AR/VR业务与5G的结合应用与分析

5G的到来拉动了VR/AR的热潮，目前地市的5G试点演示除了5G手机带来的直观速率感受之外，就要数VR眼镜更能博得普通用户的眼球了。

5G的大带宽特性对于VR的价值是在线观看4K以上分辨率的全景视频，对于AR在现阶段价值不大。

5G低时延特性的价值是通过云游戏技术提升画质，同时帮助云游戏技术降低其网络时  延，使得采用云游戏技术方案的VR/AR产品的“运动到成像时延”能够达到20ms的及格线以内。

本文主要针对VR/AR这类5G未来的业务场景进行技术探索和研究。

VR（Virtual   Reality）：虚拟现实，如VR是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。VR就是虚拟世界，典型场景如一端采用一个或者多个360度的全息摄像头拍摄实景图，通过5G无线网络上传到服务器，服务器推流到另一端VR 眼镜进行播放。

AR（Augmented Reality）通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。典型场景如一端采用采用一个或者多个360度的全息摄像头拍摄真人或者实景，通过5G无线网络上传到服务器，服务器推流到另一端AR眼镜能感知另一端的变化。

2.1   

VR典型业务流程图如下：

VR业务本质上也是视频业务，如果是采用http推流，可以从抓包文件中可以看到VR摄像头某个方向对应不同的片源的不同视频流，只有当不同视频流的数据比较均匀的从服务器传输到客户端，才能播放流畅，如下图所示，一次VR视频包括4个TCP：VR业务的分析，不仅要分析每条VR业务所建立的TCP传输是否存在丢包、乱序、时延，还需要分析包括VR业务建立过程总TCP连接建立是否存在问题。

3D AR全息是指在人们在不同物理位置通过眼镜进行实时3D通信，比如A用户在RoomA, B用户在RoomB, 带上全息眼镜后可以与对方进行实时的3D通话和交流。AR的业务流程跟VR类似，视频流是3D的，流量一般比VR要大一点。

AR/VR所需要带宽跟视频码率相关，不同码率带宽和时延要求标准如下。

具体VR业务不同码率对应带宽需求不一样

AR/VR 流程主要有如下四个步骤，如下图：

Step 1：AR/VR 准备及基础排查

Step 2：无线参数优化

Step3：空口性能优化，建议可以先使用 UDP 灌包进行测试上下行速率

Step4：E2E ping 时延确认

Step5：TCP 性能优化

现阶段吞吐率问题主要以峰值演示问题较多，以下以峰值速率问题为例进行分析。调试前，必需先搞清楚网络拓扑图，相对3G&4G时代，一个很重要的变化就是以前的网口变成光口，以前的网线变成光纤。

建议基站和TUE/CPE 软件版本建议使用最新版本；

建议采集能够修改码率的摄像头，如海康威视，常见摄像头参见附录

有条件推荐使用TUE进行测试（18B上行吞吐率可以到300Mbps），如果使用CPE测试（18B上行吞吐率可以到80~90Mbps），需要先确认摄像头码率对应需求带宽足要求。

使用iperf软件对TUE或者CPE进行灌包,可以在服务器进行UDP和TCP灌包,或者基站进行UDP灌包测试，保证空口能力能满足要求。

推荐配置：CPU 64位 主频2G以上，内存 32G以上，固态硬盘。实验室配置参考：(1)光网卡，(2)安装软件服务器安装软件越少越好，SPES软件对TCP层吞吐率有影响。

TCP参数优化  优化TCP窗口参数：

（1）关闭heuristics功能—netsh int tcp set heuristics disabled

（2）优化TCP auto tuning—netsh int tcp set global autotuninglevel=no-rmal

（3）确认修改成功—netsh int tcp show global

用到的无线参数措施包括，MCS和RANK打桩或者降低上下行目标BLER，达到降低时延的目的，参数优化如下表：

空口MML灌包：

NR终端接入后，在LTE基站执行如下命令，查询终端接入随机标识： DSP  ALLUEBASICINFO: LocalCellId=0, UeType=UE；执行结果如下：

在NR基站执行如下命令，启动下行灌包：

STR GNBUUDATATST: UeIdType=RANDOM_VALUE, RandomValue="6666666666",ErabId=5, SrcIp="0.0.0.0", SrcPortNo=0, DstIp="0.0.0.0", DstPortNo=0, PacketSize=1400, Rate=3000000, TestDuration=3600；执行结果如下：

UDP服务器灌包：灌包流量=灌包大小（500M）*线程数(5)iperf -c 10.20.42.121-t999999-u-l130 -i1-p5002-b500M-P5

Ping包隔离：从客户端ping服务器，ping包大小建议与实际视频业务大小一致，如不知实际业务大小建议ping 1400byte，ping大包时延在20ms以内满足4k视频要求，30ms满足2K 视频要求。

若ping包时延较大，需要分段隔离大时延在哪一段引入，基站空口时延隔离方法，跟踪IFTS/CELLDT（2132/2149）跟踪可以判断，从终端侧ping服务器时，终端侧ping时延与2132或者2149看到的环回时延之差即为空口时延，空口往返时延一般为6~7ms，当空口出现重传时会出现10ms以上时延，所以ping时延要尽量保证空口不出现误码（如降低MCS或者目标BLER），如下图所示，大部分时延是在基站以上引入。若从服务器ping终端，则基站2132/2149 跟踪看到的时即为空口时延。

ping大包时，要注意是否存在分片，尤其是IPSec场景，CPE和TUE OMT可以设定ping 包大小，并且可以设置ping包不分片标识，这样可以探测整个网络路径上MTU大小。在基站上可以使用mml命令ping核心网地址，查看S1环回时延，同样也可以采用ping包不分片功能来探测S1传输路径上MTU大小（如PING: SN=7, SRCIP="10.10.10.10",DSTIP="10.10.10.11", CONTPING=DISABLE, APPTIF=NO, DF=ON;）。

            其它节点的ping包时延分析可以通过wireshark抓包来分析，推荐时延FMA-IPPA工具分析，如下图所示，Ping单文件分析能按照Ping包地址统计ping包大小、时延和成功率。

2.2  

AR/VR本质是视频流业务，视频业务发包是一帧一帧发，除了看平均速率，还需要分析瞬时流量，可以打开wireshark时序图，计算瞬时流量，如下图，吞吐率=1153000*8/0.085=108Mbps. 

如CPE/TUE镜像端口抓包，基站S1口镜像抓包，传输设备镜像抓包，核心网抓包等抓取的wireshark数据使用原型工具wireshark或者FMA-IPPA工具分析，wireshark分析技能要求较高，这里重点介绍FMA-IPPA工具分析方法；

        丢包乱序重传统计，选择Stream Statistic流统计下面Top 20 TCP streams，可以将TOP 20 TCP流的报文统计信息及丢包，乱序，重传显示出来，可导出excel文件，便于报告呈现。

                丢包乱序重传详细分析，选定某一条流后，点击TCP故障分析，可呈现故障报文（丢包、乱序、重传）的详细信息。如下图所示，分丢包、乱序、重传3个sheet页，上半部分是统计，下半部分展示详细报文信息。

附录：常用 VR 摄像头及码率设置方法

1、 常用摄像头

国内包含海康、大华、insta360等

2、码率设置方法

以海康威视摄像头为例：

IE浏览器输入10.2.2.40登录摄像头WEB页面。详细配置如下：

                                                                                                                                                                               --来源：贵州电信省劳模创新团队