对5G与VR技术面向垂直行业的系统设计及应用实践研究

郭 帅

（中通服中睿科技有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

在运用及发展虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术的过程中，5G网络的新型架构及其灵活的服务能力，具有重要的基础奠定意义。5G时代背景下，有效突破传统的限制问题，5G技术促使VR产业向垂直行业进行纵深发展，增添了新鲜的活力。5G+VR发展模式使移动运营商推动5G业务发展，整合产业面临新的挑战。

1 5G技术解决VR难题

VR采取先进的计算机模拟技术，构建起三维空间的虚拟世界，提供给用户多样化的感官模拟，达到身临其境的感受，可以更有效地观察了解三维空间中的各种事物。VR业务属于大流量业务，为了带给用户更佳的体验感知效果，就必须要有更高要求标准的端到端的网络带宽和时延。4G时代单基站的带宽最多大概为100 MHz，多用户应用时不能有效满足对VR传输需要的网络带宽需求。同时4G网络为共享网络，一条4G互联网管道中具有很多的互联网流量，会产生拥塞流量的现象，从而导致时延加重。而且4G承载网不能确保流量的低时延转发，会对体验感知VR应用产生明显的影响，不能符合移动VR应用的低时延需求[1-3]。

5G技术可以有效改善VR网络产生的难题。目前，5G应用场景一共有3个，即增强型移动宽带、低功耗大连接以及高可靠低时延。5G网络为良好适应5G应用场景，引入一些性能指标，其中时延和速率属于紧密关联于VR应用的重要指标。5G无线侧中涉及到众多技术，主要包括高频通信、新型多址接入、大规模天线以及增强调制等，使得空口性能得到明显提升。5G核心网中运用到新型服务化架构，可以让用户面分离开控制面，边缘化地部署用户面，减小网络时延。在5G+VR推广应用于不同行业的情况下，各种各样的VR场景在时延、网络宽带以及计算能力等具有不尽相同的要求标准，所以应该予以网络承载能力更高的细分要求。细化期间，主要遵循增强型移动宽带、低功耗大连接以及高可靠低时延应用场景的网络切片模式，使得符合多种VR应用要求。网络切片为采取网络功能虚拟化、软件定义网络，划分物理网络成不同的虚拟网络，各切片表示的是虚拟化通道，具有独立性的特点。此外，采取5G网络切片技术过程中，应该加入进移动边缘计算，减少数据传输以及处理的时间，减小计算成本[4-8]。

2 5G+VR统一运营系统设计

2.1 VR市场规模

近几年来，VR虚拟现实市场规模发展中，全球范围之内超过了7×1010元人民币，VR整体市场和AR整体市场分别具有6×1010元以上的规模和超过1×1010元以上的规模。在2020年，全球虚拟现实产业规模超过了2×1011元，VR市场、AR市场分别达到1.6×1011元、4.5×1010元。目前，我国的5G网络发展速度不断加快，促使VR产业获得诸多变革，未来VR行业具有巨大的市场发展空间。在2019年的1月份，我国工信部提出了推进虚拟现实产业发展的指导意见，中国虚拟现实产业综合实力预计在2025年会达到世界前列。

2.2 系统建设的需求分析

基于运用5G技术基础上，用户应用和体验VR的成效更好，行业市场规模加快。但目前我国VR产业处于起步的环节，在规模化发展过程中的主要问题就是缺少统一的标准，所以不易达到互操作VR应用的目标。而且原有VR应用系统封闭，采取的部署模式较零散化，制作硬件的成本较高，而且VR产业中的C端客户中缺少得到VR内容资源的入口，B端用户中并无较强的计费功能及灵活的运营能力，对于VR产业的规模化发展产生一定的阻碍[9,10]。

2.3 系统架构设计方案

通过分析以上几方面的内容，本方案提出一种建立在5G云网协同基础设施面向垂直行业设计的XR云平台整体解决方案。采取先进的5G网络动态弹性切片，确保符合VR应用产生的超高带宽及低时延需求。XR云平台产生诸多统一运营能力，建立在云的基础上，涵盖了内容、终端以及视频等。平台架构属于分布式的，可以满足各种网络结构。平台搭建中，涵盖了用户层、平台层、网络层以及终端接入层几方面。5G+VR云网融合整体系统架构方案如图1所示。

图1 5G+VR云网融合整体系统架构方案

3 赋能垂直行业应用与实践

3.1 5G+VR探视应用场景

通过运用5G大带宽的特性，同时采取视频的拼接推流能力（4K/8K视频、XR云平台），可以让探视隔离看护区具备移动化及远程化的特点。比如，某医院采取5G+VR探视项目向ICU患者提供隔离探视服务，基础是XR云平台。家属通过佩戴VR眼镜观看了解患者的状态，获得虚拟现实体验，同时可以经手机进行探视，还能够展开语音交流，具有全景且高清的隔离探视效果。一方面减少了患者和家属的接触，避免了交叉感染的问题，另一方面可以有效改善家属的焦虑心情，促使医患关系和谐发展。

3.2 5G+VR遗址重现应用场景

建立在XR云平台的基础上，井冈山红色旅游运用5G+VR项目展示红色革命文化、历史文物以及人文风光等。采取先进的3D技术、VR技术以及AR技术等进行重建，通过充分运用5G网络高带宽及低时延的特性，使游客经手机或者是智能穿戴等体会到身临其境的效果。此外，采取5G技术模拟出遗址现状和遗址原貌等，使得观众具有丰富的感官体验和享受，可以在虚拟空间中获得对历史文化知识的了解。

3.3 5G+VR双师课堂应用场景

目前，运用5G+VR直播课的范围在扩大。比如，学校的物理科学探索课建立在5G高速率及低时延的技术运用中，上课画面展示在XR云平台上面，通过4K/8K全景摄像机的顺畅传输，平台展开实时处理。学生佩戴VR头显从多视角上进行观看，通过远端教室的全景画面，由两个教师解答学生疑问，达到实时教学联动的效果。

3.4 5G+VR智慧教室应用场景

5G网络具有先进的数据传输条件，即大连接、低时延以及高带宽，可以跟很多的创新技术在课堂上进行有效融入。XR云平台教育行业架构如图2所示，构建起智慧教学场景，促使教育现代化及信息化。云VR智慧课堂场景向VR终端发送平台内容，基于虚拟的多维空间让学生深度学习、体验，加入到抽象、复杂化的学习场景中。

图2 XR云平台教育行业架构

3.5 新型商业模式

5G+VR云网融合的云XR平台支持跨终端的应用，能够对80%的VR终端产生支持。经此平台，引入学校、医院以及终端厂商等，有效打通VR产业价值链。按照各异的业务形式，平台适应多样化的商业模式运营，应用平台期间不断产生迭代，提供的服务包括云计算、广告以及会员等，达到共享VR资源的目标。

4 结 论

5G网络可以有效助推VR产业发展。当前全新的5G发展时代中，VR市场处于快速发展的状态。移动运营商需要充分认知5G云网资源的优势，同时充分发挥其运用价值，不断完善XR云平台，做到科学运用。合理整合VR产业链上下游资源，形成先进的云VR生态，进而促使VR产业的发展朝着规模化的方向迈进，为诸多领域的发展做出重要贡献。