5G切片技術(shù)在視頻會(huì)議實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用

夏貴軍 吳桂琴

本文介紹了5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的概念、端到端架構(gòu)，基于NFV和SDN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，描述了云視頻會(huì)議概念、實(shí)現(xiàn)云視頻會(huì)議的3種架構(gòu)類型、云視頻會(huì)議的技術(shù)要素，以及云視頻會(huì)議與5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。最后對云視頻會(huì)議現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。

當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)進(jìn)入數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)期，5G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字化社會(huì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，需要滿足高寬帶、大容量、超可靠性、低時(shí)延等場景的差異化服務(wù)需求。

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)為不同應(yīng)用場景提供差異化服務(wù)的重要使能技術(shù)。近來，全球疫情促使線上云服務(wù)需求得到了提升，云視頻會(huì)議成為了居家工作必不可少的工具。

從現(xiàn)階段來看，5G云視頻是最值得關(guān)注的主角，其很大程度上解決了距離和時(shí)間帶給人們的不便。如不同地點(diǎn)所帶來的人與人之間的距離感，時(shí)間差所帶來的信息滯后和認(rèn)知偏差。5G云視頻的形式讓距離近在咫尺，時(shí)間只在分毫，且提高了內(nèi)容的豐富性。此外，眾多實(shí)踐也證明了5G時(shí)代對視頻會(huì)議等遠(yuǎn)程視頻通信具有極高的應(yīng)用價(jià)值，隨著5G技術(shù)的成熟，各廠商推出的云視頻會(huì)議成為市場主流企業(yè)通信工具。

5G網(wǎng)絡(luò)切片

1.5G網(wǎng)絡(luò)切片的概念

在了解5G網(wǎng)絡(luò)切片之前，首先介紹一下什么是網(wǎng)絡(luò)切片。

實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)切片就是將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個(gè)虛擬的端到端的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)之間，包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備、接入、傳輸和核心網(wǎng)，是邏輯獨(dú)立的，且各切片之間可相互絕緣。因此，當(dāng)某一個(gè)切片中產(chǎn)生錯(cuò)誤或故障時(shí)，并不會(huì)影響其他切片。

而5G切片，就是將5G網(wǎng)絡(luò)切出多張?zhí)摂M網(wǎng)絡(luò)，從而支持更多業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片已成為中國移動(dòng)，韓國KT、SK電信，日本KDDI 和NTT，以及愛立信、諾基亞、華為等設(shè)備商公認(rèn)的最理想的5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

根據(jù)中國聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)切片白皮書，5G網(wǎng)絡(luò)需要支持eMBB、uRLLC、mMTC三個(gè)新的應(yīng)用場景，不同應(yīng)用場景的用戶對5G網(wǎng)絡(luò)有不同的功能（如優(yōu)先級、計(jì)費(fèi)、策略控制、安全、移動(dòng)性等）和性能（如時(shí)延、可靠性、速率、吞吐量、連接密度等）要求，甚至希望為其提供專門服務(wù)。

5G網(wǎng)絡(luò)切片是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式的一種全新嘗試，是NFV技術(shù)應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)健特征。利用NFV技術(shù)可將5G網(wǎng)絡(luò)物理基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)場景需求虛擬化為多個(gè)相互獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)切片，每個(gè)切片按照業(yè)務(wù)場景需求和話務(wù)模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的定制裁剪和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源編排管理。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例可以視為一個(gè)實(shí)例化的5G端到端網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片內(nèi)，運(yùn)營商可以進(jìn)一步對虛擬資源進(jìn)行靈活分割，按需創(chuàng)建子網(wǎng)絡(luò)。

2.5G網(wǎng)絡(luò)切片的關(guān)鍵技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)切片是一種端到端的技術(shù)，每個(gè)端到端的切片由無線網(wǎng)、核心網(wǎng)和承載網(wǎng)三類子切片組合而成，并通過端到端的切片管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片的全生命周期管理。

不同的網(wǎng)絡(luò)子切片有不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和方法。端到端的5G網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)如圖1所示。

那么對于5G網(wǎng)絡(luò)而言，要想實(shí)現(xiàn)端到端的切片，到底應(yīng)該怎么切呢？又該切什么？

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的核心是NFV和SDN，NFV負(fù)責(zé)各種網(wǎng)絡(luò)元件的虛擬化，SDN負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)本身的虛擬化。其中NFV可以從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中分離出硬件和軟件部分，硬件由通用服務(wù)器統(tǒng)一管理，軟件則由不同的網(wǎng)絡(luò)功能（NF）承擔(dān)，從而實(shí)現(xiàn)靈活組裝業(yè)務(wù)的需求。網(wǎng)絡(luò)切片是基于邏輯的概念，是對資源進(jìn)行的重組，重組是根據(jù)SLA（服務(wù)等級協(xié)議）為特定的通信服務(wù)類型選定所需要的虛擬機(jī)和物理資源。這里，SLA包括了用戶數(shù)、QoS、帶寬等多項(xiàng)參數(shù)，且不同的SLA將定義不同的通信服務(wù)類型。

