2020年5G VoNR 白皮书.pdf

5G VoNR+白皮书 （2020年） 中国移动研究院 2020年11月 （按姓氏首字母排序） 中国移动研究院：姜怡、金晨光、刘景磊、尼凌飞、宋月、吴滨、严砥、张昊、张剑寅、郑健平、周越 华为技术有限公司：王洪、张云华 中兴通讯股份有限公司：缪永生、孙新国 爱立信（中国）通信有限公司：苟春晖、唐婧茹 东信北邮信息技术有限公司：刘国辉、植东梧 东方通信股份有限公司：江勤松、李植良 牵头撰写单位：中国移动研究院、华为技术有限公司 联合撰写单位：中兴通讯股份有限公司、爱立信(中国)通信有限公司、东信北邮信息技术有限公司、东方通信股份有限公司 联合撰写单位及作者 CONTENTS 目录 1 驱动力和愿景 .01 2 5G VoNR+的应用场景 .02 5G VoNR+系统架构及关键技术 . 03 3.1 5G VoNR+系统总体架构 . 03 3.2 5G VoNR+实时通信基础层 . 03 3.3 5G VoNR+实时通信能力层 . 03 3.4 5G VoNR+实时通信使能层 . 04 3.5 5G VoNR+统一媒体管理 . 04 3.6 5G VoNR+关键技术：交互式数据通道 . 05 3 5G VoNR+终端要求.06 4 推进倡议 .07 5 缩略语列表 .08 01 0 1 驱动力和愿景 5G时代，实时通信仍是不可或缺的基本业务能力。随着 5G网络逐步实现连续覆盖以及3GPP 5G VoNR标准的逐 步成熟，基于5G VoNR超高清多媒体通信能力的全媒体 增值服务 5G VoNR+将进一步提升4G VoLTE业务 体验，丰富业务内涵。5G VoNR+是指在5G VoNR多媒 体实时通信的基础上搭载新的数据传输通道，为用户提供 除高清音视频之外的更丰富的实时交互服务，并建立以多 媒体实时通信能力平台为中心，统一开放的网络架构，在 兼容现有业务的基础上实现创新业务的敏捷开发和快速部 署。3GPP目前已完成5G网络IMS Data Channel实时交 互通道相关技术标准，于2020年3月写入并发布了TS 26.114 V16.5.0版本，实现了5G VoNR业务能力的增强， 这些业务能力将进一步对人与人之间的通信进行感官延 伸，并开启人与人、人与物、物与物之间全新的多媒体实 时通信时代。 为加快VoNR业务的端到端商用进程，基于VoNR催生更 多的5G高质量实时通信类增值服务，赋能千行百业，中 国移动研究院发布5G VoNR+白皮书，以此呼吁产业 链各方共同推动产业成熟，丰富5G VoNR+创新网络生态。 5G VoNR+白皮书 驱动力和愿景 02 0 2 5G VoNR+的应用场景 5G VoNR+实时音视频业务和通信技术的发展与运营商网络架构的演进互为依托，相互促进，逐渐呈现出高清化、交互式、 沉浸式及开放性趋势。 5G VoNR+极大拓展了传统实时音视频通信的内涵。在业务能力上，打破了传统音视频媒体流限制，升级成名副其实的多 媒体通信；在用户体验上，打破了听觉和视觉一维、二维的限制，增加触觉等交互式和三维沉浸式的新体验；在沟通范围上， 打破了原有人与人的限制，拓展到人与物、物与物之间的沟通。业务能力的多样性、用户体验的多样性、沟通范围的多样性， 要求实时音视频网络具备全新的能力。端到端QoS保障已经不仅仅是语音、视频两种特定的QoS策略和执行，还要针对 不同数据业务类型，进行定制化的QoS策略控制，支持根据协商媒体QoS属性。同时，由于增加了新的接入方式和新的 数据交互，需要针对整个通信流程提供端到端的安全机制，包括接入安全、传输安全、信令安全以及网络设备等安全措施 保障5G VoNR+业务。 高清 视频通话 垂直行业 交互式通信 行业应用 接入 5G网络将提供更大的带宽和更低的比特成本， 使得更高清晰度（720P/1080P/2K/4K.）、承 载更多信息的视频通话成为可能。典型应用场 景包括高清亲情通话、高清可视门禁、高清视 频客服及高清视频报警等。 通过引入实时交互通道，面向垂直行业在高清 实时多媒体通话过程中增加行业特色交互式应 用。典型应用场景如，医生可以远程控制戴在 护士手上的触觉手套对救护车里的病人进行超 声诊断，获取超声图像，做出决策。 5G网络提供了更高的带宽、更多的连接数及更 低的时延，同时也提供了更开放的网络。网络 的演进给2B行业带来新的发展机遇，使能更丰 富的行业应用场景。典型应用场景包括打车应 用、企业园区通信及互动远程教育。 随着移动终端智能化和大屏化，用户实时通信的 诉求不再局限于通话双方声音和影像的交流。触、 摸、拖、拽等操作的互动，针对同一事务共同协 作，这些更加复杂交互需求逐渐涌现出来，让话 音业务有了新的生命和活力。典型应用场景包括 个性化新呼叫、多方协作、可视菜单及企业名片。 XR技术的不断发展和产业成熟将催生沉浸式音 视频业务体验。在AR游戏、VR视频直播点播、 360度视频直播点播等应用后，在实时音视频 场景，AR已经率先在2C/2B领域开始了商用。 典型应用场景包括AR社交、远程购物协助及 AR远程维修。 