5G网络下的云化虚拟现实平台技术白皮书2020

5G网络下的云化虚拟现实平台技术白皮书（2020）PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIV目录一、云VR业务发展与挑战 1（一）云VR产业境已具，业验在逐提升 1（二传统VR平架构被破，云化平发展 3（三）云VR平台临新一的挑战 4二、5G网络技术带动云VR业务发展 6（一）5G网络概述 6（二基于5G网络VR切片，提供宽、高量连接 8（二基于5G边的协同度，传输时延 9（三基于5G网络QOS增强，务云VR业务 10三、5G网络下的云VR平台功能要求 13（一开放云VR台能力服务VR头端内容商 13（二开放缘云VR业务入口，接入与算服务 14（三催化云VRCDN下沉，提供服务 15四、5G网络下的云VR平台技术方案 16（一）云VR平台系统架构 16中心云的组成 17边缘节组成 18（二）云VR平台业务功和能放 19云VR平台的心业务能 19面向行的能开放 21（三）5G网络云VR平台的协同务 225G本地业分流 22边缘CDN协同调度 23端边协渲染 245G网络组播VR25（四）云VR平台安全能要求 25（五）云VR平台业务实现 26云VR视频业实现 26云VR游戏业实现 27五、5G网络下的云VR平台总结与展望 28参考文献 30附录1缩略语 31附录2码率计算方法 32云VR视频 32云VR游戏 33PAGEPAGE10一、云VR业务发展与挑战Q131.34Mbit/s55.5%4G23.01Mbit/s，20.4%。虚拟现实（VirtualReality,VR）指对真实或虚拟环境的模拟或复制，通过深度感知与交互实现用户的沉浸式体验。当前，国家已明确IDCAR/VR20231600VRVRVR瘦VR4G5GVR5GVR（一）云VR产业环境已具备，业务体验在逐步提升VRVRVRVR式多样；终端感知设备如高清显示屏、3D音响、手套、指夹等性能持续提升；VRUnrealEngine、Unity3DVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVRVR5GVR1表1全球5GVR商用情况（注：仅列举全球部分商用情况，数据来源于网络）时间运营商商用/试商用情况2018年3月KTCorpGSRetail5GVRVRIGHT2019年2月OrangeMWC5GARMRHoloParty业务。2019年2月SKT+DTMWCOksusu5GSocialVR业务。2019年4月LGU+5GAR/VR5G云VR业务。2019年5月中国移动5GVR务。2019年7月中国电信北京世园会使用5G网络下的无人机4KVR直播鸟瞰世园。2019年10月中国电信5GVR2019年10月中国联通VR务。（二）传统VR平台架构被打破，正向云化平台发展VRVR1VR降低用户终端成本VR显卡渲染，用户购置主机和终端硬件的成本提高。在云VR场景中，提高设备使用率：VR，VR方便用户快捷使用：PCVRVR图1云VR平台应用接入（三）云VR平台面临新一轮的挑战VRVR内容运营、编码、内容分发、渲染计算等功能。通过高速稳定的网络将VRVRVR瘦’VRVRVR平台生态待构建VR容和开发游戏，借助公有云和运营商拓展用户，可减少带宽成本。VR瘦VR传输能力待提升5GCDN计算能力待增强VRCDNVRVR和Wi-FiVRWi-FiVR5GVRVR二、5G网络技术带动云VR业务发展2019665G5G4GVRVR5G5G5GVRVRVRVR2图2 5G网下云VR体验5GVRVRVR5GVRVRVR（一）5G网络特性概述4G5G5GVR3GPP5G20Gbps，控制信10eMBB4VR5G3图3 5G网特性5G网络引入了大量新的技术，驱动移动网络架构向灵活、智能的方向发展。5G网络基于功能模块化、接口服务化、控制与转发分离、接入无关、灵活锚点等原则，其逻辑架构如图4所示。NSSFNSSF NEFNnssf NausfAUSFNRFNnrfNamfAMFPCFUDMAFNpcf NudmNsmfSMFNafN2N4UE(R)ANN3UPFN6N9DN图4 5G网服化构（二）基于5G网络VR切片，提供大带宽、高质量连接5G网络切片是将网络中的计算、存储、传输等资源和功能进行隔离网络切片能QoS5GeMBBmIoTuRLLC5GVR5GVRVRVRVRVRVRVRVR5GVRVR5GVRVR面向云RG网络为高清VRVR5G（二）基于5G边缘的协同调度，降低传输时延5G网络的另一个重要特征是对边缘计算的原生支持。通过将用户面网元及业务处理能力下移到网络边缘，实现了分布式的业务流量本地处VRVRCDNCDN5GVR边缘节点寻址CDNVR5GVRCDN本地业务分流与连续性CDNCDN（三）基于5G网络QoS增强，服务云VR业务根据《CloudVR（2018）CloudVRKPIVR和VR2表2不同体验阶段下云VR业务的带宽要求阶段起步阶段舒适体验阶段理想体验阶段极致体验阶段典型视频全景分辨率4K8K12K24K~主流终端屏幕分辨率2-3K4K8K16K~VR视频业务（全景3D）建议码率全视角：全视角：≥40Mbps≥120MbpsFOV：≥FOV:≥280MbpsFOV:≥760Mbps80Mbps建议带宽全视角：全视角：≥60Mbps≥180MbpsFOV:≥420MbpsFOV:≥1140MbpsFOV：≥120MbpsVR游戏业务建议码率≥40Mbps≥65Mbps≥270Mbps≥770Gbps建议带宽≥80Mbps≥130Mbps≥540Mbps≥1.5Gbps注：计算方法参见附录2云VRMTP（MotiontoPhoton）205GVRVR80ms5图5 5G网下云VR业务延求5GVRQoSQoS：5GVRQoS自适应码流调整VR动。