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Cloud VR网络方案白皮书| 1华为iLab发布2018Cloud VR网络方案白皮书华为iLab极致体验Cloud VR网络方案白皮书2 |Cloud VR，是将云计算的理念及技术引入到VR业务应用中，借助高速稳定的承载网络，云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户终端，实现VR业务的内容上云、渲染上云。目前，较好的用户体验大多依赖高性能设备做本地渲染，Cloud VR让用户无需购置昂贵主机或高端PC即可轻松享受各种VR业务，将促进VR业务的普及。2017年，我们围绕Cloud VR业务发布了面向Cloud VR的承载网络白皮书。2018年，我们继续围绕VR用户体验的提升为主线，结合Cloud VR最新的技术发展趋势和商用部署经验，进一步细化分析了Cloud VR不同阶段下的承载网络需求，给出了Cloud VR网络承载方案以及网络演进方向，为运营商部署Cloud VR业务提供参考。前言Cloud VR网络方案白皮书| 3Cloud VR，是将云计算的理念及技术引入到VR业务应用中，借助高速稳定的承载网络，云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户终端，实现VR业务的内容上云、渲染上云。目前，较好的用户体验大多依赖高性能设备做本地渲染，Cloud VR让用户无需购置昂贵主机或高端PC即可轻松享受各种VR业务，将促进VR业务的普及。2017年，我们围绕Cloud VR业务发布了面向Cloud VR的承载网络白皮书。2018年，我们继续围绕VR用户体验的提升为主线，结合Cloud VR最新的技术发展趋势和商用部署经验，进一步细化分析了Cloud VR不同阶段下的承载网络需求，给出了Cloud VR网络承载方案以及网络演进方向，为运营商部署Cloud VR业务提供参考。前言Cloud VR网络方案白皮书4 |目录1.1 Cloud VR 业务场景概述1.2 Cloud VR 发展的三个阶段1.3 Cloud VR 网络的发展策略1232.1 影响 Cloud VR 体验的关键因素2.2 Cloud VR 要求确定性低时延2.2.1 VR 业务时延要求2.2.2 Could VR 网络时延分配2.3 Cloud VR 要求 n*4K 视频带宽2.3.1 Cloud VR 网络带宽的影响因素2.3.2 Cloud VR 的带宽要求2.4 Cloud VR 的丢包要求2.5 Cloud VR 网络需求汇总456677811112 Cloud VR网络要求 43.1 目标网络架构3.2 家庭网规划设计3.2.1 Cloud VR 家庭网面临的挑战3.2.2 Cloud VR 家庭网规划建议3.3 接入网设计：10G PON 为主，EPON/GPON受限开通3.4 城域网规划设计：基于 4K 承载网进行扩容升级3.5 Cloud VR承载设计3.5.1 4K 承载方案现状3.5.2 双通道场景 Cloud VR 承载方案1314141721242525263 起步阶段Cloud VR网络解决方案 13前 言 1 Cloud VR概述 1Contents3.5.3 单通道场景 Cloud VR 承载方案3.5.4 投屏承载方案建议3.5.5 Cloud VR 承载方案建议总结3.6 带宽与 QOS部署设计 3.6.1 带宽规划方法 3.6.2 QOS 部署建议3.7 Cloud VR运维方案282930313132354 舒适体验阶段Cloud VR网络设想 384.1 目标网络架构设想 4.2 家庭网方案设想4.2.1 802.11ac 4*4 MIMO4.2.2 802.11ax 技术4.3 接入网技术要求4.4 城域网技术要求 4.5 带宽时延可保障方案设想384040414142435.1 Wi-Fi 技术演进：60GHz5.2 接入技术演进：25G/50G/100G PON5.3 确定性低时延的云网协同网络454546485 理想体验阶段Cloud VR网络展望A 缩略语44Cloud VR网络方案白皮书| 5目录1.1 Cloud VR 业务场景概述1.2 Cloud VR 发展的三个阶段1.3 Cloud VR 网络的发展策略1232.1 影响 Cloud VR 体验的关键因素2.2 Cloud VR 要求确定性低时延2.2.1 VR 业务时延要求2.2.2 Could VR 网络时延分配2.3 Cloud VR 要求 n*4K 视频带宽2.3.1 Cloud VR 网络带宽的影响因素2.3.2 Cloud VR 的带宽要求2.4 Cloud VR 的丢包要求2.5 Cloud VR 网络需求汇总456677811112 