聚焦四大能力,核心网助力“元宇宙”落地

  行业动态     |      2018-05-26 02:20:08

迈入5G时代,元宇宙的提出催生无限可能。如何围绕确定性、互动性、智能化等维度构建核心网,是助力运营商和行业市场实现双赢、使能元宇宙落地的关键。                    

过去十五年间,依靠不同阶段的红利,运营商的收入实现了快速增长。当下,元宇宙投资回报尚处于探索阶段,运营商想要赢得元宇宙时代这场竞赛,需要把握住目标网良好规划这一“制胜点”。

一.揭开“元宇宙”的神秘面纱

世界正在被移动通信所改变,衣食住行等方方面面都逐步转向数字化和移动化,与此同时,MBB在技术驱动下蓬勃发展。随着高速网络、云计算、人工智能、数字孪生、3D渲染、扩展现实、区块链等技术持续发展,终端设备不断迭代,“元宇宙”这一全感官、多维度、沉浸式的人机交互形态,或将从科幻走进现实。

目前, “元宇宙”相关产品已经在VR/AR、网络游戏、在线社交等领域有所应用。例如,由于疫情影响,中国传媒|威尼斯,vns08866登录大学部分|威尼斯,vns08866登录学院在《我的世界》里重建校园,同学们凭借虚拟形象完成“毕业典礼”,打破了社交的既有边界,获得沉浸式体验。 “元宇宙”以二维平面变成立体、多维、实时交互空间的能力,融合了虚拟世界和现实社交,催生出线上线下一体的新型社会关系。

元宇宙,核心网

图1 元宇宙打破虚实边界

二.借“元宇宙”再定义云核网络能力

站在今天看昨天,当我们回顾 3G 和 4G 的发展历程,可以看到每个阶段都有较强的需求支撑。过去十五年,运营商经历了从人口红利到流量红利,再到数据红利的阶段性转型,大部分运营商通过人口红利获得了收入高速增长,人均 ARPU 值普遍高于现有水平。然而,面临流量红利时却未把握好机会,依然维持着人口红利时代的规模扩张化思路,出现没有跑赢剪刀差的趋势;部分运营商收入出现负增长,全球运营商数量也在迅速减少。

站在今天看明天,元宇宙开始于 5G 投资尚未完全回收且人口红利消失的时期,因而运营商的投资会变得更加谨慎。俗话说“良好的开端是成功的一半”,运营商想要赢得元宇宙时代这场竞赛最终的胜利, 目标网的良好规划或将成为“制胜点”。在投资有限的情况下,如何实现精准规划、精准投资和精准建网,将“好钢使在刀刃上”,最大化网络价值,诸如此类的问题迫在眉睫,亟需积极地付诸行动。

基于业务行业分析研究,围绕元宇宙“沉浸式”体验,运营商网络能力在单业务纵向上聚焦在带宽、延迟和可靠性;而在引入多业务后,横向则聚焦在网络运维能力和网络智能化等方面。

1. 超级带宽及上行能力

知名市场调研公司Omdia指出,下载速度低于100Mbit/s的家庭宽带服务将会逐步退出市场,领先国家的平均下载速度将会超过500Mbit/s。目前主要国家/地区内,已有300多家服务提供商能提供至少1Gbit/s的下载速度。到2025年,1Gbps的家庭连接将成为新常态,消费者需要更个性化的服务。

此外,Omdia预计,到2025年全球将有超过1.87亿千兆宽带用户。当前,不论是VR、AR等技术的发展,还是智能摄像机、无人机、工业相机向超高清演进,亦或是工业制造场景、户外检测及监测场景,都将千兆联接能力作为最基本的需求。

与此同时,随着XR技术在互动性上的增强,相关业务对于上行能力也提出了更高要求。Zoom/Google Classroom/Skype/Microsoft Teams等App普遍要求uplink throughput达到2Mbps左右。

元宇宙,核心网

图2 各类App对于上行吞吐量的需求对比

2. 差异及确定性体验

沉浸感,是元宇宙世界的特性之一,而低延迟,是沉浸感的必要不充分条件。延迟决定了参与者接受数据的速度,面对不同业务诉求的多样性,运营商需要权衡网络投资成本,因而,  网络需要具备差异性和确定性。

  • 差异性

在未来的智能世界中,网络连接的主要对象是人与人、物与物。

在面向消费者业务时,现阶段尽力而为的网络服务仅能满足业务的基本诉求。元宇宙通过XR带来全新的业务体验,当运营商能为用户提供差异化体验时,用户为了追求更好的体验感受,会愿意支付相应费用,这本质上就是一种更好的变现方式。

