionControlProtocol傳輸控制協(xié)議UDPUserDatagramProtocol用戶數(shù)據(jù)報(bào)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