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中廣電設計研究院龐碩:如何構建廣電5G智算融合網絡?

2024-05-13科技

近日,在第30屆中國國際廣播電視資訊網絡展覽會(CCBN2024)開展期間,中國廣播電視網絡集團有限公司、國家廣播電視總局廣播電視科學研究院共同舉辦了「廣電5G峰會」,中廣電廣播電影電視設計研究院有限公司資訊網絡所(廣電5G研究中心)副所長龐碩會上分享了【加強系統設計研究,助力構建廣電5G智算融合網絡】為主題的發言。

自2021年6月,廣電5G開始進入大規模建設階段,而中廣電設計院便全面參與了廣電5G無線網、核心網、IP骨幹網、傳輸網、業務支撐系統、互聯互通、5G業務平台等一系列重要工程專案的設計和技術支撐工作。

另外,中廣電設計研究院也參與了構建5G新通話服務的相關設計,還參與了5G To B業務專網設計,並參與支撐廣電5G網絡向5G-A的演進。

在參與中國廣電等的上述工作過程中,中廣電設計院也註意到了中國廣電正由確定性需求向創新性需求轉變,因此,設計院也將自身的功能定位從最初的勘察設計、輔助合規性等方面,逐步向業主技術管理上的「大管家」發展,從工程專案全過程設計咨詢、進度和質素把控,到企業的發展規劃、科研創新,均需要全面的參與和支撐。

前瞻布局:廣電5G的未來如何演進?

廣電5G智算融合網絡是基於廣電5G網絡未來發展的一種展望,其網絡將集合人工智能、算力資源等,具有更強的接入適應力和移動相容性。在新政策環境和技術背景下,也在向智算融合網絡方向轉型,擺脫了管道化趨勢,以適應創新性需求,其也正是廣電5G網絡發揮後發優勢的時機。

智算融合增強了網絡自身的功能和特性,在時延等多方面增強確定性,進一步將5G確定性網絡變為現實。而5G確定性網絡早在2019年就已提出,可保障時延確定性、頻寬確定性、數據安全性、管理自主性,可以支持各類套用,特別是垂直行業中智能電網、工業互聯網、極致體驗XR等極高要求的場景,實作深度賦能幹行百業。

就廣電系統的眾多中長期發展規劃來看,像【超高畫質影片標準體系建設指南】、【5G高新影片系列標準體系(2021版)】等建立了高新影片標準體系,涉及到了高畫質影片、VR影片、沈漫式影片、互動影片、雲遊戲5大類標準體系。【智慧廣電技術體系及實施指南】則推動了智慧廣電網絡邁向新型網絡架構的建設,特別是涉及到了算力網絡。

因此,廣電5G的後續建設重點就要考慮算力基礎設施建設,面向未來電視的場景,以更好支持高新影片和各類智慧廣電業務的開展。

在政策層面,像廣電總局在2024年全國廣播電視工作會議就強調今年重點工作之一就是要加快5G一體化發展、加快建設新型廣電網絡。工信部則釋出了【關於開展訊號升格專項行動的通知】,要求在重點場所實作流動網絡深度覆蓋、卡頓、時延加快改善、網絡速率達標。 財政部與工信部還釋出了【關於開展制造業新型技術改道城市試點工作的通知】,要求加快5G、工業互聯網、人工智能等技術在工廠、科技園區的建設和套用。

透過以上政策則可以看出國家部門對廣電5G網絡建設的指導趨勢,依然是支持發展5G,使其成為新型廣電網絡重要組成部份,並且也要鼓勵5G ToB場景,如在工廠園區的套用等。

在標準層面,業界總體認為5G-A(5G-Advanced/5.5G)是5G標準的第二階段,是5G的升級版,是通訊技術從5G過渡到6G的橋梁。5G-A將從3GPP R18標準凍結的2024年開始,因此接下來5年將成為主流,其也將對高新影片所涉及的AR/VR/MR,也就是XR的業務場景等產生助推。

