下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
2023年之后，超高清、三维（Three Dimensions,3D）和浸入式视频逐步流行，增强现实、云桌面、在线游戏等更趋完善，大量的个人和办公数据将会存储在云端，海量实时的数据交互可媲美光纤的传输速率，社交网络等“过顶传球”（Over The Top,OTT）（一般指通过互联网向用户提供各种应用服务，这种服务由电信运营商之外的第三方提供）业务将成为未来的主导应用之一。智能家居、智能电网、环境监测、智能农业、智能抄表等全面铺开，视频监控和移动医疗无处不在，车联网和工业控制驱动着新一轮工业革命的车轮。5G时代丰富多彩，5G网络就像人体遍布全身的神经网络，连接一切、感知一切，5G新业务、新应用在强大网络的支撑下会给人们带来更多的惊喜。5G网络的应用场景示例如图1—3所示。
图1—3 5G网络的应用场景示例
结合当前5G应用的实际情况和未来发展趋势，AR/VR、超高清视频、车联网、联网无人机、远程医疗、智慧电力、智能工厂、智能安防、人工智能（Artificial Intelligence, AI）和智慧园区成为5G网络的十大应用场景。
5G业务种类繁多，由于服务对象不同，5G的主要业务可分为移动互联网业务与移动物联网业务两大类。根据业务特点及对时延的敏感程度不同，移动互联网业务进一步划分为会话类业务、流类业务、交互类业务、传输类业务和消息类业务五大类；移动物联网业务可进一步划分为控制类业务和采集类业务两大类。
会话类业务是时延敏感的实时性业务，其业务特性为上下行业务量基本相等，会话类业务最关键的服务质量（Quality of Service,QoS）指标是传输时延，时延抖动也是影响会话类业务的重要指标，可允许出现一定的丢包率，一般会话类业务具有最高的QoS保障等级。会话类业务主要包括语音会话业务、视频会话业务、虚拟现实业务等。
流类业务即以流媒体方式进行的音频、视频播放等实时性业务。流媒体是指采用流式传输的媒体格式，在播放前并不下载整个文件，通过边下载、边缓存、边播放的方式使媒体数据正确地输出。流类业务对时延没有会话类业务敏感，时延抖动也是影响流类QoS的一项重要指标，允许出现一定的丢包率。
交互类业务是指终端用户和远程设备进行在线数据交互的业务。其特点是请求响应模式，传送的数据包内容必须透明传送。交互类业务的时延取决于人们对于等待时间的容忍度，其时延比会话类业务要长，比流类业务要短。交互类业务对时延抖动没有要求，可以有较低的误比特率，但是对丢包率的要求很高。交互类业务主要包括浏览类业务、位置类业务、交易类业务、搜索类业务、游戏类业务、云桌面业务、增强现实业务及虚拟现实业务等。
传输类业务是完成大数据包的上传及下载的业务，对传输时间无特殊要求，对时延和时延抖动要求较低，对丢包率的要求很高。传输类业务主要包括邮件类业务、上传下载文件类业务、云存储业务等。
消息类业务是完成小数据包的发送与接收的业务，对传输时间无特殊要求，对时延和时延抖动要求较低，对丢包率的要求很高。消息类业务主要包括短消息业务（Short Message Service,SMS）类、多媒体消息业务（Multimedia Messaging Service,MMS）类及OTT类业务。
移动物联网业务包括采集类业务和控制类业务两大类。
其中，采集类业务根据采集速率要求分为低速采集类业务与高速采集类业务两种。采集类业务对时延无特殊要求，低速采集类业务主要包括智能家居、智能农业、环境监测等；高速采集类业务主要包括高清视频监控等。
控制类业务根据时延要求分为时延敏感类业务和非时延敏感类业务两种。时延敏感类业务主要有智能交通、智能电网、工业控制等；非时延敏感类业务主要是智能路灯等。
从时延维度来看，以上分类可归纳为不同业务的时延敏感度。不同类型业务对时延敏感度示意如图1—4所示。
图1—4 不同类型业务对时延敏感度示意
由图1—4可知，同一类业务的不同应用在时延上产生了不同的要求，同一类业务的不同应用在速率要求上也不尽相同，使用这种分类方法不能很好地归纳5G网络性能的需求，因此，需要将5G业务分类细分到应用，并增加速率（带宽）的维度，5G新业务对时延与带宽的需求如图1—5所示。
图1—5 5G新业务对时延与带宽的需求
1.机器到机器（Machine to Machine,M2M）。
从移动通信业务发展的历程中可以总结出一个定律，一项业务要得到广泛的应用，必须充分满足用户需求，并为用户提供良好的使用体验。对于移动互联网而言，良好的使用体验就是时延。我们通过仔细分析可以发现，移动互联网时延实际上可以分为两种：一种是数据传输时延；另一种是达到人体无感知的时延要求。数据传输时延可以通过大带宽即超高传输速率解决，而人体无感知时延是几十毫秒甚至几毫秒级的，这需要在网络架构设计时予以满足。
图1—5清晰地显示了不同类型5G业务的各类应用在时延及带宽二维面上的分布，这只是一种概念展示，网络规划需要的是有具体技术指标的业务模型。接下来，我们详细地介绍5G典型业务，确定其时延与传输速率技术指标，并完成5G典型的业务模型。本书主要介绍的业务模型以移动互联网业务为主，暂不涉及移动物联网5G业务模型。
高清视频按分辨率可分为1080P高清、4K高清、8K高清以及8K（3D）高清。5G时代，高清视频播放会成为主流业务。事实上，高清视频除了视频播放业务，视频会话、AR/VR、实时视频分享等业务的本质也是高清视频传送，只是这些业务的时延需求不同。不同分辨率的高清视频的传输速率是该类业务的关键技术指标。
高清视频传输速率的计算如下。
高清视频传输速率需求计算见表1—1。
表1—1 高清视频传输速率需求计算
注：1.每秒传输帧数（Frame Per Second,FPS），一般写为fps。
