赋能5G边缘计算,加速AR应用多场景孵化

白皮书 中国联通携手英特尔赋能5G边缘计算加速AR应用多场景孵化 执行概要 5G网络与移动边缘计算(MobileEdgeComputing，MEC)技术的日渐成熟，让面向产业一线的边缘侧成为众多行业开展智能化升级、探索业务创新的聚焦点。这其中，通过将虚拟感触与真实环境相衔接，利用实时通讯、协同工作等全新模式，帮助行业客户消除运营效率痛点的增强现实(AugmentedReality，以下简称AR)技术，正在制造、交通、医疗和教育等众多领域发挥越来越重要的作用。 目录 执行概要1 5GMEC技术推动AR应用持续发展2 5G+AR技术有效助力各行业应对痛点2 高速发展的AR应用对IT架构提出更高要求2 中国联通基于5GMEC边缘云推动AR应用3 基于5GMEC边缘云构建AR应用解决方案3 典型AR解决方案3 中国联通5GMEC边缘云4 解决方案提供的客户收益4 作为5GMEC技术的重要领航者，中国联通以其丰厚的技术积累，与英特尔及其它众多合作伙伴携手，基于中国联通5GMEC边缘云，打造和不断优化AR可视化远程协作指导产品，满足客户前后端协作工作对网络带宽、传输时延及音视频数据处理能力等的更高要求。 中国联通5GMEC边缘云是中国联通基于5G网络能力和边缘计算能力，构建在移动网络边缘基础设施之上的云平台，如图一所示，提供“云网边端业”一体化服务能力，即以5G专网为基座，通过灵活的云、边、端架构，联合合作伙伴共同打造“5G+应用”开放生态。 在AR应用的构建上，中国联通5GMEC边缘云能基于行业需求，针对客户应用场景、SaaS层配置以及业务所需实施定制，进而以丰富且低时延的边缘应用为垂直行业赋能。同时，中国联通还通过云平台“一点创新，全国复制”的特性，帮助合作伙伴和最终客户更快捷、更方便地部署、扩展和推广AR等边缘应用。 英特尔赋能5GMEC+AR创新与应用5 英特尔®至强®可扩展处理器5 英特尔®SG1服务器GPU5 英特尔®可扩展视频技术5 OpenNESS软件平台5 应用落地实践6 助力4S店构建高质量的服务监督和检修辅助工作流6 其他应用场景7 本地分流 资源协同 5G切片智慧运维智慧物联 业 网 弹性部署、云网专线 云 泛在互联 专属定制 端 终端能力云化 本地处理 边实时交互安全隔离 根据行业按需定制 云化应用 专网定制 公有云私有云混合云 应用下沉 应用协同 云端使能 构建优质的AR产业生态7 电信运营商7 合作伙伴7 最终客户8 英特尔产品与技术带来的收益8 未来展望8 图一采用“云网边端业“架构的中国联通5GMEC边缘云 本白皮书首先介绍了AR应用目前的发展趋势以及所面临的挑战，随后就中国联通基于5GMEC边缘云构建的AR应用解决方案展开描述，并阐述英特尔先进的软硬件产品与技术对方案构建的重要作用。此后，本文还分享了方案在4S店车辆辅助检修场景中的实践应用，并对基于5GMEC边缘云构建的AR应用为不同参与者带来的价值进行了简要分析。 以精密仪器的日常检修为例，在过去工程师需要携带厚厚的产品手册，逐一对纷繁复杂的零件进行核对，当遇到疑难问题时，如果电话求助不能解决，就需要拍照带回后进行进一步分析，既费时又费力。而借助AR可视化远程协作指导产品，比如AR头盔、AR眼镜等设备，如图二所示，系统不仅能自动在AR设备拍摄到的画面上叠加零件型号、规格以及检修说明等信息；在遇到疑难问题时，还可由后台 专家直接在画面上进行标注，帮助一线工程师迅速排除故障。 “基于5GMEC边缘云构建的AR解决方案，能有效避免复杂网络引发的性能问题。其在传输码率和网络时延上体现出的优势，使AR产品从‘可用’走向了‘好用’，并获得了最终客户的高度认可。英特尔一系列先进产品与技术的引入，不仅大幅提升5GMEC边缘云在音视频编解码、渲染等方面的处理 能力，也以良好的边缘管理能力为平台提供了更优的开发、部署敏捷性。” 