陈大明，张 曦

（中国电信股份有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

随着5G网络的建设和普及，云+V R业务将在2C市场上扮演重要的角色。以韩国L G U+为例，2020年第二季度，5G用户快速增长至18 0万，5G DoU相比4G提升3倍，A RPU值相比4G提升37%，5G市场份额相比4G提升3. 5% 。这其中，韩国L G U+ 通过VR /AR业务，快速打开2C市场，实现用户的快速提升。

从国内市场的发展来看，截止2020年2月，中国5G用户数达2 631万，占比全球81.7%；国内云+V R 用户也在快速提升，以电信天翼云VR为例，至2020 年10月，已有注册用户数1 300万。

为支撑云+V R业务的客户感知，本文基于5G SA网络，以电信天翼云V R业务为试点，探索端到端的支撑方案。本文首先研究天翼云VR的片源特点和视频速率码率关系明确网络侧保障目标；接下来研究无线网、核心网、CDN服务器的端到端保障手段，并进行总结，形成端到端的支撑方案。

1 云+VR业务网络需求研究

本文以电信天翼云VR业务为试点，从两个方面开展云+VR业务网络需求研究：一是深入剖析天翼云VR的片源特点，明确VR主要视频片源的码率特点；二是通过开展VR码率与网络速率间的关系研究，明确VR业务对网络速率的需求。

1.1 天翼云VR片源剖析

本文通过对天翼云VR视频文件进行抓包分析，对index文件解析，发现天翼云VR视频对应主要码率有4 M、8 M、12 M、18 M、30 M、60 Mb/s。

1.2 VR码率与网络速率关系研究

本文通过对天翼云不同码率的视频文件进行速率码率关系研究，目的是输出在满足用户不卡顿需求的前提下，视频码率对网络速率的最低要求。从测试结果上看，当速率码率比在1.5倍及以上时，可基本满足不卡顿需求。按天翼云最高播放码率（60 Mb/s）片源需要的网络速率为90 Mb/s，故天翼云VR的网络需求是要满足VR用户达到90 Mb/s的网络速率。

1.3 5G网络对VR支撑能力研究

根据5G数传公式（峰值速率=R B数×每RB子载波数×每时隙符号数×每子帧时隙数×编码效率×调制阶数×流数×（1-误块率）×（1- 控制信息开销比例）×时隙配比），当前5G 100M带宽资源的理论峰值速率可达1.7 Gb/s，可远远满足90 Mb/s的网络速率需求，但随着5G用户的增加，当网络出现高负荷等忙时现象时，5G带宽资源会非常紧张，对VR业务会产生影响。

本文通过构建5G高负荷场景，开展5G网络对VR支撑能力研究，评估当前5G网络在10 0 M带宽资源的情况下支撑VR并发业务数的能力。以合肥五里墩电信重点营业厅理想覆盖场景，以递增并行接入60 Mb/s码率的V R业务终端数量，记录VR视频并发用户的卡顿情况，结果梳理如下：

10台终端接入VR 60 Mb/s视频完全无卡顿；11-14部，少量终端偶发1-2次卡顿，卡顿时长占比在1%左右；在接入15部终端时候，多部终端出现2-3次卡顿，卡顿时长占比大于6%。

为满足VR用户不卡顿需求，将14部终端并发60 Mb/s码率视频作为单小区支撑极限。

2 云+VR业务端到端QoS应用研究

为确保在5G忙时，支撑云+VR业务的网络体验，本文以天翼云VR为试点，开展端到端QoS应用研究。

2.1 SA网络QoS原理

SA组网下，使用QoS Flow作为QoS控制的最小粒度，在相同的QoS Flow上所有数据流将获得相同的QoS保障（如调度策略、缓冲队列管理等）[1]。每一个QoS Flow用一个QoS Flow ID （QFI）来标识，在一个PDU会话内，每个QoS Flow的QFI都是惟一的。核心网会通知gNodeB每个QoS Flow对应的5QI（5G QoS Identifier），用于确定其QoS属性。

gNodeB将QoS Flow映射到DRB上，QoS Flow与空口DRB可以是多对一的映射关系，也可以是一对一的映射关系。逻辑关系如图1所示。

图1 5GS QoS映射体系（两级映射）

当UE发起业务请求时，gNodeB读取N2接口INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息或

PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST消息中各QoS Flow的QoS属性值，将不同的5QI映

