一步步解開大眾對(duì)5G低延時(shí)的5個(gè)誤區(qū)

我們有幸請(qǐng)到虎牙直播的5G首席架構(gòu)師——林正顯老師，為我們介紹5G低延時(shí)的誤區(qū)和機(jī)會(huì)。本文從介紹5G低延時(shí)原理開始，一步步解開大眾對(duì)5G低延時(shí)的5個(gè)誤區(qū)，最后分享了虎牙直播在建設(shè)低延時(shí)確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的想法以及5G在其他場(chǎng)景的應(yīng)用。

大家好，我叫林正顯，來(lái)自虎牙直播，今天一起聊聊5G低延遲相關(guān)的一些問(wèn)題。想起談這個(gè)話題是因?yàn)榛⒀涝谧鲆恍?G的落地實(shí)踐時(shí)候，發(fā)現(xiàn)工程上的數(shù)據(jù)和宣傳上、媒體上的數(shù)據(jù)有很大差別。我們做了很多的探索和分析。今天把我們所思，所想，所見分享給大家。

我們想先講一下何為5G低延時(shí)？它是如何實(shí)現(xiàn)的，我會(huì)剖析一下5G低延時(shí)的誤區(qū)；另外包括MEC（多接入邊緣計(jì)算），它和5G是密切相關(guān)的；還有虎牙在5G低延時(shí)或MEC上的一些實(shí)踐；最后聊一聊虎牙在5G低延時(shí)方面的思考，以及未來(lái)的挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)。

關(guān)于5G的一些報(bào)（wu）道（dao）

在過(guò)去的一兩年，5G一直都是比較熱門的一個(gè)話題，很多媒體都做了大量的報(bào)道。左邊這個(gè)圖告訴我們，Wi-Fi在人多的時(shí)候帶寬不怎么樣，4G馬馬虎虎，但是5G非常迅速；5G另一個(gè)應(yīng)用是——遠(yuǎn)程駕駛，號(hào)稱可以利用5G超低延時(shí)，足不出戶駕駛千里之外的汽車；還有一些說(shuō)5G可以大大提高下載的速度。以上這些報(bào)道，真真假假，大家聽完今天我的講解后會(huì)有自己的理解和認(rèn)知。

5G延時(shí)的定義

什么是5G的低延時(shí)？在3GPP里對(duì)5G低延遲有非常明確的定義：對(duì)于URLLC（高可靠、低延時(shí)通訊場(chǎng)景）上下行的標(biāo)準(zhǔn)值為0.5毫秒（RTT 1毫秒）。對(duì)于eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶場(chǎng)景）上下行的延遲各4毫秒。我們平時(shí)上網(wǎng)、直播、刷視頻等幾乎都是eMBB服務(wù)。

5G為何能做到低延時(shí)

5G是如何做到低延時(shí)的？在無(wú)線方面，也就是手機(jī)端到基站采用了哪些措施？在核心網(wǎng)內(nèi)側(cè)5G和3G、4G有什么區(qū)別？

我們簡(jiǎn)單講一下這個(gè)圖。不管是5G、4G還是3G，如果之前沒(méi)發(fā)送過(guò)數(shù)據(jù)，我們的手機(jī)要上行數(shù)據(jù)到公網(wǎng)或者基站，這和我們?cè)谡n堂上舉手回答問(wèn)題類似。首先要向基站申請(qǐng)一個(gè)上行的無(wú)線資源，基站根據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況合理分配，并提供一個(gè)可以發(fā)送的時(shí)間及無(wú)線資源返回給用戶，隨后用戶再完成數(shù)據(jù)發(fā)送。這個(gè)舉手的時(shí)間是一個(gè)周期性窗口，不是隨時(shí)待命的，我們稱這叫做——調(diào)度請(qǐng)求。

調(diào)度請(qǐng)求引入了延時(shí)，它在整個(gè)無(wú)線方面的延時(shí)中占比是不低的。在5G需要低延時(shí)，我們通過(guò)配置把調(diào)度的過(guò)程去除，可以認(rèn)為，只要有數(shù)據(jù)抵達(dá)，在配置的時(shí)間窗口就可以直接發(fā)送，不再需要額外的申請(qǐng)。

另外就是Slot，5G支持的是mini-slot。Slot中文翻譯為時(shí)隙，在4G和5G中，一個(gè)時(shí)隙可以分為7個(gè)或14個(gè)symbol，一個(gè)symbol對(duì)應(yīng)一個(gè)正弦波的波長(zhǎng)周期。對(duì)于4G來(lái)說(shuō)，子載波的頻寬是15khz，所以一個(gè)symbol就是1/15毫秒，整個(gè)slot就是大約1毫秒，這是4G調(diào)度基本單位。