在面向行业业务时,大量应用场景集中于生产领域,生产场景则千差万别。智慧城市需要大联接能力,智慧工厂需要低时延,云VR等技术则需要高带宽,差异化体验保障将成为这些智慧体构建的必选项。以具体例子来说明,2019年深圳机场日高峰时,平均1分钟起降1.13架飞机;电力系统需要承诺5个9的可靠性;华尔街金融交易系统中每一毫秒时延的增加,都可能带来超过一百万美元的经济损失。

至此,我们将网络差异能力聚焦在三个维度:可编排的差异化网络,数据安全有保障的专属网络及自主管理可自助服务的DIY网络。

元宇宙,核心网

图3 网络差异能力的三维度解构

  • 确定性

元宇宙概念下的行业场景,对于确定性指标异常的容忍度极低。

普通消费者对于网络的延迟、卡顿、花屏等不稳定体验具有较强的适应性。一般而言,消费者在经历偶然的业务体验恶化后,如果能快速恢复体验,他们的注意力很快就会转移。然而,行业应用所需的确定性能力不足,会直接导致生产效率受到影响。譬如工厂自动化控制场景中,应用需要与网络KPI指标深度耦合,应用的运行依赖于预设的网络通信服务能力。网络时延、异常抖动、超时丢包等不确定性将会被行业应用记录,可能导致系统工作异常或者触发对应的业务系统保护机制,出现降速保护,甚至停机。这些会非常直观地影响 SLA (Service Level Agreement 服务等级协议)的达成。确定性不同于 KPI 指标对于数值的高要求,其更多强调的是指标数据的稳定、可靠,如稳定的低时延、稳定的上行带宽,从而在商业上实现 SLA 可承诺、可测量、可保障的服务。

元宇宙,核心网

图4 确定性网络分级架构


3. 智能化、极简化、自动化

  • 智能化

在元宇宙的各个层面、各种应用、各个场景下,人工智能无处不在。

区块链中的智能合约、人机交互中的脑机接口、电子游戏中的人物物品乃至情节的自动生成、元宇宙中虚拟人物的语音识别与语音合成、不同语言之间的机器翻译、5G/6G/算力网络中的网络AI、数字孪生中的全生命周期管理等等,人工智能俨然已渗透到工作生活的多个层面,助力元宇宙构建虚实融合的数字生活空间。

面对元宇宙业务的多样性,网络不再是哑管道,智能化成为基本诉求。网络需要对业务进行感知,对业务发展进行预判,对最新业务进行适配,对业务体验进行闭环管理,借助AI和大数据等技术的数字孪生和仿真。

  • 极简化

随着运营商业务重心向 ToB 市场倾斜,行业市场的“碎片化、场景化”导致千行百业的业务需求不尽相同,即使在同一行业项目中,也没有一套统一的产品或解决方案可供规模复制。例如,针对视频回传业务,不同厂家的摄像头和不同的码率对网络带宽的要求都不同;不同的操作环境,如高温、潮湿、易爆、高速移动等场景下,对于网络可靠性和安全性要求更高;智能制造工厂的机器视觉需要“5G大上行+云+AI”协同。这些挑战不仅对运营商场景化解决方案的能力提出了更高要求,更要求具备构建行业集成差异化能力。于是核心网解决方案 试图通过一张简化网络,来应对上述种种不确定性挑战。

  • 自动化

元宇宙以业务为核心,网络为基础,网络的运维能力关乎着元宇宙能够走多远。元宇宙的联接必须引入大数据和智能,实现从人工运维到超自动化,从而降低决策复杂性并提高效率。而基于智能技术实现的超自动化,不仅仅是对于简单重复性任务的自动化,而是需要面向各种不同业务场景下的差异化体验需求,做出更加智能的适配,进而实现多任务的贯通,释放网络生产力。

超自动化的实现,必将使网络在全生命周期内构建Self-X(自服务/自交付/自保障)的运营运维能力,为用户提供Zero-X(零等待/零接触/零故障)的良好体验。

此外, New ICT的需求是贴身管家服务。新服务能力要求业务实现分钟级开通、网络SLA全程可视、业务DIY灵活组合,从订购到使用再到付费,打造客户服务的良好体验。

三.聚焦云核能力构筑,使能“元宇宙”落地

1. 确定性核心网

5G之前的移动宽带(MBB网络)是一个尽力而为的网络,相对应的固定网络专线有着明确的SLA要求。相同带宽的企业专线与个人或家庭套餐相比,除了带宽需要获得保障外,更重要的是其安全可靠、业务可用性、专业服务等必须具有明确的SLA等级保障。在更为严格的工业互联网中,IEEE定义了TSN标准,随后IETF成立,与DetNet工作组来进一步研究工业自动化场景下的确定性通信路径问题。

