對5G與VR技術面向垂直行業的系統設計及應用實踐研究

郭 帥

（中通服中睿科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

在運用及發展虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術的過程中，5G網絡的新型架構及其靈活的服務能力，具有重要的基礎奠定意義。5G時代背景下，有效突破傳統的限制問題，5G技術促使VR產業向垂直行業進行縱深發展，增添了新鮮的活力。5G+VR發展模式使移動運營商推動5G業務發展，整合產業面臨新的挑戰。

1 5G技術解決VR難題

VR采取先進的計算機模擬技術，構建起三維空間的虛擬世界，提供給用戶多樣化的感官模擬，達到身臨其境的感受，可以更有效地觀察了解三維空間中的各種事物。VR業務屬于大流量業務，為了帶給用戶更佳的體驗感知效果，就必須要有更高要求標準的端到端的網絡帶寬和時延。4G時代單基站的帶寬最多大概為100 MHz，多用戶應用時不能有效滿足對VR傳輸需要的網絡帶寬需求。同時4G網絡為共享網絡，一條4G互聯網管道中具有很多的互聯網流量，會產生擁塞流量的現象，從而導致時延加重。而且4G承載網不能確保流量的低時延轉發，會對體驗感知VR應用產生明顯的影響，不能符合移動VR應用的低時延需求[1-3]。

5G技術可以有效改善VR網絡產生的難題。目前，5G應用場景一共有3個，即增強型移動寬帶、低功耗大連接以及高可靠低時延。5G網絡為良好適應5G應用場景，引入一些性能指標，其中時延和速率屬于緊密關聯于VR應用的重要指標。5G無線側中涉及到眾多技術，主要包括高頻通信、新型多址接入、大規模天線以及增強調制等，使得空口性能得到明顯提升。5G核心網中運用到新型服務化架構，可以讓用戶面分離開控制面，邊緣化地部署用戶面，減小網絡時延。在5G+VR推廣應用于不同行業的情況下，各種各樣的VR場景在時延、網絡寬帶以及計算能力等具有不盡相同的要求標準，所以應該予以網絡承載能力更高的細分要求。細化期間，主要遵循增強型移動寬帶、低功耗大連接以及高可靠低時延應用場景的網絡切片模式，使得符合多種VR應用要求。網絡切片為采取網絡功能虛擬化、軟件定義網絡，劃分物理網絡成不同的虛擬網絡，各切片表示的是虛擬化通道，具有獨立性的特點。此外，采取5G網絡切片技術過程中，應該加入進移動邊緣計算，減少數據傳輸以及處理的時間，減小計算成本[4-8]。

2 5G+VR統一運營系統設計

2.1 VR市場規模

近幾年來，VR虛擬現實市場規模發展中，全球范圍之內超過了7×1010元人民幣，VR整體市場和AR整體市場分別具有6×1010元以上的規模和超過1×1010元以上的規模。在2020年，全球虛擬現實產業規模超過了2×1011元，VR市場、AR市場分別達到1.6×1011元、4.5×1010元。目前，我國的5G網絡發展速度不斷加快，促使VR產業獲得諸多變革，未來VR行業具有巨大的市場發展空間。在2019年的1月份，我國工信部提出了推進虛擬現實產業發展的指導意見，中國虛擬現實產業綜合實力預計在2025年會達到世界前列。

2.2 系統建設的需求分析

基于運用5G技術基礎上，用戶應用和體驗VR的成效更好，行業市場規模加快。但目前我國VR產業處于起步的環節，在規模化發展過程中的主要問題就是缺少統一的標準，所以不易達到互操作VR應用的目標。而且原有VR應用系統封閉，采取的部署模式較零散化，制作硬件的成本較高，而且VR產業中的C端客戶中缺少得到VR內容資源的入口，B端用戶中并無較強的計費功能及靈活的運營能力，對于VR產業的規模化發展產生一定的阻礙[9,10]。