在5G中也是如此，Slot始終是一個(gè)基本的調(diào)度單位。但是到了5G呢，它的子載波的頻寬可以更寬，達(dá)到30khz、60khz、120khz甚至240khz，那么它一個(gè)symbol的時(shí)長(zhǎng)也會(huì)成比例下降，因此整個(gè)調(diào)度的周期就可以變得更短。所以在極端情況下，5G完整的調(diào)度周期可以低至幾十微秒。更進(jìn)一步，5G可以支持mini-slot，可以只用2個(gè)symbol來(lái)做調(diào)度基本單位，這時(shí)調(diào)度周期可以控制在微秒級(jí)別。另一種情況，在使用eMBB服務(wù)時(shí)，因?yàn)檎{(diào)度單位是1毫秒，我正在發(fā)送eMBB的數(shù)據(jù)時(shí)，URLLC（更高優(yōu)先級(jí)）的數(shù)據(jù)來(lái)了，這時(shí)可以暫停eMBB的發(fā)送，在原來(lái)無(wú)線資源的信道上，先發(fā)送URLLC的數(shù)據(jù)，這個(gè)叫做搶占式調(diào)度。這樣可以保證更高優(yōu)先度的數(shù)據(jù)可以更快的發(fā)送出去。

最后一張圖描述的是傳輸?shù)目煽啃?。低延時(shí)和傳輸可靠性有密切的關(guān)系，由于傳輸不可靠導(dǎo)致丟包重傳，客觀上會(huì)導(dǎo)致延時(shí)的升高。5G的做法是冗余，一份數(shù)據(jù)包作多份拷貝，通過(guò)不同的子載波，不同的信道把相同的數(shù)據(jù)發(fā)出去，這里不同的載波可能是同屬一個(gè)基站的兩個(gè)載波，甚至可能是兩個(gè)基站的不同載波，通過(guò)冗余來(lái)保證發(fā)送可靠性從而做到穩(wěn)定性。此外，在極端情況下保證可靠性時(shí)，可能需要犧牲一部分無(wú)線的效率，采用抗干擾性更強(qiáng)的調(diào)制方式來(lái)做傳輸。比如原本可以用16QAM的調(diào)制方式，但是為了穩(wěn)定性，我選擇了QPSK。在空口上大致就這些措施。

在核心網(wǎng)上，從3G開始，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)要上公網(wǎng)的話會(huì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)（移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和公網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)）。在WCDMA里我們叫GGSN，在4G里我們叫P-GW，而5G里叫UPF，名字雖不同，但都是網(wǎng)關(guān)。在3G、或4G時(shí)，網(wǎng)關(guān)在每個(gè)省只會(huì)在1、2個(gè)地方部署，比如在廣東省大概率就部署在廣州或深圳或東莞，其他地方即使訪問(wèn)同城的服務(wù)器，也會(huì)經(jīng)過(guò)基站，經(jīng)過(guò)核心網(wǎng)以及剛才提到的網(wǎng)關(guān)，繞一圈之后再回到原來(lái)的服務(wù)器，過(guò)程非常曲折。

但是5G就可以把網(wǎng)關(guān)下沉到離我們?cè)L問(wèn)基站較近的地方，甚至就在同一個(gè)機(jī)房，我們稱為UPF的下沉。參看右圖的綠線，我們通過(guò)基站，基站連接本地UPF，直接到城域網(wǎng)，然后就可以訪問(wèn)到本地的服務(wù)器了。不需要像黃線一樣千里迢迢跑到廣州，經(jīng)過(guò)骨干網(wǎng)，再到城域網(wǎng)最后才能訪問(wèn)。

如何進(jìn)行分流，運(yùn)營(yíng)商是有策略的，通過(guò)上行分流器來(lái)做到這一點(diǎn)，這里我們不細(xì)講。

聽起來(lái)5G在低延時(shí)方面還是做了很多事情的，感覺(jué)上也很靠譜，5G低延時(shí)特效也被大眾津津樂(lè)道。但是非常遺憾的是大家在討論這個(gè)話題的時(shí)候，很多人的理解還是有一些偏差的。

