光纤宽带的云VR业务家庭无线网络承载方案研究

刘伟

摘要：随着我国目前通信基础设施建设的不断发展，近年来，我国受到新基建战略实施的影响，运营商把5G和光纤宽带双千兆以列为了发展的重点内容。与此同时，云计算、AI、终端智能化等技术为信息化应用的变革、发展起到一定的促进作用。为了让云VR能够达到与本地VR相同的体验，运营商把时延和无线传输作为影响VR业务的关键挑战和问题，在云VR的承载的基础上，针对家庭内高性能WiFi技术进行了深入研究，解决终端在家庭内WiFi干扰、信号衰减等连接技术问题。

关键词：光纤宽带;云VR;家庭无线网络;技术方案

1家庭无线网络承载云VR业务需求

1.1业务现状

随着VR终端智能化与VR内容的丰富，运营商云VR业务在2C2H场景方面进行了积极的探索。根据2019年7月观研天下发布的《2019年中国虚拟现实（VR）行业分析报告》报告中的消费者需求洞察数据发现，消费者对VR内容与应用的需求偏好为巨幕电影80.1%、全景视频76.8%、全景漫游36.4%、全景图片28.8%、VR游戏27.9%。

1.2业务质量需求

VR业务质量涉及端到端的质量保障，包括网络传输、平台视频渲染与编码、终端解码和WiFi连接等环节。综合国内光纤带宽、平台云化、终端性能、用户体验等指标，参考中国通信标准化协会2018年发布的《云化虚拟现实总体技术研究白皮书》中VR业务分为初级沉浸（起步阶段）、部分沉浸（舒适体验）、深度沉浸（进阶体验）、完全沉浸（极致体验）4个阶段，国内现在处于部分沉浸阶段（家庭带宽区间100～300MB），用户在舒适体验下操作响应时延指标应在100ms以内（参见《云化虚拟现实总体技术研究白皮书》）。在实际业务测试中，为给用户提供更好的业务体验，运营商将宽带入户侧到云平台的网络端到端承载RTT时延目标控制在平均30ms，而家庭内AP的WiFi能力在一定干扰下，需要将时延控制在10ms。

家庭用户在实际选择VR业务组合时，可分为入门级场景、中级业务场景和高级业务场景，不同的业务场景也会对承载网和家庭WiFi能力指标有不同的需求。考虑到目前业务发展处于探索阶段，本文的研究将基于单个家庭用户开通一路8K2D视频和一路3K游戏为典型入门级场景，进行业务质量的技术方案研究和测试。

2云VR业务家庭无线网络承载技术方案

影响业务质量的网络承载模型可以分为两部分，一部分是家庭内部的WiFi连接时延控制在10ms，一部分是从接入网（家庭入户宽带）到云平台的网络时延控制在20-30ms。下面分别针对这两部分进行关键技术方案的分析和建议

2.1从接入网（家庭入户宽带）到云平台的组网方案

在业务初期VR用户较少的情况下，可以直接建设省级的边缘节点，包含视频CDN和游戏渲染节点，为本地用户提供VR视频和游戏业务，直播业务直接通过集约平台提供。①接入网。VR业务占用普通上网通道，优选在10G-EPON/PONOLT下开展VR业务，在PON口带宽充足情况下，可暂不限制VR用户数。OLT上联端口建议2×10GE且OLT下VR用户≤100个。②城域网。打通城域网核心交换机CR到CDNPOP交换机，根据并发配置要求，提供负载均衡和冗余保护。开启交换机与服务器之间的trunk功能，为交换机提供高带宽数据传输保障。③地市POP交换机与省级POP交换机专线连接。带宽诉求包括三部分，包括视频直播、视频点播回源省CDN、VR游戏。1Gb/s直播+地市VR用户数×10%并发×15%点播回源×90Mb/s峰值速率+地市VR用户数×2%游戏订购率×5%并发。④省pop交换机与集约平台为保障1Gb/s直播，采用2×GE专线trunk捆绑接入pop交换机，实现负载分担和冗余备份。

2.2家庭内部WiFi组网方案

为保证家庭内VR终端的WiFi速率达到120Mb，则入户接入的带宽不小于300Mb/s。VR终端可直接通过方案1家庭网关自带WiFi能力或家庭网关下外接AP路由器的方式提供WiFi承载能力。

在该家庭网络拓扑下，家庭网关、AP路由器的规格和WiFi配置需要满足业务质量相关指标要求。其中，家庭网关的下行AP连接Lan口和AP路由器的上行Wan口应支持千兆GE口，且家庭网关的3层转发能力>500Mb/s。家庭网关下行（LAN）千兆GE口与新增AP上行（WAN）千兆GE口间通过超五类或六类网线连接，VR终端WiFi连接家庭网关或AP路由器的可视距离<5m，中间无阻挡。家庭网关和AP路由器的WiFi的承载能力应满足：①WiFi需支持千兆双频，支持5GWiFi（11ac及以上），2×2MIMO（及以上），80MHz频宽。②需配置5G专用WiFi承载VR业务，不与其他家庭上网业务同时共用;配置2.4GWiFi SSID供其他互联网终端及业务使用。③WiFi性能需求：在同频WiFi 5G信号10Mb/s下行、1Mb/s上行、-75bBm左右信号强度干扰情况下，应满足吞吐量>120Mb/s，平均时延<10ms，峰值>20ms的时延占比不超过1%，丢包率<10-5。

结语

综上所述，大带宽、低时延的业务体验保障是实现云VR规模推广的重点技术工作。未来随着千兆带宽的普及，在大规模并发、多路VR业务复杂场景的家庭网络承载方案和指标体系的构建方面，还需要通过增加多种维度视角来进一步细化模型，在后续的技术方案研究中实现进一步完善。

参考文献：

[1]陈大明，张曦.基于5G SA云+VR端到端QoS應用研究[J].数字通信世界，2021（03）：16-17+24.

[2]刘晓军，武娟，徐晓青.云化虚拟现实网络技术研究[J].广东通信技术，2020，40（11）：38-42.

[3]肖杰华，符志敏，王立军，温庆华，苏少梅，赵侠.基于5G+云VR的体育赛事社交直播应用研究[A].TD产业联盟、中国电子科技集团公司第七研究所《移动通信》杂志社.5G网络创新研讨会（2020）论文集[C].TD产业联盟、中国电子科技集团公司第七研究所《移动通信》杂志社：中国电子科技集团公司第七研究所《移动通信》杂志社，2020：4.