个人交互式 多媒体通话 沉浸式 通话 5G VoNR+白皮书 5G VoNR+的应用场景 03 0 3 5G VoNR+系统架构及关键技术 3.1 5G VoNR+系统总体架构 5G VoNR+系统架构（图1）以音视频实时通信基础层作 为基础进行搭建，通过实时通信能力层进行原子能力扩展 和提炼，并最终经过实时通信使能层对接运营商自有创新 业务、第三方应用、Web应用及2B行业应用等。实时通 信能力层作为实时通信“能力智库”的核心，负责提供丰 富的、可共享的业务原子服务能力，并通过API向使能层 提供；实时通信使能层以动态编排的能力框架对外支撑千 行百业的多样化诉求，支撑行业更高效的进行业务探索和 创新，构建企业的核心差异化竞争力。 5G VoNR+白皮书 5G VoNR+系统架构及关键技术 3.2 5G VoNR+实时通信基础层 5G VoNR+实时通信基础层可以基于基础音视频能力网元 构建，可提供传统音视频呼叫路由、呼叫控制、媒体控制 及协议适配等能力。实时通信基础层通过Restful接口向 能力层提供原子API，简化网络拓扑，提升网络灵活度。 3.3 5G VoNR+实时通信能力层 5G VoNR+实时通信能力层作为实时通信的业务中台，在 基础音视频之外，通过IMS数据通道提供实时交互、实 时共享及远程控制能力。拓展实时通信到实时交互，用户 感官体验从“听/看”延伸到“触摸”及对远端的操作； 对实时通信通话前、通话中信息内容，可操作性进行全方 位升级。实时通信能力层作为5G话音的新生态引擎，通 过对基础音视频和实时交互能力进行提炼抽象，北向通过 Restful API接口开放给使能层。 自有创新应用 实时通信使能层 统 一 媒 体 管 理 实时通信能力层 实时通信基础层 第三方应用Web应用行业应用. 实时音视频能力 呼叫控制 实时交互 事件通知 实时共享 媒体控制 远程控制 协议适配 . . 图1 5G VoNR+系统架构示意图 04 3.4 5G VoNR+实时通信使能层 5G VoNR+实时通信使能层通过开放业务能力，实现运营 商网络价值最大化，需要引入更多行业伙伴，具备更灵活 的应用使能。提供可编程的管理平台，通过编排引擎、场 景化引擎、资源管理等能力实现即插即用，动态加载能力， 快速构建生态，支持更多垂直行业可使用运营商音视频能 力使能人与物。同时，作为业务应用的统一管理门户，向 上支撑多用应用形态，如，运营商创新应用、多种第三方 应用及行业应用，并支持应用的接入、管理、维护及应用 安全。 5G VoNR+白皮书 5G VoNR+系统架构及关键技术 3.5 5G VoNR+统一媒体管理 5G时代，AR/VR通信等新媒体业务带来了更高的带宽、更 灵活的媒体编解码处理能力、更短的媒体连接路径诉求。业 界近年来流行的RTC架构也都提供了编解码算法、就近接 入、路由选择等媒体面的优化处理。面向5G，需要优化现 有媒体面技术，提供统一媒体管理能力。除支持传统音视频、 放音、会议等媒体能力之外，还支持基于IMS数据通道来 传递业务逻辑数据、操作指令、肢体数据等(如XR通信)， 并具备对多种媒体进行合成、渲染能力。统一媒体面应支 持可编排的媒体处理能力，动态加载新增的媒体能力库和 媒体资源库，以动态拔插的方式支持新业务快速上线。 05 为了实现上述业务场景，需引入新型交互式数据通道。实 时交互式通话应用对网络带宽、时延、可靠性及服务质量 等要求很高，需要确定性保障承载的支持。3GPP、GSMA 标准组织已对交互式数据通道技术展开研究。 3.6 5G VoNR+关键技术：交互式数据通道 GSMA在RCS中提出了 Enriched Calling，在通话中引入 增强能力。Enriched Calling技术可应用于VoLTE/VoNR 通话中，满足数据实时交互的一些应用场景, 如通话前文 本、图片、位置等信息的传输，通话中文件共享和共享屏 幕标记等。 3GPP也制定了IMS数据通道标准，其基于VoLTE/VoNR 高清音视频通话，与WebRTC技术结合，通过扩展提供数 据通道IMS Data Channel，让语音和视频通话与扩展的 数据通道同步，从而能在高清视频通话中实现屏幕共享， 叠加AR，甚至是听觉、视觉、触觉、动觉等同步的全沉 浸式体验。IMS Data Channel基于UDP提供高实时性的 单流或多流数据交互通道，可以在通话过程中同时进行桌 面共享、白板共享及发送文件等操作。IMS Data Channel 可灵活支持可靠传输模式、部分可靠传输模式及不可靠 传输模式等多种数据通道，兼顾各种应用对底层通道的 多样化诉求。IMS Data Channel不关注所传递通道中内 容及其格式，仅需要通信双方对于通信格式达成一致， 可采用Webpage+JavaScript脚本通用方式通过IMS Data Channel传递多样化应用内容，支撑新业务快速创新、快 速部署、快速上线。基于扩展的数据通道，可以一边与家 人朋友视频聊天，一边共同玩同一款游戏、观看一样的视 频或分享一段美妙的音乐，也可以叠加AR应用于行业远 程维修场景，还可以同步声音、视频、触觉和动觉来实现 如远程医疗等实时交互式应用。 5G VoNR+白皮书 5G VoNR+系统架构及关键技术 06 支持IMS Data Channel的终端应满足本节要求。 