射到对应的DRB上，为业务配置合适的无线承载参数、传输资源配置参数。

业务建立后，gNodeB的下行调度QoS保障和上行调度QoS保障需要根据QoS属性（QCI/5QI、Packet Delay Budget等信息）、信道质量信息、速率要求、承载的权重来计算承载的调度优先级，以保证用户满足QoS属性的同时实现系统吞吐量最大化。

2.2 端到端QoS应用整体方案

当前，天翼云VR CDN服务器在全国范围内共有5个部署区域，分别位于北京、上海、南昌、成都、杭州，安徽VR用户默认调度到上海CDN。

要实现天翼云VR QoS研究用户的体验效果，端到端整体方案如下：

（1）信息、上海CDN服务器的地址信息（UPF）、QoS策略规则（PCF）、本地配置（SMF）。满足当天翼云VR QoS研究用户做业务时，核心网识别并下发5QI=6的QoS流（5G数据业务默认的5QI=9），以区别普通用户的默认QoS流。

（2）核心网通过建立GTP隧道将5QI=6的QoS流发给无线网gNodeB。

（3）gNodeB配置针对5QI=6的无线侧调度保障参数配置，完成将5QI=6的QoS流映射成DRB流。

图2 端到端QoS整体方案流程图

2.3 核心网方案

核心网在实现天翼云VR的QoS支撑中，主要涉及3个NF[2]：PCF、SMF、UPF。其中，PCF拥有QoS参数的最高决策权；SMF根据PCF的指示进行QoSFlow控制；UPF根据SMF指示，执行用户面操作。主要流程如下：

2.3.1 规则配置

（1）PCF下发安徽QoS研究用户访问天翼云VR（上海服务器）时QoS参数规则，通过Rule ID分别给SMF、UPF。Rule ID是显性Qos rule时分配的一个规则ID在一个PDU Session里惟一。

（2）UPF配 置DPI规则，这是一种深度报文检测，对天翼云V R（上海服务器）I P包头的五元组（IP地址、掩码、协议、端口、起始端口、终止端口）进行检测，然后把 这个包放到具体的QoS流（5QI=6）上，属于UPF的PDR（分组描述规则，packet description rule）。

2.3.2 用户做业务时

（1）UPF通过DPI规则，比对访问业务的APP ID，当发现用户访问了天翼云VR的上海服务器地址，即发探针ID给SMF。

（2）SMF根据PCF的规则，针对满足QoS研究用户访问天翼云VR的条件，通过AMF要求无线侧反向建立5QI=6的专载。

2.4 无线网方案

无线网需保障5QI=6的DRB速率不低于90 Mb/s。经查阅[3]，可以通过配置“下行保证速率”参数为90 Mb/s，实现对业务的保障。

图3 核心网配置方案

3 云+VR业务端到端QoS应用验证

3.1 核心网配置及效果验证

核心网通过加载PCF、SMF、UPF配置，实现对QoS研究用户访问天翼云VR服务器的QoS管理。经过信令跟踪，当QoS应用用户访问天翼云V R业务时Na m f _C om mu n icat ion _ N1N2 MessageTransfer Request消息指示核心网下发的5QI=6，达成核心网配置目标。

3.2 无线网配置及效果验证

无线网通过将配置5QI=6的DRB“下行保证速率”参数为90 Mb/s，实现业务保障。

3.3 系统集成测试

验证选择在理想5G SA网络覆盖环境下进行业务压力测试，经验证，普通用户终端观看VR视频均出现不同程度的卡顿现象，QoS研究客户观看始终流畅。

4 结束语

本文以电信天翼云V R业务作为试点，通过研究云+VR业务对网络的需求，明确云VR 5G网络的支撑目标。再分别通过核心网、无线网、VR CDN服务器展开5G端到端QoS应用研究。经过验证，顺利的实现了在网络忙时，仍能满足天翼云VR的QoS研究用户在观看VR视频时“播放快”“不卡顿”“体验好”的网络体验。研究表明，本文的研究顺利地打通了5G端到端QoS应用流程，并且可通过该技术支撑5G重点业务在5G网络忙时的业务体验。