理論極延時(shí)與實(shí)際延時(shí)混為一談

理解誤區(qū) #01

第一，我們很容易把5G理論延時(shí)和實(shí)際延時(shí)混為一談，尤其是媒體的朋友們，有意無(wú)意地在做一些引導(dǎo)。

我們來(lái)詳細(xì)看看之前提到的“調(diào)度”的過(guò)程。當(dāng)我們有一項(xiàng)數(shù)據(jù)在手機(jī)上即將產(chǎn)生的時(shí)候，我們并不能馬上發(fā)送出去，我們需要等一個(gè)周期性配置的“調(diào)度請(qǐng)求”（SR）的窗口（比如1毫秒、80毫秒），發(fā)送SR請(qǐng)求之后（可以理解為在紅綠燈路口按下想要通行那個(gè)按鈕的過(guò)程）基站收到請(qǐng)求后會(huì)判斷用戶的優(yōu)先級(jí)、空口的占用狀況如何等來(lái)決定何時(shí)給手機(jī)發(fā)送“授予”grant（在何時(shí)在哪個(gè)信道上傳數(shù)據(jù)）授予的信道有可能很小，也許只夠用戶發(fā)送一個(gè)BSR（緩沖狀態(tài)報(bào)告），手機(jī)會(huì)告訴基站現(xiàn)在有20k的數(shù)據(jù)需要發(fā)送，基站收到后知道你有很多數(shù)據(jù)會(huì)授予更多的信道供用戶發(fā)送，這是在空口發(fā)生的一個(gè)事情，也是大部分情況會(huì)經(jīng)歷的過(guò)程，無(wú)論是4G還是5G。5G的免調(diào)度只是把申請(qǐng)SR的過(guò)程去掉了，但是對(duì)eMBB服務(wù)來(lái)說(shuō)不太可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樾枰冻龊艽蟮拇鷥r(jià)。上行的調(diào)度請(qǐng)求周期越長(zhǎng)，延時(shí)就會(huì)越大，因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程引入的延時(shí)平均是SR周期的一半，運(yùn)氣好會(huì)快一些，運(yùn)氣不好SR剛過(guò)，需要等待下個(gè)周期。

如果我們周期配置的足夠小，我們的延時(shí)依然能夠保證。理論上來(lái)說(shuō)，即使是4G，延時(shí)也可以到幾毫秒。

很遺憾，雖然4G延時(shí)數(shù)據(jù)理論上也能到幾毫秒，但是我們4G實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并不理想，虎牙在高峰時(shí)期4G用戶到同城服務(wù)器RTT超過(guò)了40毫秒，同一時(shí)刻Wi-Fi用戶到同城服務(wù)器RTT大概率在20毫秒以內(nèi)。

去年有一份白皮書，列舉了很多5G to B的場(chǎng)景，5G在結(jié)合了UPF下沉了以后，端到端的基本延時(shí)在16~20毫秒之間，這和我們虎牙現(xiàn)網(wǎng)5G的數(shù)據(jù)也差不多。

為什么現(xiàn)實(shí)和理想差距那么大？我們?cè)谡務(wù)撗訒r(shí)的時(shí)候，其實(shí)包含了處理延時(shí)、排隊(duì)延時(shí)、發(fā)送延時(shí)和傳播延時(shí)。處理延時(shí)是指對(duì)包進(jìn)行有效性校驗(yàn)等操作引入的延時(shí)，這時(shí)間基本可以忽略不計(jì)。傳播延時(shí)取決于光速，從A發(fā)送到B，通過(guò)光纖傳送過(guò)去，這一速度我們無(wú)法干預(yù)，距離足夠短時(shí)，這一時(shí)間也可以忽略不計(jì)。剩下的問(wèn)題就在于排隊(duì)延時(shí)和發(fā)送延時(shí)，這兩個(gè)延時(shí)我們?cè)诤竺鏁?huì)詳細(xì)展開，在做一般的理論分析時(shí)，往往會(huì)把它們忽略掉，這是造成我們現(xiàn)實(shí)與理想差距的主要原因。還有一個(gè)問(wèn)題是丟包重傳，很多時(shí)候不是網(wǎng)絡(luò)RTT不好，而是偶爾的丟包導(dǎo)致的重傳，使得實(shí)際的延時(shí)變高。

不同技術(shù)與不同應(yīng)用場(chǎng)景的

延時(shí)混為一談

理解誤區(qū) #02

第二個(gè)誤區(qū)也能在媒體中經(jīng)常見到。5G有很多不同的場(chǎng)景和技術(shù)，但是報(bào)道時(shí)，總是挑最領(lǐng)先的技術(shù)來(lái)說(shuō)。

比如，5G有三大應(yīng)用場(chǎng)景，eMBB（增強(qiáng)型無(wú)線寬帶）對(duì)應(yīng)大帶寬，URLLC對(duì)應(yīng)高可靠低延時(shí)的業(yè)務(wù)，還有一個(gè)mMTC海量機(jī)器類型通訊，對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的廣連接。通常來(lái)說(shuō)，只有自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景需要用到URLLC這種極端的低延時(shí)保障，這種端到端的延時(shí)可能只有2、3毫秒。

但是有一點(diǎn)不能忽略，為了能夠獲得超低延時(shí)需要付出相當(dāng)大的代價(jià)，坦白來(lái)說(shuō)很多場(chǎng)景極端低延時(shí)不是必須的，比如瀏覽一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，是否需要一個(gè)端到端3毫秒的低延時(shí)？因?yàn)槌杀静顒e很大，我們不可能在所有場(chǎng)景覆蓋低延時(shí)。另外除了成本較高的冗余、調(diào)制方式等方面的無(wú)線措施，還有端到端的低延時(shí)也需要非常嚴(yán)苛的端到端QoS保障。

