VR硬件技术的下下下一步——“MEC”

科技

2023-02-22 13:02

文/VR陀螺 Pancake

从 2014 年到 2022 年，VR 产业一路走来，坎坷不断。伴随底层供应链技术的进步、元宇宙热潮和资本大厂的推崇，VR 再次走进大众视野。

凭借着 VR 设备沉浸式的三维场景，多元化的同步交互能力，以扎克伯格为代表的众多支持者认为它将彻底改变我们与数字内容的互动方式。

然而，在 VR 头显真正成为主流之前，它还需要克服一些重大挑战。

在底层供应链，光学技术、定位算法不断完善的同时，基于终端的一体式 VR 头显的“延迟”——即跨距离发送和接收信号之间的时间延迟，是整个产业不得不面对的一道难题。

VR 头显中的“延迟”会导致用户在使用过程中，产生晕眩感（呕吐感），带来极端的用户体验。当然，产生晕眩还有其他光学显示等因素，本文仅以“延迟”作为讨论核心。

针对这一问题，移动边缘计算（Mobile Edge Computing，简称 MEC）正在成为解决信号距离传输“延迟”问题，减轻眩晕感的最优解。

本文将从移动边缘计算的定义、工作原理，衔接到具体在 VR 头显中可落地应用场景，试图解答移动边缘计算在 VR 中的重要性及前景。

图源：网络

什么是移动边缘计算？

移动边缘计算也可以被称为多接入边缘计算（MultiAccess Edge Computing，简称MEC），其定义和框架均来自欧洲电信标准协会 ETSI，其初创成员包括：惠普、沃达丰、华为、诺基亚、Intel 以及 Viavi 等。

ETSI 对 MEC 的定义为：

“在移动网边缘提供 IT 服务环境和云计算能力”，强调应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署，从而在一定程度上解决了 5G 增强移动宽带、低时延高可靠以及大规模机器通信类终端连接等场景的业务需求。随着 5G 技术的到来，移动边缘计算的应用将呈指数级增长。

因为移动边缘计算不仅可以应用于电信蜂窝网络中，还可以进一步延伸至其他无线接入网络（如 WiFi）中，所以移动边缘计算（Mobile Edge Computing）也被称为多接入边缘计算（MultiAccess Edge Computing），两者的英文缩写均为 MEC。

移动边缘计算可以看作一个运行在移动网络边缘的、运行特定任务的云服务器。它是移动基站演进和 IT 与电信网络融合自然发展所延展出的新技术，它跨网络分配计算资源，并通过将云计算带到网络边缘来扩展云计算的能力。

具体来看，它可以将应用程序主机从集中式数据中心移动到网络边缘，从而使流程更接近终端用户，计算服务更接近应用程序生成的数据。

今天的服务提供商处于理想的位置，可以提供从移动网络到企业应用程序最佳位置的智能流量路由，并拥有现场人员和网络效率、网络拓扑、设备管理等方面的专业知识。

网络服务提供商和其他人可以管理或托管边缘基础设施，在云原生网络运营和分布式云计算的过渡过程中，使服务提供商能够超越基于传统的连接模型。

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移动边缘计算如何工作？

移动边缘计算使“计算功能”更接近数据用户，以提高可扩展性，降低网络压力，并加快数据传输速率。边缘计算不是集中在数据中心，而是将计算资源分散到整个网络中。

由于移动边缘计算通过将这些资源转移到更靠近用户的物理位置，它还减少了主机网络的拥堵，降低了延迟，为运营商和企业开辟了新的 5G 业务。

移动边缘计算使运营商能够交付具备低延迟和高带宽的 5G 应用程序，并采用基于由虚拟化基础设施管理器 (VIM) 管理的虚拟网络功能的系统。

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移动边缘计算分系统级和主机级两个层次（如上图），其中 MEC 系统级包括 MEC 编排器、OSS（Operations Support System）、应用生命周期管理代理；主机级包含 MEC 主机和MEC 主机级管理器。

主机、平台管理器和编排器是移动边缘计算架构的三个主要组成部分，具体功能作用如下：

主机——多接入边缘计算应用程序、平台依赖项和相关服务都包含在多接入边缘计算主机中；

平台管理器——管理多接入边缘计算实例、应用程序、服务和其他方面的生命周期；

编排器——根据可用资源和所需服务的最佳性能，移动边缘计算协调器选择最佳主机进行实例化。

VR为何需要移动边缘计算？

由于 VR 头显是近眼显示设备，所以它不光对于自身光学屏幕和技术方案有较高的参数要求，对于优质的 3D 虚拟内容也提出了同样的高质量标准。

所谓优质的虚拟内容其最基本的需求则是精细化的画面内容，这使得不少 VR 内容在运行过程中需要更多的算力去实时渲染，更加快速的网络去积极响应，还需要占用更大的内存空间。

如由 V 社开发的知名 VR 游戏《半条命：Alyx》，它的本地内存预载占用达到了 67.3G，而且由于其高性能需求，所以只能用高配置的 PC 才能运行。

而 VR 的未来趋势是 VR 一体机，要摆脱 PC，需要全方位提升 VR一体机的性能、内存、续航等能力。然而，在现有技术和底层材料未有变革之前，大家都知道鱼与熊掌不可兼得。