云視頻會(huì)議

1.云視頻會(huì)議概念

視頻會(huì)議從20世紀(jì)70年代起，經(jīng)歷了模擬電視會(huì)議階段、專用網(wǎng)數(shù)字電視會(huì)議階段，基于IP網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議階段等多個(gè)發(fā)展階段。視頻會(huì)議已廣泛應(yīng)用在政府、軍隊(duì)、交通、運(yùn)輸、金融、運(yùn)營商、教育、企業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。那什么是云視頻會(huì)議呢？

云視頻會(huì)議是基于云計(jì)算技術(shù)的一種高效、便捷、低成本的會(huì)議形式，使用者只需要通過互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行簡單易用的操作，便可快速高效地與全球各地團(tuán)隊(duì)及客戶同步分享語音、數(shù)據(jù)文件及視頻。云視頻會(huì)議不僅以更低的成本、更好的使用體驗(yàn)為企業(yè)提供更好的服務(wù)，也加強(qiáng)了易用性和統(tǒng)一性。云視頻會(huì)議可滿足內(nèi)部、外部同時(shí)參會(huì)，利用其強(qiáng)大的性能還可以支持萬人以上的大型會(huì)議。

2.云視頻會(huì)議架構(gòu)及技術(shù)要素

架構(gòu)設(shè)計(jì)是云視頻會(huì)議系統(tǒng)中最核心的技術(shù)。目前云視頻會(huì)議架構(gòu)在實(shí)現(xiàn)上有MCU資源池架構(gòu)、IMS架構(gòu)、云計(jì)算虛擬架構(gòu)3種類型。

MCU資源架構(gòu)是把分散在各地的專用MCU設(shè)備、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器設(shè)備，以及其他高性能服務(wù)器，通過資源抽象的形式虛擬成資源池，實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)資源統(tǒng)一的分配、管理、調(diào)度、監(jiān)控。資源池對外統(tǒng)一提供會(huì)議端口資源，并可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件有選擇地實(shí)現(xiàn)MCU間以服務(wù)器或辦卡為單位的資源負(fù)載均衡和本地/異地容災(zāi)備份，視頻業(yè)務(wù)的使用者只需要通過網(wǎng)絡(luò)就近注冊接入到所轄的資源池即可享受到服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

IMS架構(gòu)是指遵循IMS體系中信令傳輸、媒體協(xié)商、媒體控制的標(biāo)準(zhǔn)，通過IMS體系定義的會(huì)議服務(wù)器、MRFC、MRFP等核心網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議的業(yè)務(wù)功能。由于以IMS為基礎(chǔ)的架構(gòu)定義了完整的電信業(yè)務(wù)與多媒體服務(wù)，既支持語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種形式的會(huì)議，又支持多種類型終端接入會(huì)議，還可與IMS共用運(yùn)營平臺，充分體現(xiàn)出運(yùn)營商通信網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的優(yōu)勢。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

基于云計(jì)算虛擬機(jī)架構(gòu)的云視頻會(huì)議系統(tǒng)是符合NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）對云計(jì)算服務(wù)形式定義的真正的云架構(gòu)，該架構(gòu)利用云計(jì)算中的虛擬化技術(shù)，將視頻系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯、信令交互與媒體流處理等過程在云端實(shí)現(xiàn)，并支持公有云、私有云或混合云方式部署。一方面以SaaS形式為用戶提供流暢、低延時(shí)、高并發(fā)的實(shí)時(shí)音視頻通信服務(wù)，一方面以PaaS形式為用戶提供SDK/API調(diào)用的能力，為用戶自有系統(tǒng)集成和個(gè)性化定制開發(fā)提供靈活的服務(wù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

盡管云視頻會(huì)議系統(tǒng)需要解決的技術(shù)難點(diǎn)有很多，但其背后的核心仍是音視頻的實(shí)時(shí)通信，總結(jié)來講主要有三個(gè)方面技術(shù)要素。一是網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，即如何適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以提高自適應(yīng)能力。這其實(shí)是基于云視頻會(huì)議系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，不用專線，任何地方、任何網(wǎng)絡(luò)、任何設(shè)備都可以接入，但問題就在于網(wǎng)絡(luò)是不穩(wěn)定的，如何在網(wǎng)絡(luò)丟包的影響下提升音視頻質(zhì)量。二是音視頻處理算法，其包含兩個(gè)層面，對音頻的降噪等處理技術(shù)，以及對視頻的流暢和清晰度的保障。三是多端融合技術(shù)，無論是網(wǎng)頁、電話、APP的接入，還是監(jiān)控視頻系統(tǒng)、VR/AR設(shè)備、無人機(jī)視頻等更為廣闊的應(yīng)用場景的打通，也是不少服務(wù)商所關(guān)注的。