2.3 系統架構設計方案

通過分析以上幾方面的內容，本方案提出一種建立在5G云網協同基礎設施面向垂直行業設計的XR云平臺整體解決方案。采取先進的5G網絡動態彈性切片，確保符合VR應用產生的超高帶寬及低時延需求。XR云平臺產生諸多統一運營能力，建立在云的基礎上，涵蓋了內容、終端以及視頻等。平臺架構屬于分布式的，可以滿足各種網絡結構。平臺搭建中，涵蓋了用戶層、平臺層、網絡層以及終端接入層幾方面。5G+VR云網融合整體系統架構方案如圖1所示。

圖1 5G+VR云網融合整體系統架構方案

3 賦能垂直行業應用與實踐

3.1 5G+VR探視應用場景

通過運用5G大帶寬的特性，同時采取視頻的拼接推流能力（4K/8K視頻、XR云平臺），可以讓探視隔離看護區具備移動化及遠程化的特點。比如，某醫院采取5G+VR探視項目向ICU患者提供隔離探視服務，基礎是XR云平臺。家屬通過佩戴VR眼鏡觀看了解患者的狀態，獲得虛擬現實體驗，同時可以經手機進行探視，還能夠展開語音交流，具有全景且高清的隔離探視效果。一方面減少了患者和家屬的接觸，避免了交叉感染的問題，另一方面可以有效改善家屬的焦慮心情，促使醫患關系和諧發展。

3.2 5G+VR遺址重現應用場景

建立在XR云平臺的基礎上，井岡山紅色旅游運用5G+VR項目展示紅色革命文化、歷史文物以及人文風光等。采取先進的3D技術、VR技術以及AR技術等進行重建，通過充分運用5G網絡高帶寬及低時延的特性，使游客經手機或者是智能穿戴等體會到身臨其境的效果。此外，采取5G技術模擬出遺址現狀和遺址原貌等，使得觀眾具有豐富的感官體驗和享受，可以在虛擬空間中獲得對歷史文化知識的了解。

3.3 5G+VR雙師課堂應用場景

目前，運用5G+VR直播課的范圍在擴大。比如，學校的物理科學探索課建立在5G高速率及低時延的技術運用中，上課畫面展示在XR云平臺上面，通過4K/8K全景攝像機的順暢傳輸，平臺展開實時處理。學生佩戴VR頭顯從多視角上進行觀看，通過遠端教室的全景畫面，由兩個教師解答學生疑問，達到實時教學聯動的效果。

3.4 5G+VR智慧教室應用場景

5G網絡具有先進的數據傳輸條件，即大連接、低時延以及高帶寬，可以跟很多的創新技術在課堂上進行有效融入。XR云平臺教育行業架構如圖2所示，構建起智慧教學場景，促使教育現代化及信息化。云VR智慧課堂場景向VR終端發送平臺內容，基于虛擬的多維空間讓學生深度學習、體驗，加入到抽象、復雜化的學習場景中。

圖2 XR云平臺教育行業架構

3.5 新型商業模式

5G+VR云網融合的云XR平臺支持跨終端的應用，能夠對80%的VR終端產生支持。經此平臺，引入學校、醫院以及終端廠商等，有效打通VR產業價值鏈。按照各異的業務形式，平臺適應多樣化的商業模式運營，應用平臺期間不斷產生迭代，提供的服務包括云計算、廣告以及會員等，達到共享VR資源的目標。

4 結 論

5G網絡可以有效助推VR產業發展。當前全新的5G發展時代中，VR市場處于快速發展的狀態。移動運營商需要充分認知5G云網資源的優勢，同時充分發揮其運用價值，不斷完善XR云平臺，做到科學運用。合理整合VR產業鏈上下游資源，形成先進的云VR生態，進而促使VR產業的發展朝著規模化的方向邁進，為諸多領域的發展做出重要貢獻。