网络BG网络能力创新中心中国联通广东省分公司 5GMEC技术推动AR应用持续发展 5G+AR技术有效助力各行业应对痛点 基于机器视觉、工业视觉的各类智能应用一直是人工智能(ArtificialIntelligence,AI)技术寻求产业落地，开展商用化应用的重要方向之一。借助物联网构建的视频监控系统与视觉AI应用正凭借以下三个方面的优势，在多个行业领域帮助客户实现更精准、快捷的生产控制、质量检测、流程调度等能力： •以更优的自动化能力帮助客户降低人力成本，提高生产效率； •以高精度的检测能力帮助客户提升产品质量，保持精度一致性； •以更安全的人机交互方式保障员工权益，避免生产性损伤。 而由5G网络带来的高带宽、低延时以及万物互联的特性，让视觉应用得以发挥更大的优势。这其中，AR作为一种将虚拟感触与真实环境相互叠加、无缝衔接的技术，可以通过智能眼镜、高清摄像头等硬件带来的高分辨率图像采集、播放功能，结合先进计算机视觉技术提供的智能识别、检测、通讯和交互能力，帮助制造、医疗、电力等行业中的一线人员轻松开展远程通讯或多人协作，并实时从专家团队或后台知识库中获得帮助，从而有效应对产品复杂度不断提升、熟练员工紧缺等行业痛点问题，助力提升工作效率。 图二借助AR技术进行故障排除 在其他应用场景中，AR技术也在扮演越来越重要的角色。例如在智慧医疗领域，AR设备可为远程会诊提供有效辅助手段；在电力行业，AR设备可以帮助巡检人员更易发现潜在的问题；在销售领域，AR设备也能为一线销售人员提供快速业务指导。 高速发展的AR应用对IT架构提出更高要求 AR技术在过去的数十年中一直被寄予厚望，并频繁出现在科技热点榜单中，尤其是随着5G商用，其落地应用已经开始蓬勃发展。一项数据表明，2020年全球AR市场规模已达280亿元，并将以每年66%的增速持续快速增长1。繁荣的市场前景在驱动AR高速发展的同时，也对IT架构和平台性能提出更高要求，包括： •个性化、精细化和实时化的应用场景，对编解码和渲染能力提出考验：随着工业制造、医疗健康等注重精细和实时性要求的场景对AR应用需求的不断增加，需要平台部署更有力的软硬件，来提供高强度的音视频编解码和渲染能力，从而避免出现抖动、扭曲和画面丢失问题。 •AR应用在成为业务效率倍增器的同时，也需要更强的实时AI算力：图像识别、边缘检测等计算机视觉AI算法正被引入AR应用中，成为巡检、检修等应用场景的效率倍增器，随之也对AR平台的算力提出了更高要求，需要实施AI加速优化，以避免使用时出现数据不同步、卡顿、超时等问题。 在传统“数据中心-终端”/“云中心-终端”部署模式下，AR应用的数据处理强烈依赖远端后台，这意味着大量的视频数据必须通过相对有限的网络带宽进行传输和交互。随着AR设备分辨率从720P、1080P逐渐向2K、4K高清过渡，以及更多的工作协 同数据被叠加到画面，带来了数据量的激增。这就导致远端后台需要并行接纳更多编解码、渲染工作负载，处理压力陡增；同时，更多的数据传输也带来更高的网络拥塞风险，而这些因素都对系统时延造成巨大影响，形成性能瓶颈。 要保证AR应用中的画面流畅，理想的系统交互时延需要控制在100毫秒以内2。要满足这一诉求，AR解决方案需要采用更为高效的通信网络架构，来保证数据处理的时效性。而依托于5G技术发展而逐渐成熟的MEC技术，无疑是应对以上挑战的最佳抓手。 中国联通基于5GMEC边缘云推动AR应用 5G商用在带来新一轮通信变革的同时，也驱动ICT的进一步融合，进而为“万物互联”转向“万物智联”创造契机。5G网络带来的高带宽、低时延特性，以及其对物联网设备的良好支持，使AR应用的海量视频数据传输获得有效保障。 而作为5G技术中的关键组成部分，MEC技术能通过在靠近应用的边缘侧构建高效的音视频编解码、渲染以及AI推理能力，帮助AR应用有效应对实时通信和协同工作时所需的“海量数据、超低时延”要求。 