中广电设计研究院庞硕:如何构建广电5G智算融合网络?

4月24日,在第30届中国国际广播电视信息网络展览会(CCBN2024)开展期间,中国广播电视网络集团有限公司、国家广播电视总局广播电视科学研究院共同举办了“广电5G峰会”,中广电广播电影电视设计研究院有限公司信息网络所(广电5G研究中心)副所长庞硕会上分享了《加强系统设计研究,助力构建广电5G智算融合网络》为主题的发言。

中广电设计研究院庞硕:如何构建广电5G智算融合网络?-DVBCN

自2021年6月,广电5G开始进入大规模建设阶段,而中广电设计院便全面参与了广电5G无线网、核心网、IP骨干网、传输网、业务支撑系统、互联互通、5G业务平台等一系列重要工程项目的设计和技术支撑工作。

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另外,中广电设计研究院也参与了构建5G新通话服务的相关设计,还参与了5G To B业务专网设计,并参与支撑广电5G网络向5G-A的演进。

在参与中国广电等的上述工作过程中,中广电设计院也注意到了中国广电正由确定性需求向创新性需求转变,因此,设计院也将自身的功能定位从最初的勘察设计、辅助合规性等方面,逐步向业主技术管理上的“大管家”发展,从工程项目全过程设计咨询、进度和质量把控,到企业的发展规划、科研创新,均需要全面的参与和支撑。

前瞻布局:广电5G的未来如何演进?

广电5G智算融合网络是基于广电5G网络未来发展的一种展望,其网络将集合人工智能、算力资源等,具有更强的接入适应性和移动兼容性。在新政策环境和技术背景下,也在向智算融合网络方向转型,摆脱了管道化趋势,以适应创新性需求,其也正是广电5G网络发挥后发优势的时机。

智算融合增强了网络自身的功能和特性,在时延等多方面增强确定性,进一步将5G确定性网络变为现实。而5G确定性网络早在2019年就已提出,可保障时延确定性、带宽确定性、数据安全性、管理自主性,可以支持各类应用,特别是垂直行业中智能电网、工业互联网、极致体验XR等极高要求的场景,实现深度赋能干行百业。

就广电系统的众多中长期发展规划来看,像《超高清视频标准体系建设指南》、《5G高新视频系列标准体系(2021版)》等建立了高新视频标准体系,涉及到了高清视频、VR视频、沉漫式视频、互动视频、云游戏5大类标准体系。《智慧广电技术体系及实施指南》则推动了智慧广电网络迈向新型网络架构的建设,特别是涉及到了算力网络

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因此,广电5G的后续建设重点就要考虑算力基础设施建设,面向未来电视的场景,以更好支持高新视频和各类智慧广电业务的开展

在政策层面,像广电总局在2024年全国广播电视工作会议就强调今年重点工作之一就是要加快5G一体化发展、加快建设新型广电网络。工信部则发布了《关于开展信号升格专项行动的通知》,要求在重点场所实现移动网络深度覆盖、卡顿、时延加快改善、网络速率达标。 财政部与工信部还发布了《关于开展制造业新型技术改道城市试点工作的通知》,要求加快5G、工业互联网、人工智能等技术在工厂、科技园区的建设和应用。

通过以上政策则可以看出国家部门对广电5G网络建设的指导趋势,依然是支持发展5G,使其成为新型广电网络重要组成部分,并且也要鼓励5G ToB场景,如在工厂园区的应用等。

在标准层面,业界总体认为5G-A(5G-Advanced/5.5G)是5G标准的第二阶段,是5G的升级版,是通信技术从5G过渡到6G的桥梁。5G-A将从3GPP R18标准冻结的2024年开始,因此接下来5年将成为主流,其也将对高新视频所涉及的AR/VR/MR,也就是XR的业务场景等产生助推。

由于5G-A是现有5G的增强,具备速率提升10倍、时延降到毫秒级、连接密度更大、终端类型更丰富、能效增强绿色低碳等的特性,并且也增加了内生智能、无源物联、通感一体等革命性技术。

因此,广电5G网络发展畅想方面,综合了广电规划、政策激励、业界标准,广电5G网络未来具备以下特点:

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1)其将是高新视频的智慧分发网络,也是能赋能干行百业的算力网络;

2)将是“有线+5G+无线+卫星”、固移协同、“连接+计算+感知”泛在智能的新型广电网络;

3)也将是空天地一体、通感一体、智算融合的网络,可扩展5G能力边界,是连接多类终端的统一网络。

场景优先:广电5G如何服务重点应用领域

沉浸视听场景综合了超高清视频、VR/AR/MR、互动视频等丰富的应用场景,实现了从“泛在干兆”为标志的体验1.0,走向5G-A“下行万兆+上行干兆+确定性”为标志的体验2.0升级,使得XR业务开始普及。

为了满足沉浸视听的极致体验,至少需要在边缘计算、智能算力和丰富带宽频谱资源等方面继续发力:

1)采用更高频谱资源,相对于低频(如700MHz),中高频谱提可供更大带宽、更高子载波间隔和更小时隙,利于大带宽和低时延传输;

2)边缘计算,可将XR服务器部署在边缘云,减少MTP(motion to photon动作到图像)的时延;

3)智能算力,可提供视频渲染和密集计算处理;

4)服务和控制面及时交互,XR服务器和5G网络能将更频繁的交流网络状态信息和流量特征信息等,使其达到媒体面QoS、时延、省电等方面的要求。

5G物联网是重点应用场景,可面向垂直行业提供覆盖广、成本低、定位准的连接,助力千行百业实现数字化、智能化转型。根据工信部数据显示,截至2023年8月末,应用于公共服务、车联网、智慧零售、智慧家居的物联网终端规模已分别达7亿、4.4亿、3.2亿、2.4亿户。另根据IDC预测,2027年中国物联网支出规模将趋近3000亿美元,位居全球第一,占全球物联网总投资规模的114左右。