要解决这个问题的核心，则需要将 VR 游戏应用进行云化+边缘化处理，在减少本地内存、性能占用的同时，进一步降低网络延迟，提升头显与网络响应效率。

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移动设备可以使用蜂窝网络/WiFi 网络中强大的远程集中式云计算和存储资源，通过移动运营商的增强包核心(EPC)网络和互联网获得。

在一体式 VR 头显运算能力和电池续航有限的情况下，为了满足体积日益庞大的 VR 应用程序的高效率图像渲染需求，移动边缘计算可以在 VR 头显附近为实时和资源密集型任务提供更高的计算能力，为用户带来更好的沉浸式体验。

具体来看，使用移动边缘计算，用户可以在边缘侧渲染 VR 图像，并通过高速的网络连接将内容输出到头显之上。

网络连接的强度会影响一体式 VR 头显的体验质量（QoE），由于 5G/B5 的支持、超可靠、低延迟通信（URLLC）功能和增强型移动宽带（eMBB）功能正在国内大面积普及中，这也大大增强了移动边缘计算在 VR 流媒体方面的应用性和可行性。

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实施移动边缘云延迟改进是 MEC-VR 背后的驱动力，MEC-VR 纠正了之前从远离最终用户的服务器传输速度较慢的数据。

在新的移动边缘计算范式下，网络资源和计算非常靠近最终用户，最终用户与私人 SA/NSA 站点共享空间。VR 服务器应用程序位于移动边缘计算附近，VR 应用程序接收路由到它的SA/NSA 数据包。

与位于其他遥远地区的云服务器相比，移动边缘计算与 SA/NSA 站点的同地办公具有明显的优势，例如通过 5G/SA 网络流式传输高达 8K 分辨率的实时内容，可以借助更快的速度，并节省更多带宽，优化网络资源分配。

移动边缘计算影响 VR 的案例：VR游戏、数字孪生......

基于移动边缘计算的高响应、低延迟、云边协同、按需部署和动态可扩展特性，移动边缘计算在 VR 头显的不同场景，会有不同的应用表现，整体优化依旧围绕解决“延迟”而生。

例如在 VR 游戏中，通过 MEC-VR 服务器将数据压缩到接近客户端，从而降低传统云端与客户端的网络数据延迟，提高响应速度。如果从云到端的同步延迟降低到 100 毫秒以下，那么 MEC-VR 就可以直接在需要复杂交互的大型 VR 游戏应用程序中运行了，实现高度流畅和精细化显示的云 VR 游戏。

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在数字孪生场景下，MEC 支持 3D 模型的数据处理和渲染，允许远程工作者访问数字孪生模型，并实时评估来自移动设备或 VR 头显中的视频或图像。2022 年 6 月份，英国汽车电池制造商 Hyperbat 使用 5G、VR 和边缘计算创新了工业设计流程，使相距约 70 英里的两个工程团队能够在线进行实时协作。

它还可应用于现场实时维修，VR 中的 MEC 可以通过在工人的头显显示器中覆盖与现场维修的资产相关的丰富信息，从而远程帮助工人完成现场维护和维修任务。

......

为什么我们需要移动边缘计算用于 VR？

VR 头显需要实现 20 毫秒或更低的网络延迟，才能解决使用 VR 头显带来的“晕动症”问题，结合目前 VR 头显的逐渐“变小”的产品形态趋势和 5G 高速网络的蓬勃发展现状来看，移动边缘计算在 VR 中的应用具有前瞻性。

目前阻碍移动边缘计算在VR中进一步落地的主要原因是当前 VR 头显市场还不足以承受这些基建成本。但可以肯定的是，基于移动边缘计算的 VR 将会是未来市场发展的一种新趋势。

调研机构 IDC 发布的《中国半年度边缘计算服务器市场（2022年上半年）跟踪报告》显示，2022 上半年，中国边缘计算服务器整体市场规模达到 16.8 亿美元，预计全年达到 42.7 亿美元，同比增长 25.6%。IDC 预计，2021-2026 年中国边缘计算服务器整体市场规模年复合增长率将达到 23.1%，高于全球的 22.2%。

图源：IDC

VR 头显本身的多交互技术和内容场景定位多样性要求它是一个资源密集型&带宽密集型的电子产品。伴随着边缘计算在各大领域的应用，消费市场对于 VR 体验需求的提升，未来，我们也将看到一个边缘计算在 VR 中落地的时代。

参考来源：

移动边缘计算对 VR 的影响：
https://www.xrtoday.com/virtual-reality/mobile-edge-computing-and-its-impact-on-vr/
5G时代的边缘计算：
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1716654882299237176&wfr=spider&for=pc
移动边缘计算（Mobile Edge Computing）MEC&5G：
https://blog.csdn.net/weixin_42464652/article/details/122239449
英国汽车电池制造商Hyperbat使用 5G、VR 和边缘计算创新工业设计流程：https://www.vrtuoluo.cn/531275.html

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