解放实时 双手通讯 赋能降本增 于人效 作为最早启动MEC平台规划和建设的电信运营商之一，中国联通以其5GMEC边缘云为基础，推出基于MEC技术的AR可视化远程协作指导产品。如图三所示，这一新产品秉承解放双手、实时通讯、赋能于人和降本增效的理念，运用全新的“云网边端业”架构来合理分配计算资源，消除带宽瓶颈并降低时延，有效提升AR应用的实时响应能力；并通过5GMEC边缘云“一点创新，全国复制”的特性，帮助合作伙伴与客户快速推广和落地基于AR产品衍生的各类创新应用。 解放双手实时通讯 赋能于人降本增效 图三基于中国联通5GMEC边缘云的AR可视化远程协作指导产品 为帮助这一产品获得更强的竞争力，英特尔作为中国联通的长期合作伙伴，为5GMEC边缘云提供了英特尔®至强®可扩展处理器、英特尔®SG1服务器GPU、英特尔®可扩展视频技术以及 OpenNESS等一系列先进的软硬件产品，使之在编解码、渲染以及AI等工作负载上获得更强处理能力，并帮助其构建统一、灵活的应用管理能力，进而为中国联通与各个合作伙伴以及最终客户在AR领域的探索实践提供了良好的基础。 基于5GMEC边缘云构建AR应用解决方案 典型AR解决方案 AR可视化远程协作指导产品的背后，是中国联通与合作伙伴一起，基于5GMEC边缘云共同推出的AR解决方案。方案采用“云网边端业”架构，如图四所示，配备AR智能眼镜等可视化远程协作指导产品(集成AR眼镜与AR终端控制设备/软件)的一线员工可以借助5G网络，连接部署在5GMEC边缘云中的后台系统；同时，供企业专家、管理者使用的远程指导客户端也可以通过有线或无线方式，经互联网接入5GMEC边缘云。 远端数据中心/云端系统 远程指导客户端 5GMEC边缘节点 渲染数据运营管理管理管理 有线/无线接入 互联网 5G网关 编解码、渲染、AI推理 中国联通5G核心网 AR可视化远程一线员工协作指导产品 音视频流 AR可视化远程一线员工协作指导产品 图四基于中国联通5GMEC边缘云的AR解决方案架构 基于这一模式，一线员工可以通过5G网络提供的高带宽能力，将AR可视化远程协作指导产品采集的音视频实时发送到5GMEC边缘云，并借助其中的边缘应用服务将画面同步到远程指导客户端，让后台专家、管理者可以清晰地看到一线操作及设备情况，并根据画面提供对应的指导意见。 另外，5GMEC边缘云会为接入的AR可视化远程协作指导产品分配所需的音视频编解码、渲染能力，并将叠加标注文字、图片的音视频经过编解码、渲染后发送给一线人员，进而实现前后端协作的闭环；同时，围绕音视频处理AI应用，如视频处理、图像分割等，也会将相应的推理负载部署于5GMEC边缘云中，并与音视频流合成后同步反馈到AR可视化远程协作指导产品。 由以上流程可以看到，新方案核心的编解码、渲染能力都被部署在更接近使用场景的边缘侧，而非传统的远程数据中心或云系统。远程数据中心或云系统仅需承载渲染管理、数据管理，以及运营管理 等管理类功能即可。这不仅缩短了数据处理与操作执行之间的传输距离，也能有效减轻大规模视频数据传输对于网络带宽的压力，规避了网络因素带来的传输瓶颈，从而大幅提升AR应用的实时性能。 中国联通5GMEC边缘云 作为中国联通5G发展中推动2B/2C高价值业务的重要产品，5GMEC边缘云以CT(通信技术)连接能力和IT(信息技术)计算能力为切入点，通过“云网边端业”一体化服务能力，为各类垂直行业客户提供真正具备价值的B/C端边缘应用和能力。 如图五所示，中国联通5GMEC边缘云由本地核心节点/边缘节点、区域中心/省会节点和全网中心节点三级架构组成。其中，全网中心节点中的MEAO(全局编排管理中心)等模块负责对边缘资源进行整体调度，并与政企平台、电商平台、智能监控等系统实施对接协同；区域中心/省会节点中主要部署有MEPM(边缘平台管理中心)模 解决方案提供的客户收益 随着基于中国联通5GMEC边缘云构建的AR应用在更多行业客户场景中获得部署与运行，这一新模式也获得了客户良好的反馈。如图