郭 帥
(中通服中睿科技有限公司,廣東 廣州 510000)
在運(yùn)用及發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)技術(shù)的過程中,5G網(wǎng)絡(luò)的新型架構(gòu)及其靈活的服務(wù)能力,具有重要的基礎(chǔ)奠定意義。5G時(shí)代背景下,有效突破傳統(tǒng)的限制問題,5G技術(shù)促使VR產(chǎn)業(yè)向垂直行業(yè)進(jìn)行縱深發(fā)展,增添了新鮮的活力。5G+VR發(fā)展模式使移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商推動(dòng)5G業(yè)務(wù)發(fā)展,整合產(chǎn)業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)。
VR采取先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù),構(gòu)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(dá)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(yè)務(wù)屬于大流量業(yè)務(wù),為了帶給用戶更佳的體驗(yàn)感知效果,就必須要有更高要求標(biāo)準(zhǔn)的端到端的網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延。4G時(shí)代單基站的帶寬最多大概為100 MHz,多用戶應(yīng)用時(shí)不能有效滿足對(duì)VR傳輸需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。同時(shí)4G網(wǎng)絡(luò)為共享網(wǎng)絡(luò),一條4G互聯(lián)網(wǎng)管道中具有很多的互聯(lián)網(wǎng)流量,會(huì)產(chǎn)生擁塞流量的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致時(shí)延加重。而且4G承載網(wǎng)不能確保流量的低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā),會(huì)對(duì)體驗(yàn)感知VR應(yīng)用產(chǎn)生明顯的影響,不能符合移動(dòng)VR應(yīng)用的低時(shí)延需求[1-3]。
5G技術(shù)可以有效改善VR網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的難題。目前,5G應(yīng)用場(chǎng)景一共有3個(gè),即增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、低功耗大連接以及高可靠低時(shí)延。5G網(wǎng)絡(luò)為良好適應(yīng)5G應(yīng)用場(chǎng)景,引入一些性能指標(biāo),其中時(shí)延和速率屬于緊密關(guān)聯(lián)于VR應(yīng)用的重要指標(biāo)。5G無線側(cè)中涉及到眾多技術(shù),主要包括高頻通信、新型多址接入、大規(guī)模天線以及增強(qiáng)調(diào)制等,使得空口性能得到明顯提升。5G核心網(wǎng)中運(yùn)用到新型服務(wù)化架構(gòu),可以讓用戶面分離開控制面,邊緣化地部署用戶面,減小網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。在5G+VR推廣應(yīng)用于不同行業(yè)的情況下,各種各樣的VR場(chǎng)景在時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)寬帶以及計(jì)算能力等具有不盡相同的要求標(biāo)準(zhǔn),所以應(yīng)該予以網(wǎng)絡(luò)承載能力更高的細(xì)分要求。細(xì)化期間,主要遵循增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、低功耗大連接以及高可靠低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)切片模式,使得符合多種VR應(yīng)用要求。網(wǎng)絡(luò)切片為采取網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò),劃分物理網(wǎng)絡(luò)成不同的虛擬網(wǎng)絡(luò),各切片表示的是虛擬化通道,具有獨(dú)立性的特點(diǎn)。此外,采取5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)過程中,應(yīng)該加入進(jìn)移動(dòng)邊緣計(jì)算,減少數(shù)據(jù)傳輸以及處理的時(shí)間,減小計(jì)算成本[4-8]。
近幾年來,VR虛擬現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展中,全球范圍之內(nèi)超過了7×1010元人民幣,VR整體市場(chǎng)和AR整體市場(chǎng)分別具有6×1010元以上的規(guī)模和超過1×1010元以上的規(guī)模。在2020年,全球虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過了2×1011元,VR市場(chǎng)、AR市場(chǎng)分別達(dá)到1.6×1011元、4.5×1010元。目前,我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度不斷加快,促使VR產(chǎn)業(yè)獲得諸多變革,未來VR行業(yè)具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。在2019年的1月份,我國(guó)工信部提出了推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見,中國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)綜合實(shí)力預(yù)計(jì)在2025年會(huì)達(dá)到世界前列。
