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“5G的两大关键技术是网络重构和云化。” ——中国工程院院士邬贺铨先生  邬贺铨 中/国/工/程/院/院士 SEE YOU AT DATE 2018年08月21日 摘 要 邬贺铨表示，在5G网络出现以后，现有的移动网很多还是会共存的，可利用云计算实现异构环境下的资源协调和优化。 在邬贺铨看来，5G技术由空口技术、网络技术和终端技术及应用技术组成，通信网络IT化与云化及软件定义成为演进趋势，对5G而言尤为需要通信与计算的融合、硬件与软件的互补、云管端功能的协调。5G时代移动网势必和广电网融合，云计算则是广电网绕不开的应用基础和优化趋势。中国工程院院士邬贺铨在BIRTV2018主题报告会上做了5G时代下的移动多媒体主题发言。 要点速递 01 《国家十二五规划》要求2020年5G商用，1G-4G面向个人通信，5G扩展到工业互联网和智慧城市应用。 02 5G在移动边缘计算领域，通过云化通信技术：接入云、转发云、控制云，从而云化5G网络，利用云计算实现异构网环境下资源的协调和优化。 03 灵活以太网技术实现大宽带低时延转发，借助云功能实现跨层联合优化问题。 04 面向连接的分组通信技术，源选路优化数据包转发，利用云计算可以优化源选路指令集的设计。 05 网络业务切片是网络转发资源的分割，不同切片间业务隔离，切片的实现设计转发面与控制面功能，每个切片上可以运行不同的L2/L3网络协议。 以下为演讲实录及PPT全文 演讲实录 邬贺铨：很高兴参加BIRTV，我的发言题目是5G时代的移动多媒体。 我会从三个方面谈一下，第一个视频流成为网络业务的主体。第二移动多媒体业务发展以及挑战，5G支持移动多媒体的技术。 先说第一个问题，视频流成为网络业务主体。我们可以看到左边的图在2021年视频包括一般意义上的视频和电视网络视频，大概加起来超过80%，面向消费者的流量，所以80%企业的80%的消费点，大部分是互联网流量，互联网流量是80%是视频流量，大部分是高清。占全网视频比例2021年到81%。这是全球智能手机每个月流量，2016年1.6G，我们国家每个月流量增长率，2017年全年每月户均1.775G是2016年2.3倍，跟全球平均水平相当。今年6月份我们每个月的移动互联网的流量4.24G，跟去年比增加了72.8%，今年上半年移动互联网流量同比增长200%。 在移动互联网的数据流量里，一半是视频，在中国联通去年6月说视频流量占全网50%，2016年不到20%。可以看到3G平均每个用户是3GB，4G是5GB。 这个表示全世界，没有分3G、4G，移动手机连接速度、平板电脑连接速度，全球平均手机连接速度增加了3倍，2017年平均速度是8.7兆，其中西欧、北美、亚太比较高，17、18兆左右。 我们国家去年第一季度G20国家移动连接平均连接速度最高英国，中国仅次于美国和俄罗斯，中国比香港、新加坡要高。我们国家的移动宽带连接速率2017年比2016年增加了61%，今年第二季度和去年相比增长了50%，3G平均连接速度是9兆，4G是20兆。 这个图上绿线是互联网用户数，黄线是移动互联网的用户数，两者非常接近，比例占了98%。红线是移动互联网占互联网的比例，黑线是固网用户视频所占比例，蓝线是移动互联网里视频用户占移动互联网比例73%，这是昨天刚刚发表的第42次中国互联网报告里披露的数字。可见无论固定互联网还是移动互联网七成以上用户都会使用网络视频。而且现在视频倾向于要付费，去年国内网络视频用户付费比例上升到42.9%，比2016年增长7.4%，用户满意度不断提高。 第二方面讲讲移动多媒体业务发展和挑战，首先是高清和超高清，我们可以看到4K8K体上议事日程。日本冬奥会也会室外准备使用8K，2022年冬奥会也会考虑使用8K。大量家庭使用4K，4K电视机数量年增51%，到2021年全球联网电视机里一半以上是4K。4K的VOD流量增长非常快，其中绿的是标清、蓝的是高清，超高清在2021年占30%。 还有虚拟现实，按照思科报告虚拟现实要到2021年增长率到40%，业务流量增长很快，可以看这个曲线，大概2016到2021年增长11倍。虽然移动互联网流量里占比不到千分之三，但是年增长率达到60%。