由於5G-A是現有5G的增強,具備速率提升10倍、時延降到毫秒級、連線密度更大、終端類別更豐富、能效增強綠色低碳等的特性,並且也增加了內生智能、無源物聯、通感一體等革命性技術。

因此,廣電5G網絡發展暢想方面,綜合了廣電規劃、政策激勵、業界標準,廣電5G網絡未來具備以下特點:

1)其將是高新影片的智慧分發網絡,也是能賦能幹行百業的算力網絡;

2)將是「有線+5G+無線+衛星」、固移協同、「連線+計算+感知」泛在智能的新型廣電網絡;

3)也將是空天地一體、通感一體、智算融合的網絡,可延伸5G能力邊界,是連線多類終端的統一網絡。

場景優先:廣電5G如何服務重點套用領域

沈浸視聽場景綜合了超高畫質影片、VR/AR/MR、互動影片等豐富的套用場景,實作了從「泛在幹兆」為標誌的體驗1.0,走向5G-A「下行萬兆+上行幹兆+確定性」為標誌的體驗2.0升級,使得XR業務開始普及。

為了滿足沈浸視聽的極致體驗,至少需要在邊緣計算、智能算力和豐富頻寬頻譜資源等方面繼續發力:

1)采用更高頻譜資源,相對於低頻(如700MHz),中高頻譜提可供更大頻寬、更高子載波間隔和更小時槽,利於大頻寬和低時延傳輸;

2)邊緣計算,可將XR伺服器部署在邊緣雲,減少MTP(motion to photon動作到影像)的時延;

3)智能算力,可提供影片渲染和密集計算處理;

4)服務和控制面及時互動,XR伺服器和5G網絡能將更頻繁的交流網絡狀態資訊和流量特征資訊等,使其達到媒體面QoS、時延、省電等方面的要求。

5G物聯網是重點套用場景,可面向垂直行業提供覆蓋廣、成本低、定位準的連線,助力千行百業實作數碼化、智能化轉型。根據工信部數據顯示,截至2023年8月末,套用於公共服務、車聯網、智慧零售、智慧家居的物聯網終端規模已分別達7億、4.4億、3.2億、2.4億戶。另根據IDC預測,2027年中國物聯網支出規模將趨近3000億美元,位居全球第一,占全球物聯網總投資規模的114左右。

5G-A也加速了RedCap演進,R17 RedCap在延續5G NR的關鍵特性的同時,其效能與成本介於NB-IoT與NR eMBB/URLLC之間,僅占用10MHz或20MHz頻寬資源便能支持下行速率100Mbps、上行速率50Mbps的套用,主要套用於工業物聯網傳感器、監控網絡攝影機、可穿戴器材等場景。

而R18版本可繼續簡化Redcap終端,縮減了業務頻寬、降低峰值速率,以進一步降低終端成本和復雜性,讓RedCap技術套用門檻更低,服務更多業務領域。此外,低成本物聯器材能收集大量數據,也需要引入AI提高處理效率,促使5G-A網絡算力與AI資源更緊密融合。

5G-A在對場景增強方面,如套用到智能電網和工業互聯網擴容有效降低成本,提升靈活性。由於這兩個場景的極高要求,需要5G引入人工智能,以及智算融合的網絡架構,可以更好保證網絡的確定性

5G網聯無人機也正在促進低空經濟發展,國家正大力推動低空產業經濟發展,無人機產業已呈現快速發展的態勢,2027年中國工業無人機行業市場規模將達到3138億元。

此前的3月27日,工業和資訊化部、科學技術部、財政部、中國民用航空局等四部門聯合印發了【通用航空裝備創新套用支施方案(2024-2030年)】(工信部聯重裝(2024〕52號),提出了要推動低空經濟發展,加快5G、衛星互聯網等融合套用。5G網絡在無人機的飛行監管領域將有廣闊套用,如能保障eVTOL、快遞物流、外賣等商業飛行,也有軌跡跟蹤、航路保護、低空安防等飛行監管方面的套用。