5G時(shí)代，云視頻會(huì)議大舉發(fā)力

4G改變生活，5G改變社會(huì)。4G網(wǎng)絡(luò)下由于帶寬不穩(wěn)定，4K高清視頻播放常常遇到卡頓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。而利用5G高清視頻切片可以端到端地保障家庭互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬和時(shí)延，因此4K高清視頻的播放體驗(yàn)非常流暢。

5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以在一張物理網(wǎng)絡(luò)上生成多個(gè)具備不同特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)，分別滿足不同行業(yè)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的個(gè)性化需求，其中高清視頻切片主要面向大帶寬的保障。除了高清視頻切片之外，還會(huì)有面向超大連接的智能港口切片、面向超低時(shí)延的智能電網(wǎng)切片、兼具可保障的低時(shí)延和大帶寬的車聯(lián)網(wǎng)切片等面向未來各種垂直行業(yè)的切片。

5G切片技術(shù)的基礎(chǔ)是全云化網(wǎng)絡(luò)和微服務(wù)架構(gòu)。用戶可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求，自主選擇不同的服務(wù)，定制個(gè)性化的網(wǎng)絡(luò)切片，并迅速在云化的基礎(chǔ)設(shè)施上部署。

在4G轉(zhuǎn)向5G的過程中，信息傳遞看似形式從文字、圖片、視頻轉(zhuǎn)變?yōu)榱嗽埔曨l。其中，云視頻會(huì)議擺脫了傳統(tǒng)視頻會(huì)議系統(tǒng)的硬件限制，由智能手機(jī)、筆記本電腦等代替?zhèn)鹘y(tǒng)視頻會(huì)議終端作用，在5G技術(shù)的支撐下，移動(dòng)設(shè)備的承載能力有望進(jìn)一步提升，借助高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸，將終端設(shè)備收集到的信息傳輸、儲(chǔ)存在云端，并由云端進(jìn)行處理，讓移動(dòng)終端更高效地做信息交互處理，弱化終端等硬件的性能限制，提升云視頻會(huì)議召開的便捷性。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好會(huì)直接影響到視頻會(huì)議質(zhì)量，5G技術(shù)的超高帶寬，在很大程度上提高了云視頻會(huì)議的穩(wěn)定性。

云視頻會(huì)議可以結(jié)合5G面向視頻業(yè)務(wù)的解決方案，為移動(dòng)客戶端用戶提供更優(yōu)質(zhì)的音視頻體驗(yàn)。使用eMBB切片所提供的差異化服務(wù)，能夠滿足移動(dòng)端4K超高清、低時(shí)延的視頻傳輸需求。使用邊緣計(jì)算技術(shù)，能夠?qū)⒃朴?jì)算框架體系進(jìn)行系統(tǒng)性延伸，視頻分發(fā)、視頻轉(zhuǎn)碼服務(wù)可下沉至邊緣設(shè)備中，構(gòu)建區(qū)域級小規(guī)模的云視頻業(yè)務(wù)，減少了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)路由，降低了云端計(jì)算的負(fù)載，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的韌性。5G技術(shù)能夠從根本上為帶寬消耗時(shí)延敏感的視頻交互業(yè)務(wù)提供強(qiáng)有力的傳輸保障。

另外，網(wǎng)絡(luò)切片的優(yōu)勢在于其能讓網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商自己選擇每個(gè)切片所需的特性，例如低延遲、高吞吐量、連接密度、頻譜效率、流量容量和網(wǎng)絡(luò)效率，這些有助于提高創(chuàng)建產(chǎn)品和服務(wù)方面的效率，提升客戶體驗(yàn)。不僅如此，運(yùn)營商無需考慮網(wǎng)絡(luò)其余部分的影響就可進(jìn)行切片更改和添加，既節(jié)省了時(shí)間又降低了成本支出，也就是說，網(wǎng)絡(luò)切片可以帶來更好的成本效益。

近年來，隨著各行各業(yè)對成本費(fèi)用的控制以及對經(jīng)營效益預(yù)期的不斷提高，視頻會(huì)議以其便捷、省時(shí)、省錢三大優(yōu)勢，打破了地域限制，提高了溝通效率，目前而言，云視頻會(huì)議仍存在著卡頓、時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)等問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化，穩(wěn)定的性能是工具類產(chǎn)品的基本要求，良好的用戶體驗(yàn)是云視頻產(chǎn)品發(fā)揮其效用的升華，也是留存客戶的法寶。在保證產(chǎn)品基礎(chǔ)功能和用戶的前提下，5G云視頻會(huì)議讓更多的人參與到會(huì)議中，建立有效溝通、還原真實(shí)的溝通場景，有益于挖掘組織和企業(yè)共同的使命和價(jià)值觀，構(gòu)建真實(shí)和統(tǒng)一價(jià)值觀的組織機(jī)構(gòu)。未來視頻會(huì)議發(fā)展方向?yàn)楦悄芑?、更清晰化、開融性更強(qiáng)、軟硬件結(jié)合程度更高、更云化。

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