4G的QoS是怎么樣的？4G在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)有2種承載，一種叫默認(rèn)承載，一種叫專有承載。默認(rèn)承載有數(shù)據(jù)就有可能建立。專有承載針對(duì)不同的QoS所要求的流來(lái)建立額外的通道。這個(gè)承載本身的建立是有一定限定的消耗的。另外它的粒度比較大，因?yàn)橐粋€(gè)手機(jī)通常只能建立幾個(gè)到十幾個(gè)專有承載。所以在日常生活中很少聽到有對(duì)4G QoS的利用，因?yàn)樗粫?huì)出現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部業(yè)務(wù)，比如給VoLTE這類業(yè)務(wù)來(lái)做一些高優(yōu)先級(jí)的保證，但現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)商正在慢慢放開。

5G的QoS相對(duì)來(lái)說(shuō)更靈活，我們可以根據(jù)不同流設(shè)置不同PCC的規(guī)則，對(duì)應(yīng)不同包的計(jì)費(fèi)和質(zhì)量保證的規(guī)則。它不是基于承載而是基于流，流的標(biāo)識(shí)通常是三元組或是其他特征。

上圖和其他5G QoS圖不太一樣，因?yàn)樗猩婕岸嘟尤爰夹g(shù)的QoS。多接入（Multi-Access），比如在3GPP AN里面，5G除了通過(guò)空口來(lái)連接到目標(biāo)地址以外，還可以通過(guò)非5G，如Wi-Fi等介質(zhì)同時(shí)形成多接入通道，以此保證數(shù)據(jù)接入可靠性。但是3GPP畢竟代表的是運(yùn)營(yíng)商或是設(shè)備商的利益，所以這一特性未必能得到廣泛的運(yùn)用，比如我們?cè)谧鰝鬏敃r(shí)通常會(huì)考慮同時(shí)使用Wi-Fi、4G、5G或是MP-TCP這種特性來(lái)做多路的傳輸，這些我們通常在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。3GPP試圖在底層將這套方式封裝起來(lái)，但就我和其他應(yīng)用廠商的討論，似乎沒(méi)有人愿意為這一方式買單，應(yīng)用廠商更愿意自己把控這方面內(nèi)容。另一個(gè)與QoS有對(duì)應(yīng)關(guān)系的是切片。

這部分內(nèi)容我不會(huì)詳細(xì)展開，因?yàn)閮?nèi)容過(guò)多。切片的目的是為了保證不同業(yè)務(wù)不同的優(yōu)先級(jí)，但這項(xiàng)技術(shù)對(duì)手機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)“坑”，因?yàn)槟壳笆忻嫔?G手機(jī)對(duì)URSP的支持非常不足，幾乎沒(méi)有。雖然3GPP定義出來(lái)了，但是短期內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)只能在to B場(chǎng)景應(yīng)用，比如根據(jù)不同的DNN做一些不同切片的接入。對(duì)于目前的手機(jī)來(lái)說(shuō)，很難從一個(gè)切片切換到另一個(gè)切片：理論上我們可以給不同的APP或是不同的流特性，映射到不同的切片享受不同的QoS保證，但是目前終端并不支持這項(xiàng)技術(shù)。

空口延時(shí)與網(wǎng)絡(luò)全鏈路混為一談

理解誤區(qū) #03

還有一個(gè)更為常見的誤區(qū)，我們討論的5G低延遲，其實(shí)說(shuō)的是它空口的延遲，但很多人會(huì)把網(wǎng)絡(luò)的端到端延時(shí)與之混為一談，更有甚者會(huì)把業(yè)務(wù)的端到端混在一起。

我們一直在說(shuō)的5G低延時(shí)，其實(shí)說(shuō)的就是手機(jī)到基站的這段低延時(shí)。而端到端的過(guò)程會(huì)經(jīng)過(guò)空口到承載到核心網(wǎng)，從核心網(wǎng)再到公網(wǎng)，經(jīng)過(guò)若干個(gè)IDC有可能換到另外一個(gè)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)，再到接入網(wǎng)最后抵達(dá)空口。坦白來(lái)說(shuō)，即使5G的空口可以做到零或一毫秒延時(shí)，最多也就是打平了和固網(wǎng)的差距。如果用有線接入的話，事實(shí)上空口這個(gè)環(huán)節(jié)怎么樣都是比不過(guò)的。我們真正需要的是端到端的低延時(shí)，剩下的部分怎么辦？

我們可以參考一下TSN（時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)），它在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中是會(huì)被用到的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)我們希望能夠得到5G來(lái)實(shí)現(xiàn)端到端、高穩(wěn)定的超低延時(shí)方案。

最核心的點(diǎn)——冗余。從圖中可以看到，控制器希望控制遠(yuǎn)端設(shè)備的時(shí)候，中間加入了5G網(wǎng)絡(luò)。在END STATION，我們就分成了2路，接入2個(gè)終端，分別通過(guò)不同的傳輸通道進(jìn)行傳輸。在5G中有不少類似于多鏈路、多路徑的處理，這是值得我們借鑒的方式，鑒于時(shí)間原因，我無(wú)法展開更多。我想強(qiáng)調(diào)的是，端到端的低延時(shí)比整個(gè)空口的低延時(shí)更重要，我們可以從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中尋找靈感。