1080P高清视频播放的下行体验速率应达到15Mbit/s,4K高清视频播放的下行体验速率应达到60Mbit/s,8K高清视频播放的下行体验速率应达到240Mbit/s,8K（3D）高清视频播放的下行体验速率应达到960Mbit/s。高清视频播放业务需要小于100ms的时延才能为用户提供良好的业务体验，我们建议时延为50～100ms。
视频会话从参与会话人数上可以分为两方视频会话与多方视频会话两大类。5G时代，高清视频会话业务有可能替代语音会话业务成为沟通交流的主流业务。
为了提供良好的视频会话体验，5G视频会话业务一般要求达到1080P高清视频的分辨率。根据1080P高清视频传送的速率要求，两方视频会话的上行体验速率应达到15Mbit/s，下行体验速率应达到15Mbit/s；三方视频会话时，上行一路，下行为两路，因此，上行体验速率应达到15Mbit/s，下行体验速率应达到30Mbit/s，多方视频会话的体验速率依此类推，视频会话业务的时延只有小于100ms，才能为用户提供良好的业务体验，我们建议时延为50～100ms。
增强现实是一种实时计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术。这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界应用在现实世界，并使用户可以实时互动。
增强现实属于时延敏感的交互类业务，为用户提供良好的视频会话体验，增强现实业务一般要求达到1080P或4K高清视频的分辨率，并且要求用户对时延无感知。根据1080P高清视频传输速率要求，增强现实业务（1080P）上行体验速率应达到15Mbit/s，下行体验速率应达到15Mbit/s；根据4K高清视频传输速率要求，增强现实业务（4K）上行体验速率应达到60Mbit/s，下行体验速率应达到60Mbit/s。人眼视神经的最快反应时间去除摄像头的图像采集和终端设备的投影处理时间，达到用户对图像时延无感知，网络需要保障的单向端到端时延大约小于10ms，我们建议时延为5～10ms。
虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它可以利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的仿真系统，使用户沉浸到该环境中。
虚拟现实是属于时延敏感的交互类/会话类业务，一般都是3D场景，因此，虚拟现实业务一般要求达到4K或8K（3D）高清视频的分辨率。根据4K高清视频传输速率要求，虚拟现实业务4K的下行体验速率应达到240Mbit/s。根据8K（3D）高清视频传输速率要求，虚拟现实业务8K（3D）的下行体验速率应达到960Mbit/s；交互类虚拟现实业务对上行体验速率暂无具体要求。虚拟现实业务需要小于100ms的时延才能为用户提供良好的业务体验，我们建议时延为50～100ms。
实时视频分享（视频直播）属于时延敏感的交互类/会话类业务，目前，实时视频分享在4G时代已成为最火爆的主流业务之一，5G时代，为用户提供清晰度更高、更流畅的体验是必然的要求，一般要求视频达到1080P或4K高清视频的分辨率。
根据1080P高清视频传输速率的要求，实时视频分享业务（1080P）的上行体验速率应达到15Mbit/s。根据4K高清视频传输速率要求，实时视频分享业务（4K）的上行体验速率应达到60Mbit/s；交互类实时视频分享业务对下行体验速率暂无具体要求。实时视频分享业务需要小于100ms的时延才能为用户提供良好的业务体验，我们建议时延为50～100ms。
云桌面可以把数据空间、管理服务以提供桌面化的方式发布给操作者，适合作为平板计算机、手机等手持化移动应用的网络操作系统，也可以将传统个人计算机升级为网络操作。基于数据空间的云桌面，主要通过虚拟化应用将云端资源发布给各操作终端，仍属于数据平台云操作系统。基于管理服务的云桌面，主要是通过面向服务的体系结构（Service Oriented Architecture,SOA）理念，将企业服务总线（Enterprise Service Bus,ESB）和企业业务总线（Enterprise Business Bus,EBB）的内容发布给各操作终端，属于业务平台云操作系统。
云桌面属于时延敏感的交互类业务，当前，主流计算机终端的屏幕分辨率为1080P高清，因此，云桌面可类比1080P高清视频传输速率要求，并考虑一定余量，云桌面业务的上行和下行的体验速率均应达到20Mbit/s。人眼视神经的最快反应时间去除输入输出（Input/Output,I/O）信息处理时延、操作系统处理时延及显示器处理时延，云桌面业务的时延要求为单向端到端小于10ms。
云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的一个新的概念，是一种新兴的网络存储技术。云存储是指通过集群应用、网络技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的系统。
云存储属于非时延敏感的传输类业务，云存储业务的传输速率可以媲美光纤传输，因此，云存储业务的上行体验速率应达到500Mbit/s，云存储业务的下行体验速率应达到1000Mbit/s。云存储等传输类业务一般没有特殊的时延要求。
通过上面的分析，我们已经对5G典型业务的特性及其技术指标的推导过程有了清晰的认识，将这些技术指标整理为一张表，即为5G典型业务模型。5G典型业务模型见表1—2。5G典型业务模型是从用户需求与用户体验出发，对5G网络性能提出的一个分类要求，将这些业务需求与场景结合即为5G场景业务模型。5G业务场景模型提供的各类场景下的流量密度、时延、体验速率等技术指标就是5G无线网络规划的输入数据之一。
表1—2 5G典型业务模型