为满足用户5G VoNR+业务需求，终端需升级 音视频通信协议栈来支持IMS Data Channel 通道的建立和协商，通过内置原生系统服务 实现叠加于音视频之上的数据通道的连接和管 理。基于Web技术及JavaScript脚本可以实 现应用及网络自定义的灵活界面显示，减少对 端侧繁琐的定制诉求；同时，终端应支持将 IMS Data Channel向应用层开放调用接口， 使能IMS Data Channel作为新的行业应用入 口，壮大基于运营商音视频的行业应用生态。 5G VoNR+终端功能（图2）要求包括： 5G VoNR+终端应支持3GPP TS26.114 DCMTSI客户端能力，通过SDP协商机制 建立数据通道。 5G VoNR+终端应支持Web引擎实时处 理数据通道的业务数据并实时在用户UI 呈现。 5G VoNR+终端应支持根据交互式业务的 可靠性要求，协商业务带宽、时延及丢包 率等QoS指标。 0 4 5G VoNR+终端要求 图2 3GPP定义的DCMTSI终端功能 5G VoNR+白皮书 5G VoNR+终端要求 Speaker Display Sync hr onization Audio decoder Video decoder Text Audio encoder Video encoder Text Ac tivation 3GPP L2 Microphone Camera Keyboard Session setup and control User interface Data channel Web page Script Data channel Packet-based networ k inter fac e 07 0 5 推进倡议 随着5G网络的快速部署，面向实时通话及全媒体领域带来的新业务、新技术、新架构，对运营商提出了更高要求。通过 本次白皮书发布，我们将从技术标准、终端及网络能力等领域全方位推动产业成熟，并呼吁合作伙伴加入进来，共同营造 5G VoNR+新生态，为人与人、人与物、物与物提供更高清的实时和沉浸式音视频交互体验。希望和业界通力合作，共同 打造开放、敏捷、灵活的5G VoNR+新型实时通信网络。在此，我们倡议： 5G VoNR+白皮书 推进倡议 技术标准层面 中国移动倡议持续在3GPP、GSMA及IETF等标准化组织推进XR通信、 IMS Data Channel场景需求及技术的成熟，在3GPP和IETF继续明 确IMS Data Channel交互流程，在CCSA等标准组织推动终端原生， 通过标准制定推进5G VoNR+网络架构成熟。 产业推进层面 中国移动将持续进行终端、网络、应用等方向相关研究及验证，并 联合行业伙伴达成产业共识。中国移动计划成立联合实验室，以推 动试点快速落地，推出更多创新产品，与业界共创共赢。 终端层面 中国移动将持续推动终端原生，借助IMS Data Channel等新技术带 来的灵活性，基于5G VoNR+新型多媒体实时通信能力催生更多应用。 08 0 6 缩略语列表 5G VoNR+白皮书 缩略语列表 缩略语英文全名中文解释 3GPP 3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴计划 GSMA Groupe Speciale Mobile Association全球移动通信系统协会 CCSA China Communications Standards Association中国通信标准化协会 IETF The Internet Engineering Task Force国际互联网工程任务组 AR Augmented Reality增强现实 DCMTSI A data channel capable MTSI client支持Data Channel的IMS多媒体终端 MEC Multi-access Edge Computing边缘计算 MTSI Multimedia Telephony Service for IMS IMS多媒体电话业务 QoS Quality of Service业务质量 VoLTE Voice over Long-Term Evolution长期演进语音承载 WebRTC Web Real-Time Communication基于Web的实时通信 SA Stand Alone 5G独立组网 VoNR Voice over New Radio基于NR的语音通话 XR Extended Reality扩展现实 参考文献 1 3GPP TS 26.114. “IP Multimedia Subsystem (IMS); Multimedia Telephony; Media handling and interaction”, 2020. 2 3GPP TR 26.928. “Extended Reality (XR) in 5G”, 2020. 3 3GPP TR 26.919. “Study on media handling aspects of conversational services in 5G systems”, 2019. 5G