基于運(yùn)用5G技術(shù)基礎(chǔ)上,用戶應(yīng)用和體驗(yàn)VR的成效更好,行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模加快。但目前我國(guó)VR產(chǎn)業(yè)處于起步的環(huán)節(jié),在規(guī)模化發(fā)展過程中的主要問題就是缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),所以不易達(dá)到互操作VR應(yīng)用的目標(biāo)。而且原有VR應(yīng)用系統(tǒng)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(chǎn)業(yè)中的C端客戶中缺少得到VR內(nèi)容資源的入口,B端用戶中并無較強(qiáng)的計(jì)費(fèi)功能及靈活的運(yùn)營(yíng)能力,對(duì)于VR產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展產(chǎn)生一定的阻礙[9,10]。
通過分析以上幾方面的內(nèi)容,本方案提出一種建立在5G云網(wǎng)協(xié)同基礎(chǔ)設(shè)施面向垂直行業(yè)設(shè)計(jì)的XR云平臺(tái)整體解決方案。采取先進(jìn)的5G網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)彈性切片,確保符合VR應(yīng)用產(chǎn)生的超高帶寬及低時(shí)延需求。XR云平臺(tái)產(chǎn)生諸多統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)能力,建立在云的基礎(chǔ)上,涵蓋了內(nèi)容、終端以及視頻等。平臺(tái)架構(gòu)屬于分布式的,可以滿足各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。平臺(tái)搭建中,涵蓋了用戶層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層以及終端接入層幾方面。5G+VR云網(wǎng)融合整體系統(tǒng)架構(gòu)方案如圖1所示。

圖1 5G+VR云網(wǎng)融合整體系統(tǒng)架構(gòu)方案
通過運(yùn)用5G大帶寬的特性,同時(shí)采取視頻的拼接推流能力(4K/8K視頻、XR云平臺(tái)),可以讓探視隔離看護(hù)區(qū)具備移動(dòng)化及遠(yuǎn)程化的特點(diǎn)。比如,某醫(yī)院采取5G+VR探視項(xiàng)目向ICU患者提供隔離探視服務(wù),基礎(chǔ)是XR云平臺(tái)。家屬通過佩戴VR眼鏡觀看了解患者的狀態(tài),獲得虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn),同時(shí)可以經(jīng)手機(jī)進(jìn)行探視,還能夠展開語(yǔ)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(yī)患關(guān)系和諧發(fā)展。
建立在XR云平臺(tái)的基礎(chǔ)上,井岡山紅色旅游運(yùn)用5G+VR項(xiàng)目展示紅色革命文化、歷史文物以及人文風(fēng)光等。采取先進(jìn)的3D技術(shù)、VR技術(shù)以及AR技術(shù)等進(jìn)行重建,通過充分運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬及低時(shí)延的特性,使游客經(jīng)手機(jī)或者是智能穿戴等體會(huì)到身臨其境的效果。此外,采取5G技術(shù)模擬出遺址現(xiàn)狀和遺址原貌等,使得觀眾具有豐富的感官體驗(yàn)和享受,可以在虛擬空間中獲得對(duì)歷史文化知識(shí)的了解。
目前,運(yùn)用5G+VR直播課的范圍在擴(kuò)大。比如,學(xué)校的物理科學(xué)探索課建立在5G高速率及低時(shí)延的技術(shù)運(yùn)用中,上課畫面展示在XR云平臺(tái)上面,通過4K/8K全景攝像機(jī)的順暢傳輸,平臺(tái)展開實(shí)時(shí)處理。學(xué)生佩戴VR頭顯從多視角上進(jìn)行觀看,通過遠(yuǎn)端教室的全景畫面,由兩個(gè)教師解答學(xué)生疑問,達(dá)到實(shí)時(shí)教學(xué)聯(lián)動(dòng)的效果。
5G網(wǎng)絡(luò)具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸條件,即大連接、低時(shí)延以及高帶寬,可以跟很多的創(chuàng)新技術(shù)在課堂上進(jìn)行有效融入。XR云平臺(tái)教育行業(yè)架構(gòu)如圖2所示,構(gòu)建起智慧教學(xué)場(chǎng)景,促使教育現(xiàn)代化及信息化。云VR智慧課堂場(chǎng)景向VR終端發(fā)送平臺(tái)內(nèi)容,基于虛擬的多維空間讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)、體驗(yàn),加入到抽象、復(fù)雜化的學(xué)習(xí)場(chǎng)景中。

圖2 XR云平臺(tái)教育行業(yè)架構(gòu)
5G+VR云網(wǎng)融合的云XR平臺(tái)支持跨終端的應(yīng)用,能夠?qū)?0%的VR終端產(chǎn)生支持。經(jīng)此平臺(tái),引入學(xué)校、醫(yī)院以及終端廠商等,有效打通VR產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈。按照各異的業(yè)務(wù)形式,平臺(tái)適應(yīng)多樣化的商業(yè)模式運(yùn)營(yíng),應(yīng)用平臺(tái)期間不斷產(chǎn)生迭代,提供的服務(wù)包括云計(jì)算、廣告以及會(huì)員等,達(dá)到共享VR資源的目標(biāo)。
5G網(wǎng)絡(luò)可以有效助推VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前全新的5G發(fā)展時(shí)代中,VR市場(chǎng)處于快速發(fā)展的狀態(tài)。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要充分認(rèn)知5G云網(wǎng)資源的優(yōu)勢(shì),同時(shí)充分發(fā)揮其運(yùn)用價(jià)值,不斷完善XR云平臺(tái),做到科學(xué)運(yùn)用。合理整合VR產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源,形成先進(jìn)的云VR生態(tài),進(jìn)而促使VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展朝著規(guī)模化的方向邁進(jìn),為諸多領(lǐng)域的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。