空載延時(shí)與帶載延時(shí)混為一談

理解誤區(qū) #04

另一個(gè)誤區(qū)是，大家會(huì)把空載（網(wǎng)絡(luò)較為空閑時(shí)段）的延時(shí)和帶載甚至重載時(shí)的延時(shí)混為一談。

比如在節(jié)假日時(shí)，我們的高速路口車流擁擠，這個(gè)時(shí)候我們不會(huì)指望能夠快速通行。在網(wǎng)絡(luò)中這對(duì)應(yīng)的是排隊(duì)延時(shí)，排隊(duì)等待資源，等待上一個(gè)用戶排空緩沖，這是我們延時(shí)的一大來(lái)源。對(duì)于無(wú)線用戶來(lái)說(shuō)，每個(gè)人都想上傳數(shù)據(jù)，作為一個(gè)基站需要調(diào)度數(shù)據(jù)，那就勢(shì)必會(huì)造成排隊(duì)的現(xiàn)象。除非我的“車道”特別寬（多），每個(gè)人都有足夠的車道，但這是難以實(shí)現(xiàn)的。

舉一個(gè)例子，如果大家對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)感興趣，在很多地方是可以進(jìn)行測(cè)試的。最經(jīng)典的是在地鐵站，尤其是高峰期的地鐵站，比如北京的西二旗地鐵站。這個(gè)車站如果在高峰期測(cè)量，同城RTT有可能在200，300毫秒。即使是空載的狀態(tài)，清早或大半夜測(cè)量，會(huì)發(fā)現(xiàn)延時(shí)也有80毫秒。這和基站的設(shè)置是有關(guān)系的，回到前面提到的“調(diào)度周期”，通常運(yùn)營(yíng)商會(huì)根據(jù)基站的忙閑來(lái)對(duì)該值做些調(diào)整如果我需要保證很多人能同時(shí)接入基站，我必須在有限的控制信道內(nèi)讓更多用戶接入。如此一來(lái)，調(diào)度周期一定會(huì)被拉長(zhǎng)，這樣每個(gè)用戶才能有接入的機(jī)會(huì)。我猜想，運(yùn)營(yíng)商對(duì)于那個(gè)點(diǎn)的調(diào)度周期設(shè)置就是不低于80毫秒，這時(shí)平均的RTT就有額外的40毫秒的引入，這也是出現(xiàn)在地鐵站的一個(gè)非常有意思的現(xiàn)象。

忽略帶寬對(duì)延時(shí)的影響

理解誤區(qū) #05

最后一個(gè)誤解，我們往往會(huì)忽略帶寬對(duì)延時(shí)的影響。比如我們處理一些小包的時(shí)候，延時(shí)還是很低的，一旦加載業(yè)務(wù)，延時(shí)就變成15毫秒甚至40毫秒，100毫秒。

在座的很多同行應(yīng)該是做視頻的，除了無(wú)限GOP場(chǎng)景，對(duì)視頻進(jìn)行編碼的時(shí)候存在I幀，后面緊接著P幀，可能還有B幀，依次循環(huán)。一個(gè)I幀很大，可能是P幀的很多倍，這取決于編碼時(shí)的參數(shù)設(shè)定。假設(shè)可用帶寬的平均碼率是10兆，如果給我們一個(gè)10兆帶寬的平滑流，我們確實(shí)可以很快的傳輸出去，但是視頻是突發(fā)的，尤其對(duì)于I幀來(lái)說(shuō)。最后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，I幀的傳輸會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間，甚至阻礙了下一幀，B幀或者P幀的傳輸。這里我列舉一個(gè)數(shù)據(jù)，比如我上傳一個(gè)10兆的視頻流I幀可能會(huì)達(dá)到200kb，這時(shí)哪怕使用100兆的帶寬去傳輸，可能也需要16毫秒，這是什么概念？如果在云游戲里，假設(shè)幀率是60，2幀的間隔就是16毫秒。也就是說(shuō)10兆碼流的視頻我需要使用100兆的帶寬傳輸才能讓它不影響下一幀的傳輸。

所以為什么我們說(shuō)5G對(duì)于云游戲的發(fā)展是個(gè)有利優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榇髱拵?lái)的是低延遲。4G很難做到很大的下行速率，而現(xiàn)在很多云游戲的廠商會(huì)用到20兆或25兆的帶寬。

低延時(shí)與“5G+邊緣計(jì)算”

現(xiàn)在我們可以把前面講的所有東西串起來(lái)，來(lái)聊聊MEC。狹義的MEC我們成為移動(dòng)邊緣計(jì)算，后來(lái)3GPP可能覺(jué)得不夠酷，把M改成Multi-Access（多接入邊緣計(jì)算）把它的范圍擴(kuò)大了，不再僅僅針對(duì)移動(dòng)。最開始的想法，是利用UPF下沉（拉近出口網(wǎng)關(guān)和基站的距離），這時(shí)候可以在UPF所在的機(jī)房把計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源放在那里，其優(yōu)勢(shì)在于在與終端用戶距離很短的時(shí)候延時(shí)會(huì)很低。把計(jì)算資源放在UPF機(jī)房和把計(jì)算資源放在中心機(jī)房，兩者的延時(shí)差距還是挺大的，特別中心機(jī)房可能和UPF機(jī)房不是同省。