以上場景已體現出智算融合正促進技術革新,深度學習技術在影像辨識、語音辨識、自然語言處理等領域取得了巨大成功,人工智能套用已經滲透到各行各業。行動通訊逐步引入AI構建智算融合網絡,充分發揮AI能力,可對網絡自身和所承載業務帶來技術革新。

智算融合從AI融合的程度上劃分,可分為三個階段,即網絡和終端獨立、網絡和終端跨節點協同、網絡和終端全層次AI內生。AI在網絡和終端間跨節點協同,則是演進到6G AI內生網絡的必要階段。當前是承上後下的關鍵階段,主要任務是構建網端協同的智算融合網絡,

正視差距:如何提升廣電5G網絡效能

當前,廣電5G網絡建設現狀方面已取得了不錯的進展。

中國廣電已經與中國移動透過共建共享,建成700MHz 5G基站超60萬站,成為全球最大的700MHz網絡。中國廣電還自建了核心網、業務平台、支撐系統、網絡雲資源池兩大區、IT雲資源池兩個大區、31省使用者面等,實作與其他營運商互通,全面服務於ToC、ToB使用者。

至於三大營運商,其5G套餐使用者合計超13.7億,5G基站均超百萬,通用算力和智算算力也在持續增加。此外,三大營運商已經推出了5G超高畫質、5G雲VR/AR、5G雲遊戲、5G訊息、5G新通話等新業務。

其他方面,中國移動在3月底正選了5G-A商用部署,公布首批100個5G-A網絡商用城市名單,年內將擴充套件超過300個城市,並推出超20款5.5G終端。中國電信則在去年8月商用了天通衛星系統,透過華為Mate 60 Pro即可支持手機直連衛星通話功能,也在持續推動5G-A商用實施。中國聯通則也完成了5G-A規模組網示範,實作重點場景的連片覆蓋。

透過對比廣電5G與三家的產局還是很明顯的,因此龐碩也針對廣電5G網絡更新叠代提出了一些思考。

建議廣電5G網絡在總體技術體系規劃的指引下,合理使用政策激勵,同時也能攜手業界合作夥伴,不斷創新技術體系,持續向目標演進。基於廣電5G網絡現狀,朝規劃目標發展,可在以下五方面更新叠代。

1)挖掘更多頻寬資源

由於700MHz低頻段頻寬資源少,為滿足高速率的要求,需要挖掘例如4.9GHz等中頻頻譜頻寬資源,同時也要推動毫米波頻段的分配。

2)部署更多邊緣算力

高新影片極致體驗需要達到極低時延,因此要從當前主要部署在省中心的大區節點,向在區域、地市、乃至基站側增加算力部署轉變,提升網絡側對特殊場景的需求保障。

3)分步減小信令迂回

當前控制面集中,遠離控制面的地點會話時延相對較高。像XR等有高頻的控制面互動的業務,對會話建立時延要求高,需要在控制面進行均衡分布。

4)布局更多智能算力

XR擴充套件現實業務的即時渲染、影像預測,算力網絡的規劃、診斷最佳化、控制等自動化需要專用芯片進行Al訓練和推理,廣電網絡需要提前布局智能算力。

5)實驗更多創新案例

要緊盯空天地一體、通感一體、時延確定網絡等高新技術領域,要註意設計基於5G-A的方案,用於應急通訊、物聯網、無人機、工業互聯網等場景,並適當開展實驗網絡,積累行業套用案例。

在進入網絡更新叠代後,必然會發生兩方面的變化:

1)網絡能耗增加

在應對方法中,需要輔助中國廣電逐步構建「能源底座」的管理理念及「極簡、智能、綠色建設」的三層目標網絡,逐步走向「能耗孿生」管理階段。

2)營運商投資增加

在應對方法中,將支撐廣電5G網絡逐步向智慧營運發展。作為技術服務單位,將利用好人工智能和大數據等技術手段,特別是在規劃階段,做出更精準的價值評估。探索將新技術在工程建設各環節的套用,提升投資有效性。