Cloud VR网络要求 43.1 目标网络架构3.2 家庭网规划设计3.2.1 Cloud VR 家庭网面临的挑战3.2.2 Cloud VR 家庭网规划建议3.3 接入网设计：10G PON 为主，EPON/GPON受限开通3.4 城域网规划设计：基于 4K 承载网进行扩容升级3.5 Cloud VR承载设计3.5.1 4K 承载方案现状3.5.2 双通道场景 Cloud VR 承载方案1314141721242525263 起步阶段Cloud VR网络解决方案 13前 言 1 Cloud VR概述 1Contents3.5.3 单通道场景 Cloud VR 承载方案3.5.4 投屏承载方案建议3.5.5 Cloud VR 承载方案建议总结3.6 带宽与 QOS部署设计 3.6.1 带宽规划方法 3.6.2 QOS 部署建议3.7 Cloud VR运维方案282930313132354 舒适体验阶段Cloud VR网络设想 384.1 目标网络架构设想 4.2 家庭网方案设想4.2.1 802.11ac 4*4 MIMO4.2.2 802.11ax 技术4.3 接入网技术要求4.4 城域网技术要求 4.5 带宽时延可保障方案设想384040414142435.1 Wi-Fi 技术演进：60GHz5.2 接入技术演进：25G/50G/100G PON5.3 确定性低时延的云网协同网络454546485 理想体验阶段Cloud VR网络展望A 缩略语44Cloud VR网络方案白皮书1 |Cloud VR概述1.1 Cloud VR 业务场景概述VR是计算机构造出虚拟环境，人在这一具备立体空间信息的虚拟环境之中进行实时的互动。VR业务场景日趋丰富，中国信通院、华为iLab、华为C&SI商业咨询部在VR产业研究及海内外行业洞察过程中，将Cloud VR 场景划分为 Cloud VR 2C 应用场景和 Cloud VR 2B 应用场景两大类，如下表：表 1-1 Cloud VR 业务场景根据高盛发布的 VR/AR 产业报告以及当前运营商业务开展的情况预测，VR 应用最先普及和推广的将是巨幕影院、VR 360全景视频、VR 直播、VR 游戏和 VR 教育。这些应用场景的业务从交互维度上可分为 VR 弱交互业务和 VR 强交互业务两大类。 VR弱交互业务当前主要是VR视频业务，包含巨幕影院、360全景视频、VR直播等，用户可以在一定程度上选择视点和位置，但用户与虚拟环境中的实体不发生实际的交互（如触摸）。强交互 VR 包含 VR 游戏、VR家庭健身、VR社交等，用户可通过交互设备与虚拟环境进行互动，虚拟空间图像需对交互行为作出实时响应而生成。Cloud VR网络方案白皮书| 21.2 Cloud VR 发展的三个阶段在起步阶段，内容以 4K VR 为代表，终端屏幕分辨率为 2K4K，用户看到的画面质量相当于在传统 TV 上观看 240P/380P 的 PPD（Pixels Per Degree，角度像素密度）效果。对于 VR 视频业务，主要考虑全视角传输方案。对于强交互 VR 业务，需要比视频更高的帧率以保障用户业务体验；另外强交互 VR 不存在全视角传输，只有 FOV（(Field of View，视场角）传输方式，需要终端支持异步渲染等技术，用户才能获得流畅的体验。在舒适体验阶段，内容以8K VR为代表，终端屏幕分辨率为4K8K，芯片性能、人体工程有所提升，用户看到的画面质量相当于在传统 TV 上观看 480P 的效果。这个阶段，Cloud VR 各类业务的良好体验要求对网络的带宽、时延要求也将显著提高。对于VR 视频业务，全视角传输方案依然会被首先考虑，以保证良好的观看和交互体验；但随着全视角8K的3D视频出现，超过百兆的带宽需求会促进FOV方案的使用。对于强交互VR业务，分辨率相比前一阶段进一步提升，带宽需求也进一步增大。起步阶段舒适体验阶段在理想体验阶段，内容以 12K 或者 24K VR 为代表，终端屏幕分辨率为 8K16K，终端和内容的发展可使用户获得最佳的使用体验。另外H.266视频编码标准、光场渲染技术等将广泛应用。对于 VR 视频业务，继续全视角传输方案对网络带宽要求变高，而采用 FOV 方案成为主流，可以极大降低对带宽的要求。对于强交互 VR 业务，分辨率的显著提升使得带宽的需求进一步增大，用户交互体验的提升要求更低的网络时延。理想体验阶段Cloud VR 业务的发展以体验为主线，是画质、交互感等不断提升，沉浸感越来越好的演进过程。内容制作技术、传输技术和网络技术的匹配度决定了Cloud VR沉浸体验能达到的程度。我们认为，Cloud VR 业务体验提升的演进可经历如下三个阶段：起步阶段、舒适体验阶段和理想体验阶段。