[論文レビュー] Wireless Access to Ultimate Virtual Reality 360-Degree Video At Home

Huanle Zhang, Ahmed Elmokashfi+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2018

Image and Video Quality Assessment参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、5G、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ad という現在の無線技術が、1.5 Gbpsのダウンリンクおよび6.6 Gbpsのアップリンク、RTT < 8.3 ms を満たすホームでの究極のVR 360動画をサポートできるかを評価している。結果として、単一ユーザーの視聴についてはIEEE 802.11acのみが対応可能であり、IEEE 802.11adは遅延改善が図られれば対応可能となる可能性があるが、ライブ配信や複数ユーザーの対応はいずれの技術でも達成できない。

ABSTRACT

Virtual reality 360-degree videos will become the first prosperous online VR application. VR 360 videos are data-hungry and latency-sensitive that pose unique challenges to the networking infrastructure. In this paper, we focus on the ultimate VR 360 that satisfies human eye fidelity. The ultimate VR 360 requires downlink 1.5 Gbps for viewing and uplink 6.6 Gbps for live broadcasting, with round-trip time of less than 8.3 ms. On the other hand, wireless access to VR 360 services is preferred over wire-line transmission because of the better user experience and the safety concern (e.g., tripping hazard). We explore in this paper whether the most advanced wireless technologies from both cellular communications and WiFi communications support the ultimate VR 360. Specifically, we consider 5G in cellular communications, IEEE 802.11ac (operating in 5GHz) and IEEE 802.11ad (operating in 60GHz) in WiFi communications. According to their performance specified in their standards and/or empirical measurements, we have the following findings: (1) Only 5G has the potential to support both the the ultimate VR 360 viewing and live broadcasting. However, it is difficult for 5G to support multiple users of the ultimate VR live broadcasting at home; (2) IEEE 802.11ac supports the ultimate VR 360 viewing but fails to support the ultimate VR 360 live broadcasting because it does not meet the data rate requirement of the ultimate VR 360 live broadcasting; (3) IEEE 802.11ad fails to support the ultimate VR 360, because its current implementation incurs very high latency. Our preliminary results indicate that more advanced wireless technologies are needed to fully support multiple ultimate VR 360 users at home.

研究の動機と目的

• 現在の無線技術が、家庭での究極のVR 360動画に求められる極めて高いネットワーク要件を満たせるかどうかを評価すること。
• 超高精細VR 360コンテンツへの無線アクセスにおける主な性能ボトルネック（データレートおよび遅延）を特定すること。
• 5G、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ad が、究極のVR 360動画の視聴およびライブ配信を両立してサポート可能かどうかを評価すること。
• 次世代無線技術の開発が、マルチユーザー、低遅延、高スループットのVR体験を実現するために急務であることを強調すること。

提案手法

• 標準仕様および実測によるデータレートとRTTの評価に基づき、5G、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ad を評価した。
• 近接したデバイス間でのpingを用いて、実環境下での遅延性能を測定した。
• 3つの技術におけるダウンリンクおよびアップリンクの理論的および実用的データレートを分析した。
• IEEE 802.11adにおけるビームフォーミングおよびアレイトラッキング遅延が、高RTTの主な要因であると特定した。
• 120 FPSを想定した目標要件（1.5 Gbpsダウンリンク、6.6 Gbpsアップリンク、RTT < 8.3 ms）と性能を比較した。
• ビームトラッキング最適化などの実装改善の可能性が、IEEE 802.11adの性能向上に寄与するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5Gは、究極のVR 360動画の視聴およびライブ配信に必要な1.5 Gbpsのダウンリンクおよび6.6 Gbpsのアップリンクを満たせるか？
• RQ2 IEEE 802.11acは、家庭での究極のVR 360動画の単一ユーザー視聴およびライブ配信を満たせるか？
• RQ3 IEEE 802.11adは、許容可能な遅延で単一ユーザーの究極のVR 360動画視聴をサポートできるか？その主な遅延要因は何か？
• RQ4 現在の無線技術のいずれかが、複数ユーザーが同時に究極のVR 360コンテンツにアクセスできるか？
• RQ5 次世代無線技術の開発を必要とする主な性能ギャップは何か？

主な発見

• 5Gは理論的性能に期待はできるものの、ユーザーのデータレートが不十分なため、究極のVR 360を満たせない。
• IEEE 802.11acは、測定されたRTTが2.3 ms、クライント側のデータレートが3.5 Gbpsであるため、単一ユーザーの究極のVR 360視聴をサポートできる。
• IEEE 802.11acは、アップリンクスループットが不十分（6.6 Gbps必要だが達成不可）であるため、ライブ配信をサポートできない。
• IEEE 802.11adは、理論的なダウンリンクおよびアップリンクレートがそれぞれ6.8 Gbpsおよび4.6 Gbpsであるが、ビームトラッキング遅延のためRTTが62.7 msに達する。
• ビームフォーミングおよびアレイトラッキングの実装改善（特に最適化）により、IEEE 802.11adは単一ユーザー視聴を潜在的にサポート可能となる。
• 現在の無線技術では、アップリンク容量および遅延制約のため、複数ユーザーが同時に究極のVR 360コンテンツにアクセスすることは完全には達成できない。