虎牙在邊緣計(jì)算方面曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)嘗試，我們?cè)谥辈r(shí)希望給主播的形象做一些漫畫風(fēng)格的轉(zhuǎn)換。但是我們發(fā)現(xiàn)很多主播的直播設(shè)備性能并不是特別優(yōu)異，特別是一些低端或中端的手機(jī)，所以很難在手機(jī)做一些困難的AI風(fēng)格轉(zhuǎn)換。這時(shí)候我們想，能不能把計(jì)算這部分放到云端，利用低延時(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

大致過(guò)程如下，主播的頭像通過(guò)鏡頭到CMOS感光之后通過(guò)ISP的處理，然后在送到APP，APP做一些前處理，隨后編碼，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳過(guò)去。邊緣機(jī)房的AI節(jié)點(diǎn)必須先解碼，隨后在做一些相應(yīng)的AI處理，這時(shí)又要重新編碼一路流，隨后分發(fā)給觀眾，另外一路流返回給主播，主播收到流后經(jīng)過(guò)解碼和渲染，這才能看到自己被變換過(guò)圖像；這個(gè)過(guò)程對(duì)于主播的感受來(lái)說(shuō)，就像是在手機(jī)上完成的一個(gè)處理。這是一個(gè)非常美好的想法。

主播能感受到的延時(shí)就是圖上1~4的步驟。那么大家覺(jué)得我們每個(gè)階段，比如采集，編碼，傳輸，解碼，渲染延時(shí)最高的是哪個(gè)階段？其實(shí)是采集階段。安卓手機(jī)端或iphone11以下的機(jī)型，大家拿著攝像頭對(duì)著自己，敏感的人是可以感受到延遲的，即使是自己的攝像頭做本地的預(yù)覽，延遲的時(shí)間在80~120毫秒之間。手機(jī)的操作無(wú)非就是成像，成像完成以后從傳感器中讀出來(lái)，然后送到ISP處理，處理完以后送去做渲染。安卓攝像頭的管線深度和整個(gè)架構(gòu)處理決定了延時(shí)的高低，這點(diǎn)當(dāng)時(shí)被我們忽略了。在某些場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)未必是瓶頸。網(wǎng)絡(luò)可以做到很低延時(shí)，特別是在傳輸上，RTT20~30毫秒是可以達(dá)到的。對(duì)于一般的1080P手機(jī)編碼就需要30~40毫秒，但是采集很有可能花費(fèi)3幀的時(shí)間。所以我們?cè)趪L試邊緣計(jì)算的時(shí)候，我們要想我們的瓶頸真的是在網(wǎng)絡(luò)上嗎？

5G與Wi-Fi的區(qū)別

現(xiàn)在我想講一講虎牙對(duì)于5G低延時(shí)的思考，我們內(nèi)部討論了很多關(guān)于Wi-Fi和5G的關(guān)系。通過(guò)全網(wǎng)數(shù)據(jù)你會(huì)發(fā)現(xiàn)用戶的兩個(gè)通道，一個(gè)是Wi-Fi，一個(gè)是4G，坦白來(lái)說(shuō)大部分流量還是來(lái)自于Wi-Fi，來(lái)自于家庭寬帶的流量。對(duì)于手機(jī)4G用戶來(lái)說(shuō)，也很少會(huì)用到運(yùn)營(yíng)商提供的超低延時(shí)的服務(wù)。即使到了5G，我們大概率也不會(huì)用到URLLC，也不會(huì)用MTC這種物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)，我們使用更多的還是eMBB的業(yè)務(wù)。

在空口中，eMBB的RTT是8毫秒，而好一點(diǎn)的Wi-Fi可以做到2毫秒。市面上質(zhì)量較差的Wi-Fi是因?yàn)檫€在使用2.4G頻段（易被干擾）或Wi-Fi 4或較差的AP網(wǎng)關(guān)。坦白來(lái)說(shuō)，如果在座各位能夠讓自己平臺(tái)所有用戶的Wi-Fi及時(shí)升級(jí)，相信能減少不少視頻卡頓率。eMBB的理論延時(shí)比Wi-Fi的實(shí)際延時(shí)還會(huì)高一些，甚至現(xiàn)在的Wi-Fi 6以及抗干擾的Wi-Fi 6E（使用新頻段，不會(huì)受到2.4G或5G的影響），有可能更加拉大了Wi-Fi和5G的延時(shí)差距。