另外本身AR、VR也好存储计算等等，一般用100兆到9.47，5G报告AR、VR到20G体验比较好。这是AR，AR发展势头右下图和VR是类似的，也是2016到2021年增长7倍，虽然流量占比不多，但是年增、发展速度比较快。 移动多媒体业务在4G时代，一般来讲移动多媒体传送是用蜂窝，点到点分发，这种方式对移动蜂窝增长压力很大，改进思路是希望发展到广播、组播，点到多点，分发热门移动视频内容，单波方式来分发冷门的移动视频内容。4G里为了支持单播到组播、广播出现了eMBMS，移动通信里是做不了广播，他说的广播就是组播，比LTE相比增加了更高分辨率的视频编码和桢率。2017年提出未来eMBMS，5G准备在新蜂巢上来做，既要做广播也要做单播，过去广播是单频率的，它本身可以在一个蜂窝里做组播，也可以做单播。从视频编码、包装都是以单播方式发送，上面是单播流，找到单播固网，第二行是通过单播和组播方式下发。以下两个是移动网上的。通过流媒体、移动网。最后一个是单播，组播通过移动网，以组播方式往下传，这里并没有转成单播，所以将来单播组播融合视频传输。 什么时候需要广播呢？广播的移动多媒体有三大应用场景，第一是媒体和娱乐的服务，包括混合的电视广播，像4K、8K，高清、高精率、彩色、三维多视角，直播、点播，用户自管内容等等，娱乐服务还有AR、VR、MR广播。 第三个媒体融合服务里涉及到广播电视节目实时制作问题，包括一些原始素材的传送，也需要广播。 第二类业务场景应急广播服务，全国性、本地性的服务，像台风、地震、洪灾等。 第三类有天然网和物联网，天然网是道路安全与交通导航，物联网有很多很多传感器。硬件可能要升级，这时候都是从一个中心，广播发送下去，让每个物联网传感器都升级。还有控制下发这都需要用广播的方式。 刚才讲了车联网车联网里有大量的我们说汽车到汽车，可以直接通信，也可以通过移动边缘计算边界通信，这种也体现在到人、到信息网。什么时候需要广播呢？智能交通系统覆盖范围里所有汽车，广播道路安全的信息，及时更新的地图信息、自动驾驶的信息。 交通有很多摄象头，通常办法是连到交管中心的电视屏，但是太多了。以色列特拉维夫把所有交通摄象头视频融合起来，成为全城市的交通视频，不同颜色表示不同城市交通状况，交通管制、交通事故等等，附上时间标签了。实时广播到全城市的所有汽车，我们可以根据视频选择可出行道路。 现在遇到的挑战是什么呢？我们广播的信号他并不知道终端是什么，既要面向固定的高清大屏接收，也要面向移动多媒体接收，固定高清大屏需要高信噪比高带宽和小屏移动终端接收的小天线，解决办法是更高的分辨率、更大的动态范围和拓展的色彩范围。一路是鲁棒性比较高、码率比较低的视频流。另一路面向大屏，鲁棒性比较低，数据率比较高，需要的一些锦上添花的视频内容，所以两者要分离。目前有两类技术方案，一类叫时间频率切片，不同时间有时间办法分开这两路，不同数据流分配特定的载波，另外一种是层分复用，一个通道内传输两路、多路数据流。 现在时间频率分片是改进的手持终端，面向手持终端的标准，有非区域的星座、时域交织、LDPC编码，可以做得非常好，以下图是在东道里做模块，右下角是模块怎么产生，是一个视频的分片，实际上这种方式我们中国标准也有BDM，比特分割复用，支持两路、两中不同要求的信道。 层分复用是美国ATSC3.0里提出的标准，希望用云广播，把单个物理层信道划分为多个子信道，同频、同时间、不同信道可能编码方式、调试方式、发送功率不同，要适应大屏和移动接收两类，层分和5G的网络切片是类似的。一般来讲鲁棒性很高的，是用QPS调试，鲁棒性低的用大屏接收。基本上通过复杂的星座图来调节，分不同的低层高层，功率可以调。 互相之间干扰怎么处理呢？接收端高低两层的信号干扰通过算法、延时来抵消，一般效果能做到什么呢？6兆频道里同时提供传统屋顶天线固定接收、4K超高清电视、720P的高清电视接收。 第三个问题5G支持移动多媒体的技术。我们走过第一代通信，FDMA、2G是TDMA，3G是CDMA分用户，现在用的4G是OFDMA，十年一代，峰值速率10年1000倍。现在到5G时代了，CP-OFDM，这里红线是4G，频谱效率提升3倍，支持500公里高铁，延时减少90%，能效提高100倍，流量密度提高100倍，峰值速率提高30倍。5G靠什么技术？网络容量跟基站成正比，把基站做得越多，蜂窝做得越小，跟天线数成正比，把天线做得越来越多。