三、5G网络下的云VR平台功能要求VRVRVR（一）开放云VR平台能力，服务VR头端内容商Pay-TVVRVRVRVRPGCUGCVRVR云VRVRPayTVVR控VR云VR开放租户服务：VR开放在线维护：（二）开放边缘云VR业务入口，支撑接入与计算服务VR50VRVRVRVRVR1).VR5G供VRVR2).VRVR适体验。3).VRVR（三）催化云VRCDN下沉，提供就近服务CDNVRCDNCDN5GCDN运营商建设边缘CDNCDN162~35GVRVR5GCDNITGPU四、5G网络下的云VR平台技术方案VR云VRVRVRVRVR（一）云VR平台的系统架构云VR6图6云VR平台的系统架构中心云的组成VR中心云部署在省级及以上的数据中心，提供全面的平台功能，包括如下部分：VRVRVRVRVRVRVRVRVRCDNVRVRVRVRVR管理的硬件资源包括服务站点的CPU、GPU边缘节点组成云VR5G边缘云渲染VRVRKVRVRCDNCDNVRCDNVRFOVVR5GVR5GCDNVRVRVR（二）云VR平台的业务功能和能力开放云VRVRVR点播、VRVR7图7云VR平台功能分层云VR云VR1).VRVRVR5GCPE5GUPFVRVRCDNVR2).VR点播云VRVRVRVRVR3).VR直播VR360VR4).VR游戏云VRVRVRVR面向行业的能力开放云VR（1).VR教育云VRVR2).VR医疗云VRVR服务。用于医疗培训、临床诊疗、医学干预、远程医疗等方面。沉浸式VRVRVR/3).VR零售云VRVRVR4).VR旅游云VR3DVR5).VR房产云VRVRVRVRVR（三）5G网络与云VR平台的协同服务5G5GUPFVRUPF以下为几种典型协同技术：5G5GUPF5GUPF于IPIPCDN8图85GCDN边缘CDNVRCDNUPF后，根据用户业务请求的地址判断出该用户的接入位置处有边缘节点部CDN1).UPFUPFCDN92).DNS3).NATUPFNATCDNCDN4UPFCDN图9边缘CDN节点寻址端边协同渲染VRVR阶段一终端渲染阶段二端边协同渲染2022少VR5GVRVRVR5GVRVR图105G网络组播VR（四）云VR平台的安全能力要求VRVRVRVRVR内容保护应符合ChinaDRMGDPR行业可信应符合MPAAITISO/NIST（五）云VR平台的业务实现云VRVRVRVROMAFHEVCFOVFOVVR播放器按需获取相应视角的高清分片和低清全景背景流，获得高VR11FOVVR视频业务可降低网络带宽占用，支撑MTP<20ms，带宽节省约50%~60%。图11云VR云VRVRVRVREPG终12图12云VR五、5G网络下的云VR平台总结与展望5GVR5GVRVRVR5GVRVR网络与云VRVRVRVRVR5GVR5GVR CDNVR成本；VRVR3603DoFVR6DoFVRARMRVRVRVR5GVRVR参考文献2018，CCSA《5G20192019Q1《5G2019Q2，IMT-2020《CloudVR20183GPPTS22.261ServiceRequirementsforthe5Gsystem,Stage1(Release17)2019.6,SemiannualAugmentedandRealitySpendingGuide,https://\h/getdoc.jsp?containerId=prUS45123819&from=timelinePAGEPAGE311缩略语表3缩略语简称全称中文含义3GPP3rdGenerationPartnershipProject第三代合作组织ARAugmentedReality增强现实VRVirtualReality虚拟现实MTPMotion-to-Photons运动响应时延FOVFieldofView视场HMDHeadMountedDisplay头戴式显示CloudVRCloudVirtualReality云化虚拟现实OMAFOmnidirectional MediaApplicationFormat全向媒体应用格式3DoF3degreeoffreedom三自由度6DoF6degreeoffreedom六自由度CPECustomerPremisesEquipment客户终端设备CDNContentDeliveryNetwork内容传输网络HDRHighDynamicRange高动态范围eMBBEnhancedMobileBroadband增强型移动宽带mIoTMassiveInternetofThings海量物联网通信UPFUserPlaneFunction用户面功能网元NISTNationalInstituteofStandardsandTechnology美国国家标准研究院PAGEPAGE322码率计算方法本节以舒适体验阶段为例，给出表二5G网