元宇宙的基础设施—5G与6G应用

2022-02-23 16:02:12

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一、引言

元宇宙这个概念说新嘛也挺新,说旧嘛其实也旧。其实国内外一些企业很早就已经开始布局了,可能在布局的时候这个目标不叫“元宇宙”,而是叫别的什么。例如微软的Mesh for Teams产品当演讲者说话时,将采用音频提示使得脸生动起来,让替身拥有更真实的动画效果。而Facebook的Workrooms支持头部和手势跟踪,现实生活中用手做的事情都将在虚拟世界中被跟踪。

微软Mesh for Teams 和 Horizon Workrooms

几十年前,钱学森也对虚拟写实与“元宇宙”有过展望,还起了个颇有意境的名字-“灵境”。

目前元宇宙要想实现,或者想要真的走进我们的日常生活,其实还是有非常多的条件或者门槛的。我在这里先不谈生态、产业链、政策等等,先说说对元宇宙基础设施的理解,包括5G与6G的应用、人工智能或者机器学习的应用、云计算架构、边缘计算架构等。

二、5G与6G应用概述

元宇宙的目标是要创造一个更加真实和庞大的虚拟世界,能够容纳亿级的人在线互动。无论是当前的VR/AR,还是未来的元宇宙,他们必须奔跑在一条康庄大道上,普通的羊肠小径或者山路十八弯是肯定配不上未来的高科技。那从网络或者通信的角度来看,其实无非就是带宽、延时和可靠性三个维度。也就是说,元宇宙需要网络或者我们的通信平台有超高的带宽、超低的时延和超高的可靠性。

就目前来看,我们的5G仅可以实现基础的支撑,只有在6G的情况下才可以沉浸式的体验。对于5G而言,VR/AR、无线娱乐、社交网络、个人AI辅助等元宇宙最基础的场景都可以支撑,但涉及到沉浸式的XR、全息影像和感官互联等高阶应用场景,就非6G莫属了。

在元宇宙中,实时、流畅的沉浸式体验对网络的要求非常高,这就势必要对互联网和技术进行大规模的、划时代的更新迭代,或者更新迭代已经不足以表达其颠覆性的升级变化了。所以即使目前海量数据中心和越来越快的带宽网络也不足以承载元宇宙。这个时候6G的意义就非比寻常了。6G的网络与智能结合技术、安全方面的技术、确定性网络技术,以及宇宙天空地面一体化融合技术等,均是未来支撑元宇宙的关键。

三、元宇宙网络要求

要想支撑起元宇宙,少不了区块链、人人和人机互动、电子游戏、人工智能、物联网、智能网络。这里我们先着重说明一下网络方面。虽然5G作为目前还较新的移动通信技术,具备了一定的高速率、低延时、大规模连接的特点,但我们需要的传输能力可能比5G强100倍,延时也需要到达微秒级等等。

例如传统的千兆带宽或者万兆带宽,可以支撑全国乃至全球某一类游戏玩家一起玩某款游戏,而元宇宙则是需要全球用户都接入,或者是没有上限的同时接入。对每个动作可能还需要时时复制到现实世界,这对带宽的要求不可想象。

再例如虽然元宇宙不是一个需要快速敏捷操作的射击或者RPG游戏,但其社交属性与围着低延迟不可或缺,面部表情、手部动作的传达同样不可避免。

再例如在无线场景中,轻微的网络抖动都可能造成数据接受异常和失败。这些例子,都从正面和侧面说明了元宇宙对网络带宽、延时和可靠性的要求。

四、未来网络技术的畅想

既然我们在讨论元宇宙,那我们姑且认为我们的未来一定会去到元宇宙的方向,所以网络的未来或者网络的发展目标也是更好的实现对元宇宙的支持,那怎么支持呢,肯定是有个特性或者方向的,我们不妨畅想一下。

随着AR/VR甚至是XR、4K和8K(以后可能还会有更多K)、工业控制、远程医疗、车联网、物联网的发展,未来对网络的带宽、延时肯定会有更高的要求,所以超高带宽和超低时延,一定是一个发展的方向。

目前我们网络传输的主旨是尽力而为,我觉得如果我们期待的是高质量的服务,那这种尽力而为的传统方式无疑会带来延时问题。所以我们需要新型的QoS保障技术,在出现对时间比较敏感和可靠性要求高的场景,例如工业控制、自动驾驶等场景时网络能够正常。所以确定性网络也是未来的一个发展方向。

现在云、网、应用相对独立,需要分别调用计算和网络资源,未来一定是将计算、存储、网络资源等基础资源融合为一个整体,实现资源的高效利用,所以可以总结成类似于算网融合,或者云网应用融合。

现在我们更多的应用场景或者地点都是地面,可能计算一点的就是在高铁上,而未来网络将逐步拓展到更加广阔的空间。这就意味着网络平台具备更灵活和可扩展的接口,以满足从太空、空中、地面,乃至地面的连接。类似的,也会有越来越多的设备类型接入。所以可以畅想多源异构的融合和更大规模和更大空间的终端接入也是未来畅想的一个方向。

五、未来网络应用场景畅想

我们思考了技术方面的发展方向之后,可以再思考将技术应用在一个或多个应用或者场景的情况是什么样子。

1. 5G的应用场景

对于5G而言,其应用场景目前已经相对清晰了,就是各种R、无线娱乐和社交网络,还有一些面向个人打辅助的AI。

2. 6G的应用场景

对于6G而言,其场景更加沉浸和切身,包括沉浸式XR、全息影像、感官互动等等。

扩展现实就是XR、虚拟现实是VR、增强现实是AR、混合现实是MR,而扩展现实(XR)就是VR、AR、MR的统称。6G场景下不光会有沉浸式的XR体验,还可能出现云化XR。将计算密集型的任务放置在云端,以降低终端设备的负载和能耗。作为终端设备则更多关注接入、续航和交互方面。例如已经常见的语音交互和手势交互,还有不太常见的眼球交互,乃至脑机接入后的意念交互等。

全息影像技术也是6G的应用场景,依托6G的能力,随着无线网络能力和高分辨率渲染及终端设备的不断提升,势必会从3D、2D过渡到全息影像。而与全息影像相辅相成的,就是感官的联通,使用者不再是面对冰冷的画面,而是能够获取相应的感官体验。

六、6G的关键技术

通过对技术发展、应用场景的畅想,我们可以进一步考虑6G的关键性技术都有哪些。网络智能、安全、确定性、空天地一体、多地址接入等等,目标就是要满足在2030年以后的元宇宙新型综合应用场景对网络的要求。

所谓的网络智能技术,其实就是新的业务场景对网络架构和关键基础提出的一次综合考试或者说更高的目标要求,并且应该具备自演进、自优化的能力。在6G数据高吞吐的情况下,各种数据频繁交互,对于隐私信息的保障也是未来安全方面的重大挑战。主动免疫、弹性自制、虚拟共生和安全泛在等各种新的名字和技术将应用在零信任安全、区块链和新型加密算法等领域,保护大家的隐私和数据安全。

确定性网络也是需要重点突破的地方,毕竟我们要打破传统尽力而为的方式,为用户提供端到端的确定性服务。考虑到接入元宇宙或者网络的地点和方式的不确定性,这就要求我们在任何一个角落都可以无缝进入网络,这就需要我们的网络能够覆盖你所能够想到的每一个角落,甚至要包括火星,毕竟那个时候马斯克可能就在火星上用脑机接入元宇宙。最后一个要考虑的,就是更多类型和数量的终端大并发、长时间在线。

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