5G-A也加速了RedCap演进,R17 RedCap在延续5G NR的关键特性的同时,其性能与成本介于NB-IoT与NR eMBB/URLLC之间,仅占用10MHz或20MHz带宽资源便能支持下行速率100Mbps、上行速率50Mbps的应用,主要应用于工业物联网传感器、监控摄像头、可穿戴设备等场景。

而R18版本可继续简化Redcap终端,缩减了业务带宽、降低峰值速率,以进一步降低终端成本和复杂性,让RedCap技术应用门槛更低,服务更多业务领域。此外,低成本物联设备能收集大量数据,也需要引入AI提高处理效率,促使5G-A网络算力与AI资源更紧密融合。

5G-A在对场景增强方面,如应用到智能电网和工业互联网扩容有效降低成本,提升灵活性。由于这两个场景的极高要求,需要5G引入人工智能,以及智算融合的网络架构,可以更好保证网络的确定性

5G网联无人机也正在促进低空经济发展,国家正大力推动低空产业经济发展,无人机产业已呈现快速发展的态势,2027年我国工业无人机行业市场规模将达到3138亿元。

此前的3月27日,工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局等四部门联合印发了《通用航空装备创新应用支施方案(2024-2030年)》(工信部联重装(2024〕52号),提出了要推动低空经济发展,加快5G、卫星互联网等融合应用。5G网络在无人机的飞行监管领域将有广阔应用,如能保障eVTOL、快递物流、外卖等商业飞行,也有轨迹跟踪、航路保护、低空安防等飞行监管方面的应用。

以上场景已体现出智算融合正促进技术革新,深度学习技术在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域取得了巨大成功,人工智能应用已经渗透到各行各业。移动通信逐步引入AI构建智算融合网络,充分发挥AI能力,可对网络自身和所承载业务带来技术革新。

智算融合从AI融合的程度上划分,可分为三个阶段,即网络和终端独立、网络和终端跨节点协同、网络和终端全层次AI内生。AI在网络和终端间跨节点协同,则是演进到6G AI内生网络的必要阶段。当前是承上后下的关键阶段,主要任务是构建网端协同的智算融合网络,

正视差距:如何提升广电5G网络效能

当前,广电5G网络建设现状方面已取得了不错的进展。

中国广电已经与中国移动通过共建共享,建成700MHz 5G基站超60万站,成为全球最大的700MHz网络。中国广电还自建了核心网、业务平台、支撑系统、网络云资源池两大区、IT云资源池两个大区、31省用户面等,实现与其他运营商互通,全面服务于ToC、ToB用户。

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至于三大运营商,其5G套餐用户合计超13.7亿,5G基站均超百万,通用算力和智算算力也在持续增加。此外,三大运营商已经推出了5G超高清、5G云VR/AR、5G云游戏、5G消息、5G新通话等新业务。

其他方面,中国移动在3月底首发了5G-A商用部署,公布首批100个5G-A网络商用城市名单,年内将扩展超过300个城市,并推出超20款5.5G终端。中国电信则在去年8月商用了天通卫星系统,通过华为Mate 60 Pro即可支持手机直连卫星通话功能,也在持续推动5G-A商用实施。中国联通则也完成了5G-A规模组网示范,实现重点场景的连片覆盖。

通过对比广电5G与三家的产局还是很明显的,因此庞硕也针对广电5G网络更新迭代提出了一些思考。

建议广电5G网络在总体技术体系规划的指引下,合理使用政策激励,同时也能携手业界合作伙伴,不断创新技术体系,持续向目标演进。基于广电5G网络现状,朝规划目标发展,可在以下五方面更新迭代。

1)挖掘更多带宽资源

由于700MHz低频段带宽资源少,为满足高速率的要求,需要挖掘例如4.9GHz等中频频谱带宽资源,同时也要推动毫米波频段的分配。

2)部署更多边缘算力

高新视频极致体验需要达到极低时延,因此要从当前主要部署在省中心的大区节点,向在区域、地市、乃至基站侧增加算力部署转变,提升网络侧对特殊场景的需求保障。

3)分步减小信令迂回

当前控制面集中,远离控制面的地点会话时延相对较高。像XR等有高频的控制面交互的业务,对会话建立时延要求高,需要在控制面进行均衡分布。

4)布局更多智能算力

XR扩展现实业务的实时渲染、图像预测,算力网络的规划、诊断优化、控制等自动化需要专用芯片进行Al训练和推理,广电网络需要提前布局智能算力。

5)实验更多创新案例

要紧盯空天地一体、通感一体、时延确定网络等高新技术领域,要注意设计基于5G-A的方案,用于应急通信、物联网、无人机、工业互联网等场景,并适当开展实验网络,积累行业应用案例。

在进入网络更新迭代后,必然会发生两方面的变化:

1)网络能耗增加

在应对方法中,需要辅助中国广电逐步构建“能源底座”的管理理念及“极简、智能、绿色建设”的三层目标网络,逐步走向“能耗孪生”管理阶段。

2)运营商投资增加

在应对方法中,将支撑广电5G网络逐步向智慧运营发展。作为技术服务单位,将利用好人工智能和大数据等技术手段,特别是在规划阶段,做出更精准的价值评估。探索将新技术在工程建设各环节的应用,提升投资有效性。

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