我們能做的就是等待，看看5G在現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化的情況如何，以及毫米波的應(yīng)用。毫米波并未在我國(guó)廣泛使用，我們使用的是SUB-6G的頻段。毫米波覆蓋范圍有限，但是可用的頻寬資源很多，所以可以達(dá)到很大的帶寬，在未來(lái)會(huì)在我國(guó)一些熱點(diǎn)技術(shù)作為補(bǔ)強(qiáng)的應(yīng)用。一旦毫米波進(jìn)入市場(chǎng)，我認(rèn)為有可能縮小5G和Wi-Fi低延時(shí)上的差距，當(dāng)然能做的只是縮小差距，當(dāng)然這只是我一家之言。那這時(shí)候有個(gè)問(wèn)題就出現(xiàn)了，如果在延時(shí)上比不過(guò)Wi-Fi，我們?nèi)绾味ㄎ?G？5G在移動(dòng)性、廣域覆蓋方面比Wi-Fi有優(yōu)勢(shì)，我們不可能背著Wi-Fi到處走，尤其是戶外場(chǎng)景。所以我們需要自己判斷，哪些業(yè)務(wù)、場(chǎng)景適合使用5G。5G在廣域覆蓋上的優(yōu)勢(shì)值得被關(guān)注，我們需要考慮它和我們的業(yè)務(wù)是否有親和性。

我個(gè)人認(rèn)為類似于AR，AR眼鏡，戶外直播等這種業(yè)務(wù)和5G就有比較好的親和性。順帶一提，我不會(huì)為5G+VR這類產(chǎn)品買單，因?yàn)閂R和5G并沒(méi)有什么關(guān)系，VR更多的是在室內(nèi)的應(yīng)用，在室內(nèi)Wi-Fi不比5G更好用嗎？同時(shí)5G還存在流量資費(fèi)的問(wèn)題。但是AR就不同了，因?yàn)槲冶仨氁?，必須和現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合，戶外直播同理。

10毫秒級(jí)互動(dòng)時(shí)代

我們還有一個(gè)思考，隨著5G技術(shù)的進(jìn)步， 10毫秒級(jí)的互動(dòng)時(shí)代即將到來(lái)。我們現(xiàn)在還有另一種5G叫F5G，就是所謂的第五代固網(wǎng)，也就是光纖到房間和Wi-Fi 6。它的延時(shí)一定是非常低的，而且覆蓋強(qiáng)，帶寬高。說(shuō)回我們的5G，理論上我們布網(wǎng)布的好，10~20毫秒的RTT還是可以滿足的。即使到了野外，沒(méi)有Wi-Fi和5G的覆蓋，我們哪怕用低軌道衛(wèi)星（300km~500km距離）也能做到20~30毫秒的RTT，也就是說(shuō)整個(gè)世界都能包圍在相對(duì)低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)中。整個(gè)鏈條如果能夠建成，我們完全可以做到百毫秒級(jí)以內(nèi)的端到端的延遲。如果說(shuō)之前我們考慮的更多的是秒級(jí)，百毫秒級(jí)上的直播的話，現(xiàn)在我們就需要考慮更廣泛的10毫秒級(jí)的問(wèn)題。所以未來(lái)Wi-Fi主要是在室內(nèi)，5G可能主要應(yīng)用在戶外、商場(chǎng)等。至于野外，以前我們一直很想去西藏直播，有了低軌道衛(wèi)星后，這也能成為一種選擇。

虎牙的實(shí)踐主要是往兩個(gè)方向發(fā)力發(fā)展，實(shí)時(shí)內(nèi)容操作和直播互動(dòng)。我們認(rèn)為延時(shí)會(huì)慢慢降低，互動(dòng)能表現(xiàn)出不一樣的體驗(yàn)。所以我們投入到大家熟悉的云游戲，還有多人的互動(dòng)，甚至多人互動(dòng)游戲結(jié)合直播場(chǎng)景，還有虛實(shí)結(jié)合的互動(dòng)直播我們也一直在探索。

但在技術(shù)層上，我需要一張優(yōu)秀的端到端的網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證超低延時(shí)的互動(dòng)。除了Wi-Fi（但是它的空口仍有很多優(yōu)化的空間），運(yùn)營(yíng)商也會(huì)加大5G QoS開放的力度。我們也會(huì)依賴于5G QoS加上多接入（雙鏈路，Wi-Fi 5G同時(shí)接入）以及公網(wǎng)多路徑，加上類似于SDWAN的手段來(lái)構(gòu)建一張LDDN的網(wǎng)絡(luò)（低延時(shí)確定性網(wǎng)絡(luò)）。

5G低延時(shí)其他落地方向

拋開直播，拋開虎牙，我們來(lái)看一看5G低延時(shí)有沒(méi)有其他場(chǎng)景的落地方向。to B方面我非?？春密嚶穮f(xié)同的應(yīng)用，還有邊緣智能；比如視頻應(yīng)用，上傳視頻到邊緣，邊緣做完處理后做一些結(jié)構(gòu)化或抽取處理，做完后視頻就不會(huì)再被送到遠(yuǎn)在千里之外的云的中心機(jī)房。不管是對(duì)于計(jì)算還是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)，這都是一個(gè)比較好的資源卸載（offloading）。還有一些遠(yuǎn)程的控制和協(xié)作，工業(yè)上AR的應(yīng)用，舉個(gè)例子，我們可以坐在家里能指導(dǎo)歐洲的一個(gè)工人修車。當(dāng)然，還有包括自動(dòng)駕駛方面。