Cloud VR网络方案白皮书3 |1.3 Cloud VR 网络的发展策略 1. Cloud VR起步阶段：新建Wi-Fi家庭网络，扩容改造4K Ready承载网 家庭网络建议增加部署高性能的 5GHz Wi-Fi AP 进行 Cloud VR 业务承载，并通过合理的规划避免与原有上网业务干扰。 承载网基于4K ready网络进行扩容改造，具体包括OLT PON升级、OLT上行扩容、城域网扁平化、OTN 到 CO 等。2. Cloud VR舒适体验阶段：升级增强Wi-Fi家庭网络和承载网，构建带宽时延可保障的网络 家庭网络 Wi-Fi 建议采用 802.ac 4*4 MIMO 技术或 802.11ax 技术。 承载网持续升级扩容：接入 FTTH 需全面升级为 10G EPON/GPON；城域网需更大容量更高集成度的硬件设备，面向云化应采用 CU 分离架构；云渲染服务器适当下沉。 需构建带宽时延可保障的网络，核心诉求包括意图感知、质量感知、问题识别、网络优化等。3. Cloud VR理想体验阶段：网络需向更大带宽、更低时延方向演进 60G Wi-Fi 可能会被应用，固定接入网络将向 25G/50G/100G PON 技术演进。 云渲染服务器需要下移至城域边缘，网络将向云网协同技术方向演进。Cloud VR 不同发展阶段对网络传输的需求有较大的差别，结合具体传输技术的发展和演进，网络在不同阶段的发展策略建议如下：Cloud VR网络方案白皮书| 4虚拟现实体验具有3I的特征，分别是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination），其主要优势也是这三个特征体现的。与其相对应，虚拟现实的体验评价也主要有三个因素：真实感、交互感和愉悦感。 沉浸感：是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 交互性：在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉像在真实客观世界中一样。 想象性：虚拟环境可使用户沉浸其中萌发联想。 真实感：主要跟分辨率、色深、帧率、编码压缩技术等相关，过低的画面质量和音频质量都会导致感觉不真实，让人无法沉浸其中，同时也影响交互感。要带来愉悦的真实感受，要求Cloud VR承载网络的带宽要能满足高画面质量传输的要求。 交互感：区别于本地VR系统，Cloud VR在计算、渲染上云后，远端处理产生的时延直接影响VR体验的交互性，进而影响沉浸感和想象性，特别是由于时延导致的晕动症是Cloud VR面临和必须解决的最大问题。此外加载、切换、手柄操作的响应迟滞时间也直接影响 VR 的交互感，可以说，交互感与 Cloud VR承载网络的时延强有关。 愉悦感：主要取决于VR体验流畅程度，这跟卡顿、花屏次数、时长占比等网络因素强相关，当愉悦感降低，用户就无法很好地沉浸在里面萌发想象。愉悦的体验感受要求Cloud VR承载网络的带宽、时延、丢包等指标均需满足 VR 用户体验的要求。Cloud VR网络要求2.1 影响 Cloud VR 体验的关键因素图 2-1 Cloud VR 体验关键因素与网络的关系图Cloud VR网络方案白皮书5 |2.2 Cloud VR 要求确定性低时延2.2.1 VR业务时延要求对于Could VR视频业务，参考4K视频的分析，网络时延在2040ms即能满足要求，不同的时延只是对画面加载时间产生影响。但是对于 Could VR 强交互业务，为了保证用户的交互感和愉悦感，对时延有如下三个要求： 在起步阶段，云渲染及流化时延建议 70 毫秒，画面黑边和质量的劣化在可接受范围。 在舒适体验阶段，云渲染及流化时延建议 50 毫秒，此时基本消除黑边现象。 理想体验阶段，云渲染及流化时延建议 30 毫秒，此时位置移动时画面的扭曲将让人无法察觉。1. MTP 时延要求 20 毫秒（端云异步渲染方案下 MTP 时间不再依赖网络和云渲染，可由终端保证）。2. 云渲染及流化时延要求为 3070 毫秒。图 2-2 端云异步渲染技术方案下的 MTP、云渲染及流化时延、操作响应时延3. 操作响应时延要求 100 毫秒。 操作响应时延由云渲染及流化时延，加上终端的二次渲染、异步扭曲和刷新呈现构成。操作响应时延减去云渲染及流化时延的要求 70ms 后，剩余 30ms，大于终端对二次渲染、异步扭曲和刷新呈现的 MTP 时延要求。 因此只要保证云渲染及流化时延要求，就能同时满足操作响应时延要求。对于传统的4K业务，时延要求仅对频道切换时间、加载时长有轻微影响，不是必须满足的指标，可根据现网情况适当放宽要求。但Could VR的强交互业务画面是由云端实时渲染生成的，时延对画面的刷新质量、用户交互感有直接影响，时延成了必须满足的确定性指标。从理论和实测结果看，起步阶段要求20ms，舒适体验阶段和理想体验阶段的时延要求会进一步严格（预计舒适体验阶段要求15ms、理想体验阶段要求 8ms），对网络提出了新的挑战。