现在基站要做256，跟信道带宽成正比，拓展频谱，5G应用有三大场景，包括8K、虚拟现实、增强现实，高铁、智慧工厂、智慧社会，广覆盖。 1G面向个人，5G是拓展到移动互联网和工业互联网的应用。我们可以看整个5G需要用到云，其中有接入云、转发云、控制云，怎么能做到小区里的控制兼容，需要5G来控制。有很多转发控制的，需要集中到云上，资源调动、网络管理也有。 5G非常重视边缘计算，因为刚才说了5G支持移动宽带，VR、AR需要20G速率，传输到云距离太长时延就很大了，无线接口1毫秒，但是地面时延是长的，VR、AR也不能送到太集中的云。物联网、车联网也不能送到远端。希望把云计算能力下沉。5G提出进一步把计算下沉到靠近基站的名字，我起了一个名字叫霾计算。大量使用移动边缘计算来支撑视频。5G出来了，4G、3G、2G也并不见得很快拆掉，多个网络，我们能够协调优化利用，也需要云计算技术。 我们通常现在在互联网上，都是上到路由器，在IP层交换，转发IP包，如果降下来在交换机上做叫帧交换，如果传视频，视频是比较大的码流，现在提出把它变成码块做交换，可以适应大比特流传送。这是以太网的，把它包装成以太网，这样做也是网络切片你要做碎片化的一些小数据那上到路由器当中进行交换，要是大的流就上到以太网的交叉，这种办法实现大带宽低时延，同样我们叫切片分组网，可以看802.3，中间加了一层，加了切片以太网，上面还有二层三层其他的。传统的IP网是无连接工作的，无论是完整的视频流，一个一个IP包，没有考虑关联，只管IP包，有没有关联不理睬，这样是一种傻瓜的方式，效率很低。 现在既然知道它是一个流，我们就用另外一种，源选路，后续包不再重新选路，根据前一个包走。相当于把分组通信变成了面向连接的分组通信。转发节点不需要知道业务状态，只需要维护路由，这种选路可以基于IPV6，也可以软件定义网控制。怎么选择路？可以通过云计算的办法，我们可以看到源选路组成一个VPN，从数据中心一直到移动通信的全程，最终到移动通信的基站。这样一来针对流的传输需求。 另外网络切片，刚才听到5G支持换代的应用，支持超低时延高可靠的应用，要支持大量低速率的应用，物理层没法改变，我们通过逻辑切片，组成不同的逻辑网络，根据业务需求提供保证，这种切片是网络转发资源的分布，不同资源之间是隔离的，要做切片也需要利用大数据深度分析流是什么业务流，准确掌握它的需求，还有云平台的集中编排，5G网络这些切片技术也需要利用大数据、人工智能、云计算的支持。 另外过去4G我们按照纵向分，到5G了我们要按功能分，用户面和控制面来划分，下一代5G网络。更重要的是一种互联网化的服务体系，我们知道传统的电信网运营商来定义、配置的。但是5G面向三代应用场景，但是具体的不清楚，未来很多应用不是我们现在可以想像得。怎么适应未来应用呢？5G提出方案，5G做成APP，所有的未来增加APP就灵活增加，用这种方式来灵活适应未来5G发展，5G现在考虑高层有网络存储管理、数据管理，网络发现应用，认证，移动性管理、还有用户面的功能。 为了支持组播业务，5G要增加两个内容，用户面要增加5G广播的用户面，控制面要增加5G广播业务的控制，如果广播需要有各种功能，需要以APP方式逐渐增加，业务便于快速部署和维护网络，模块化为网络切片提供灵活性，而且将来HTP5的接口，更有利于调动网络服务。 前面讲的都是单纯5G网，未来要面临一个5G移动网和广电网的融合，以上有固定接入网、移动网，传输有运营层，蓝线是单波流红的线是广播流，可以看到中间一层是室内固定接收，上面一层是移动接收。可以看到地面数字电视广播和移动通信网，包括固网融合在一起，共同支撑室内固定接收，包括室外移动接收。 最后在全球消费者固网IP流里视频业务已经到了80%，2021年全球移动数据流视频占比也达到80%，随着4K、8K电视和ARVR等业务发展，视频业务增长还会更快车联网、物联网和工业互联网等应用还将进一步提升对移动媒体业务的应用需求。现在加快了组播和广播方式移动多媒体业务应用需求，增强了移动宽带5G应用场景，需要支持单播和组播广播。5G标准化里已经考虑到怎么支持组播广播，真正实现需要和广电网络融合，这里有很多挑战，也有广泛的创新空间。 谢谢大家！ PPT全文
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