元宇宙,核心网

图5 典型专线质量SLA

移动网络与固定网络存在这样对SLA保障差异,是由于移动通信网络整体由“无线接入网(RAN)+传输网(TN)+核心网(CN)”三部分组成。

这三个环节中,无线接入网天然存在环境开放易干扰、资源稀缺导致的部分不可预期性,使网络确定性的实现具有挑战。而核心网由于能够了解整个网络拓扑并对全局资源进行调度,提供网络服务的编排、调度和管理,能够基于业务感知提供业务应用与管道的确定性体验(含时延),因此,可以一定程度上辅助无线接入网提升确定性能力。

  • 全云化

Cloud Native是所有方案的基石。与传统行业市场“专线专用”不同,Cloud Native的5G移动网络可以基于移动性变专线为专网,基于云化灵活的资源可编排性带来的“虚拟化专线网”。全云化系统中,运营商可以通过“主机组硬件(HA)隔离”、“虚拟资源池(VDC或VPC)隔离”、“网络切片隔离”、“共享资源”等多级多种方式对SLA进行差异化的定义及动态调整。因此,Cloud Native所提供的微服务、容器等技术使得整个网络更具有可靠性、灵活性,业务部署更敏捷。

其次,云化基础设施也是5G确定性网络的重要组成部分。由于行业场景部署环境较为复杂,对功能和性能也有行业独特要求,传统的专用硬件和专用协议栈方案成本高昂、不具备通用性和可扩展性,因此5GDN采用云化基础设施来应对部署环境及上层应用的多样性,实现5G网络一网多用。

  • 高稳可靠

元宇宙业务对数据中心的可靠性提出了更高要求,因为NFV系统较传统系统的业务节点更多,潜在的故障点和风险系数更高。IT设计需要通过构建VNF系统多级容灾、备份体系来构建电信级高可靠性,应对运营挑战。

IT 级容灾能力:单数据中心支持硬件多路径和多可用区(AZ), 提升DC可靠性。每个可用域都配备独立供电和网络,当DC内单AZ出现故障时,业务可快速切换到另一个AZ。

网元级容灾能力:采用多路架构应对多点故障,提升VNF可靠性。状态数据与业务处理解耦的无状态设计,确保即使系统内多虚机同时故障,业务也能快速切换到剩余的虚机上,从容应对多服务器故障。此外,开展A/B测试,提供敏捷业务发布,降低现网商用风险。

网络级容灾能力:跨DC网元间Pool,提升网络可靠性。当单DC、单虚拟网元功能VNF故障时,业务快速切换到其他DC的VNF,保证业务可用。通过业务与多DC并联,达到业务的电信级高可靠性。

  • 网络切片及能力开放

网络切片作为确定性的呈现方式之一,需要整个网络的部署、开通、运维等具备极高的自动化能力。通过内容分层编码和分流传输的模式,对网络进行切片的划分,结合应用特征进行感知,可以基于内容特征进行资源分配和调度调优,保证确定性体验。

元宇宙,核心网

图6 端到端网络通道

一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络,按切片需求方的需求灵活提供一种或多种网络服务,故其接口的开放性也十分重要。接口开放性将联动需求、管理、部署、编排等多个步骤(图7)。

元宇宙,核心网

图7 切片需求管理架构

2. 互动性核心网

  • 数据互动性

在元宇宙XR业务中,经常会有大象流瞬时产生,需基于大象流进行智能帧识别,对于关键帧进行动态调整优先级。同时,找出相关其他数据包与关键帧的关系,对归属同一帧的数据包进行统一调度,保证所有数据的完整性和同步性。此外,核心网与无线侧需要进行联动,指示无线侧保持与核心网同样的调度机制。最终通过端到端的整体协调,灵活调用资源,确保大象流的平稳落地(图8)。

元宇宙,核心网

图8 关键帧识别与调度机制

此外,还将基于此通过引入NWDAF、SMF+等能力对多媒体特征进行感知(图9)。

元宇宙,核心网

图9 多媒体特征感知机制

  • 语音互动性

在原有的语音需求中,听得清是最基本诉求。而在元宇宙背景下,智能通话、交换通话、远程共享等形式被叠加到语音诉求中。同时,3GPP对语音也进行了增强,给元宇宙带来了更多的语音侧互动。譬如,可通过引入业务面,增强了数字流能力,并辅以专有的实时保障(图10)。

