5G切片技術在視頻會議實現中的應用

夏貴軍 吳桂琴

本文介紹了5G網絡切片技術的概念、端到端架構，基于NFV和SDN技術的網絡切片技術，描述了云視頻會議概念、實現云視頻會議的3種架構類型、云視頻會議的技術要素，以及云視頻會議與5G網絡切片技術的結合應用。最后對云視頻會議現狀進行了總結。

當前，全球經濟進入數字化轉型時期，5G網絡作為數字化社會的關鍵基礎設施，需要滿足高寬帶、大容量、超可靠性、低時延等場景的差異化服務需求。

網絡切片技術是5G網絡為不同應用場景提供差異化服務的重要使能技術。近來，全球疫情促使線上云服務需求得到了提升，云視頻會議成為了居家工作必不可少的工具。

從現階段來看，5G云視頻是最值得關注的主角，其很大程度上解決了距離和時間帶給人們的不便。如不同地點所帶來的人與人之間的距離感，時間差所帶來的信息滯后和認知偏差。5G云視頻的形式讓距離近在咫尺，時間只在分毫，且提高了內容的豐富性。此外，眾多實踐也證明了5G時代對視頻會議等遠程視頻通信具有極高的應用價值，隨著5G技術的成熟，各廠商推出的云視頻會議成為市場主流企業通信工具。

5G網絡切片

1.5G網絡切片的概念

在了解5G網絡切片之前，首先介紹一下什么是網絡切片。

實際上，網絡切片就是將一個物理網絡切割成多個虛擬的端到端的網絡，每個虛擬網絡之間，包括網絡內的設備、接入、傳輸和核心網，是邏輯獨立的，且各切片之間可相互絕緣。因此，當某一個切片中產生錯誤或故障時，并不會影響其他切片。

而5G切片，就是將5G網絡切出多張虛擬網絡，從而支持更多業務。網絡切片已成為中國移動，韓國KT、SK電信，日本KDDI 和NTT，以及愛立信、諾基亞、華為等設備商公認的最理想的5G網絡構架。

根據中國聯通5G網絡切片白皮書，5G網絡需要支持eMBB、uRLLC、mMTC三個新的應用場景，不同應用場景的用戶對5G網絡有不同的功能（如優先級、計費、策略控制、安全、移動性等）和性能（如時延、可靠性、速率、吞吐量、連接密度等）要求，甚至希望為其提供專門服務。

5G網絡切片是網絡服務模式的一種全新嘗試，是NFV技術應用于5G網絡的關健特征。利用NFV技術可將5G網絡物理基礎設施根據場景需求虛擬化為多個相互獨立的虛擬網絡切片，每個切片按照業務場景需求和話務模型進行網絡功能的定制裁剪和相應的網絡資源編排管理。一個網絡切片實例可以視為一個實例化的5G端到端網絡。在一個網絡切片內，運營商可以進一步對虛擬資源進行靈活分割，按需創建子網絡。

2.5G網絡切片的關鍵技術

5G網絡切片是一種端到端的技術，每個端到端的切片由無線網、核心網和承載網三類子切片組合而成，并通過端到端的切片管理系統實現網絡切片的全生命周期管理。

不同的網絡子切片有不同的實現機制和方法。端到端的5G網絡切片架構如圖1所示。

那么對于5G網絡而言，要想實現端到端的切片，到底應該怎么切呢？又該切什么？

網絡切片技術的核心是NFV和SDN，NFV負責各種網絡元件的虛擬化，SDN負責網絡本身的虛擬化。其中NFV可以從傳統網絡中分離出硬件和軟件部分，硬件由通用服務器統一管理，軟件則由不同的網絡功能（NF）承擔，從而實現靈活組裝業務的需求。網絡切片是基于邏輯的概念，是對資源進行的重組，重組是根據SLA（服務等級協議）為特定的通信服務類型選定所需要的虛擬機和物理資源。這里，SLA包括了用戶數、QoS、帶寬等多項參數，且不同的SLA將定義不同的通信服務類型。

云視頻會議

1.云視頻會議概念

視頻會議從20世紀70年代起，經歷了模擬電視會議階段、專用網數字電視會議階段，基于IP網絡視頻會議階段等多個發展階段。視頻會議已廣泛應用在政府、軍隊、交通、運輸、金融、運營商、教育、企業等各個領域。那什么是云視頻會議呢？

云視頻會議是基于云計算技術的一種高效、便捷、低成本的會議形式，使用者只需要通過互聯網，進行簡單易用的操作，便可快速高效地與全球各地團隊及客戶同步分享語音、數據文件及視頻。云視頻會議不僅以更低的成本、更好的使用體驗為企業提供更好的服務，也加強了易用性和統一性。云視頻會議可滿足內部、外部同時參會，利用其強大的性能還可以支持萬人以上的大型會議。

2.云視頻會議架構及技術要素

架構設計是云視頻會議系統中最核心的技術。目前云視頻會議架構在實現上有MCU資源池架構、IMS架構、云計算虛擬架構3種類型。

MCU資源架構是把分散在各地的專用MCU設備、流媒體轉發服務器設備，以及其他高性能服務器，通過資源抽象的形式虛擬成資源池，實現對全網資源統一的分配、管理、調度、監控。資源池對外統一提供會議端口資源，并可根據網絡條件有選擇地實現MCU間以服務器或辦卡為單位的資源負載均衡和本地/異地容災備份，視頻業務的使用者只需要通過網絡就近注冊接入到所轄的資源池即可享受到服務。系統架構如圖2所示。