在to C上有一點(diǎn)要能抓住，就是要明晰5G和Wi-Fi的區(qū)別。Wi-Fi能夠做到的事情，沒(méi)有人愿意用5G。在國(guó)內(nèi)90%以上家庭是擁有寬帶的，這其中94%還是光纖，所以在中國(guó)應(yīng)該很少在室內(nèi)需要用5G做一些寬帶的接入。我們要關(guān)注哪些應(yīng)用與5G有親和性。也許未來(lái)，自動(dòng)駕駛進(jìn)入市場(chǎng)以后，無(wú)人駕駛了，那坐在車上可能需要一些娛樂(lè)，汽車只能通過(guò)無(wú)線連接，那就只能用5G。

但是5G低延時(shí)仍然存在不少問(wèn)題，整個(gè)國(guó)家的5G網(wǎng)絡(luò)是在輕載的，現(xiàn)在的延遲還是馬馬虎虎，等到重載之后延遲能維持在多少需要拭目以待。毫米波有自己的優(yōu)勢(shì)，但在國(guó)內(nèi)何時(shí)上線？另外我們更關(guān)注業(yè)務(wù)中端到端的低延時(shí)，這依賴于整個(gè)生態(tài)鏈的成熟，我在之前舉過(guò)例子，攝像頭的采集，如果一直存在2~3幀的延遲，那端到端的延時(shí)瓶頸就很難突破。還有操作系統(tǒng)本身，攝像頭的延時(shí)也和操作系統(tǒng)本身密不可分，比如安卓手機(jī)對(duì)于相機(jī)的設(shè)置，整個(gè)pipeline的深度決定了延時(shí)的高低。另外有一個(gè)例子，安卓11 Media Codec2.0對(duì)低延時(shí)解碼做了一些增強(qiáng)，后面類似的案例會(huì)出現(xiàn)的更多。另外，我們編寫應(yīng)用程序的時(shí)候是否為低延時(shí)做好了準(zhǔn)備，我和很多開發(fā)者交流，他們的音頻播放用的還是Java層的API，如果不用openSL ES或AAudio，java那層的音頻播放延遲在手機(jī)上會(huì)達(dá)到200毫秒，這樣前面在網(wǎng)絡(luò)層面的一切努力都是徒勞了。

對(duì)于技術(shù)挑戰(zhàn)來(lái)說(shuō)，前面RTC也提到過(guò)。對(duì)于虎牙來(lái)說(shuō)，我們想跟進(jìn)無(wú)線接入網(wǎng)的QoS，我們可能依賴于運(yùn)營(yíng)商給我們開放的QoS；同時(shí)，因?yàn)榭湛诘膬?yōu)化在整個(gè)鏈路的優(yōu)化上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們還會(huì)采用多接入（Wi-Fi 5G或Wi-Fi 4G雙鏈路）包括公網(wǎng)上多接入的路由，甚至是多徑的低相關(guān)的路由來(lái)保證我可靠性的傳輸。這時(shí)我構(gòu)建的不是電信級(jí)的確定性的網(wǎng)絡(luò)，我們只需要簡(jiǎn)配版的，足夠支撐我超低延時(shí)的就夠了。市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)層面上，運(yùn)營(yíng)商不停在宣傳5G，但是5G的費(fèi)用相比Wi-Fi沒(méi)有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，還存在著套餐流量不夠用的問(wèn)題；此外，未來(lái)一定會(huì)有延時(shí)差異化的產(chǎn)品（低延時(shí)和超低延時(shí)和一般延時(shí)），這涉及到QoS如何推廣的問(wèn)題。因此，運(yùn)營(yíng)商的策略對(duì)5G的發(fā)展影響很深。

總結(jié)

簡(jiǎn)單做個(gè)總結(jié)：5G的延時(shí)在理論上和工程數(shù)據(jù)上是有相當(dāng)?shù)牟罹嗟?，我們需要正視這個(gè)問(wèn)題；我們更多的不只是需要空口的超低延時(shí)，而是端到端的低延時(shí)；5G不是萬(wàn)能的，它更多的只是從空間維度擴(kuò)大了你的業(yè)務(wù)，把你之前無(wú)法做到的業(yè)務(wù)擴(kuò)展開來(lái)；從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，為了迎接我們的10毫秒級(jí)低延時(shí)時(shí)代，我們需要自建一條累加的低延時(shí)確定性網(wǎng)絡(luò)。

原文標(biāo)題：5G低延時(shí)的誤區(qū)和機(jī)會(huì)——從理論到工程落地的數(shù)據(jù)差異

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