元宇宙,核心网

图10 端到端承载架构

语音网络在满足基本诉求后,还需要引入相关的互动性平台、媒体资源和AS( application service应用服务)等(图11)。

元宇宙,核心网

图11 新通话业务对平台及设备提出新要求

3. 大带宽及低时延核心网

针对网络的确定性和互动性进行保障提升后,网络仍需要增大带宽,提升传输能力。通过边缘节点的建设,能很好地解决带宽迂回和时延问题。

为了应对此变化,核心网从集中部署转向全分布式,从公网转向专网,旨在支持更大流量,搭建更多站点。此外,改变资源静态独占式的传统分配机制,能更灵活地调度资源,最大化资源利用效率。而网络能力的按需动态部署,完成从静态到动态的转变,做到网随流动。

某些特定的行业应用场景,对数据安全和自主管理有较高要求。譬如工业互联网场景中,需要单独建设一套5G网络,包含独立的接入网、承载网及核心网。用户接入需要使用专用卡号,业务鉴权也在本地闭环。这时专网业务与大网完全分离,互不干扰。

此外,还有一类业务场景要求实现资源独占和建设成本的平衡。大部分的企业园区场景均要求数据业务不能出园区,因此企业会选择部分共享的建设模式,即单独在园区内部署独立的核心网用户面,但无线接入网、承载网以及核心网的控制面都同大网共享。

综上,为了提升运营商粘性,MEC引入是最好的选择。边缘计算MEC的部署位置一方面取决于网络共享/独占模式,另一方面取决于业务对时延的要求。

地市级别的部署位置最高,机房条件最好,建议选用全高柜UEG部署5G大网的用户面,来满足BToC场景下对时延不敏感的部分场景,如高清视频、VR视频等。

园区级别一般部署在企业园区,兼顾数据不出园区和业务时延的诉求,如工业视觉检测、工业控制等。不同园区机房条件相差较大,因此MEC部署形态还需考虑和IT类设备对齐。

现场级别则部署在极度边缘,适用于部署条件苛刻,同时对时延特别敏感的业务,如赛事直播、应急通信等。可以考虑轻量化抱杆式UEG,实现免线缆、免空调、直接在基站抱杆上安装部署。

无论哪种产品形态,均支持快速及轻量化部署,支持远程集中运维和高可靠方案(图12)。

元宇宙,核心网

图12 MEC部署模式

此外,结合业务移动性的诉求,对MEC布放节奏及阶段建议如下(图13):

元宇宙,核心网

图13 MEC布放节奏及阶段建议

4. 智能化核心网

当前运营商网络仍以人工运维模式为主,网络问题发生后,专家通过OSS、网管或工具辅助进行人工分析、决策和闭环,难以满足未来海量连接、网络规模不断增长、业务云化随需开通等诉求。建议从三方面能力进行提升。

预测性网络问题感知能力。基于对海量网络数据的深度分析,主动分析网络状态,甚至提前预测网络异常或问题,及时提供根因分析结果,先于客户感知问题,在投诉之前解决。如对于网络流量,网络故障进行预判。

网络自主决策能力。在确保运维人员监管的条件下,针对特定的组网与业务场景,由网络进行自主决策,大幅提升网络对复杂和不确定问题的闭环和响应速度,提升网络能效。

网络自动执行能力。通过流程自动化,替代专家工作任务中低效、重复性的人工操作部分。专家这一角色由过去的“在流程中(In the Loop)”转变为“在流程上 (On the Loop)”,聚焦于更为关键的管理和流程、规则地设计工作。

综上,核心网能力基本构筑在MAE上,通过MAE使能业务快速定界、定位,再借此引入CD CT等能力。MAE作为统一接口,收集包括网络资源、业务数据、运行状态、问题故障及各类日志等动态实时的数据(图14)。

元宇宙,核心网

图14 MAE-CN整体架构图示

四. 总结展望

对于电信行业而言,5G带来的变化与机遇前所未有,元宇宙这一话题则是5G业务发展的催化剂。是否能够抓住行业数字化转型的市场机会,是电信运营商突破增长瓶颈的关键。围绕确定性、互动性、智能化等维度构建的核心网,能够帮助运营商充分发挥网络联接的价值,促进行业数字化转型,构筑电信运营商和行业市场之间的友好共赢的桥梁。

从技术上来看,3GPP已经定义了核心网基本框架及确定性能力相关的功能,后续也将随着新R18版本继续深化。在实际部署中,运营商也开始进行更多尝试。尽管到目前为止,行业对于元宇宙的探索仍处于起步阶段,但随着技术不断发展,运营商在面对合适的业务与场景时,必能结合自身的网络规划节奏,找到相应切入点,进而推动整个行业不断发展。

元宇宙,核心网

图15 运营商针对特定对象所提出的相应业务

1992年的科幻小说《Snow Crash》描述了人类通过“Avatar”在一个虚拟三维世界中生活,作者称这个空间为“Metaverse”。30年后的今天,元宇宙离我们越来越近。