IMS架構是指遵循IMS體系中信令傳輸、媒體協商、媒體控制的標準，通過IMS體系定義的會議服務器、MRFC、MRFP等核心網元，實現視頻會議的業務功能。由于以IMS為基礎的架構定義了完整的電信業務與多媒體服務，既支持語音、視頻、數據等多種形式的會議，又支持多種類型終端接入會議，還可與IMS共用運營平臺，充分體現出運營商通信網絡和業務的優勢。系統架構如圖3所示。

基于云計算虛擬機架構的云視頻會議系統是符合NIST（美國國家標準與技術研究院）對云計算服務形式定義的真正的云架構，該架構利用云計算中的虛擬化技術，將視頻系統業務邏輯、信令交互與媒體流處理等過程在云端實現，并支持公有云、私有云或混合云方式部署。一方面以SaaS形式為用戶提供流暢、低延時、高并發的實時音視頻通信服務，一方面以PaaS形式為用戶提供SDK/API調用的能力，為用戶自有系統集成和個性化定制開發提供靈活的服務。系統架構如圖4所示。

盡管云視頻會議系統需要解決的技術難點有很多，但其背后的核心仍是音視頻的實時通信，總結來講主要有三個方面技術要素。一是網絡傳輸技術，即如何適應復雜的網絡環境以提高自適應能力。這其實是基于云視頻會議系統自身的特點，不用專線，任何地方、任何網絡、任何設備都可以接入，但問題就在于網絡是不穩定的，如何在網絡丟包的影響下提升音視頻質量。二是音視頻處理算法，其包含兩個層面，對音頻的降噪等處理技術，以及對視頻的流暢和清晰度的保障。三是多端融合技術，無論是網頁、電話、APP的接入，還是監控視頻系統、VR/AR設備、無人機視頻等更為廣闊的應用場景的打通，也是不少服務商所關注的。

5G時代，云視頻會議大舉發力

4G改變生活，5G改變社會。4G網絡下由于帶寬不穩定，4K高清視頻播放常常遇到卡頓現象，嚴重影響用戶體驗。而利用5G高清視頻切片可以端到端地保障家庭互聯網業務的帶寬和時延，因此4K高清視頻的播放體驗非常流暢。

5G網絡切片技術可以在一張物理網絡上生成多個具備不同特性的邏輯網絡，分別滿足不同行業應用對網絡的個性化需求，其中高清視頻切片主要面向大帶寬的保障。除了高清視頻切片之外，還會有面向超大連接的智能港口切片、面向超低時延的智能電網切片、兼具可保障的低時延和大帶寬的車聯網切片等面向未來各種垂直行業的切片。

5G切片技術的基礎是全云化網絡和微服務架構。用戶可以根據自己的業務需求，自主選擇不同的服務，定制個性化的網絡切片，并迅速在云化的基礎設施上部署。

在4G轉向5G的過程中，信息傳遞看似形式從文字、圖片、視頻轉變為了云視頻。其中，云視頻會議擺脫了傳統視頻會議系統的硬件限制，由智能手機、筆記本電腦等代替傳統視頻會議終端作用，在5G技術的支撐下，移動設備的承載能力有望進一步提升，借助高速的網絡傳輸，將終端設備收集到的信息傳輸、儲存在云端，并由云端進行處理，讓移動終端更高效地做信息交互處理，弱化終端等硬件的性能限制，提升云視頻會議召開的便捷性。網絡環境不好會直接影響到視頻會議質量，5G技術的超高帶寬，在很大程度上提高了云視頻會議的穩定性。

云視頻會議可以結合5G面向視頻業務的解決方案，為移動客戶端用戶提供更優質的音視頻體驗。使用eMBB切片所提供的差異化服務，能夠滿足移動端4K超高清、低時延的視頻傳輸需求。使用邊緣計算技術，能夠將云計算框架體系進行系統性延伸，視頻分發、視頻轉碼服務可下沉至邊緣設備中，構建區域級小規模的云視頻業務，減少了業務數據路由，降低了云端計算的負載，增強了網絡的韌性。5G技術能夠從根本上為帶寬消耗時延敏感的視頻交互業務提供強有力的傳輸保障。

另外，網絡切片的優勢在于其能讓網絡運營商自己選擇每個切片所需的特性，例如低延遲、高吞吐量、連接密度、頻譜效率、流量容量和網絡效率，這些有助于提高創建產品和服務方面的效率，提升客戶體驗。不僅如此，運營商無需考慮網絡其余部分的影響就可進行切片更改和添加，既節省了時間又降低了成本支出，也就是說，網絡切片可以帶來更好的成本效益。

近年來，隨著各行各業對成本費用的控制以及對經營效益預期的不斷提高，視頻會議以其便捷、省時、省錢三大優勢，打破了地域限制，提高了溝通效率，目前而言，云視頻會議仍存在著卡頓、時延、網絡等問題，需要進一步優化，穩定的性能是工具類產品的基本要求，良好的用戶體驗是云視頻產品發揮其效用的升華，也是留存客戶的法寶。在保證產品基礎功能和用戶的前提下，5G云視頻會議讓更多的人參與到會議中，建立有效溝通、還原真實的溝通場景，有益于挖掘組織和企業共同的使命和價值觀，構建真實和統一價值觀的組織機構。未來視頻會議發展方向為更智能化、更清晰化、開融性更強、軟硬件結合程度更高、更云化。

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