[논문 리뷰] Wireless Access to Ultimate Virtual Reality 360-Degree Video At Home

Huanle Zhang, Ahmed Elmokashfi외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 05.

Image and Video Quality Assessment참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 5G, IEEE 802.11ac 및 IEEE 802.11ad와 같은 기존 무선 기술이 가정에서 최고 수준의 VR 360 영상을 지원할 수 있는지 평가한다. 최고 수준의 VR 360 영상은 1.5 Gbps 다운링크 및 6.6 Gbps 업링크, RTT < 8.3 ms의 조건을 충족해야 하며, 이는 120 FPS를 제공한다. 연구 결과, 단일 사용자 시청은 오직 IEEE 802.11ac만이 지원하며, IEEE 802.11ad는 지연 시간 개선이 이루어질 경우 이를 지원할 수 있다. 그러나 라이브 방송이나 다중 사용자 환경은 어느 기술도 지원하지 못한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존 무선 기술이 가정용 최고 수준의 VR 360 영상에 필요한 극한의 네트워킹 요구사항을 충족할 수 있는지 평가하기.
• 초고해상도 VR 360 콘텐츠에 대한 무선 액세스에서 주요 성능 저하 요인인 대역폭 및 지연 시간을 규명하기.
• 5G, IEEE 802.11ac 및 IEEE 802.11ad가 최고 수준의 VR 360 영상의 시청 및 라이브 방송을 둘 다 지원할 수 있는지 평가하기.
• 다중 사용자, 저지연, 고대역폭 VR 경험을 가능하게 하기 위해 차세대 무선 기술의 긴급한 필요성을 부각하기.

제안 방법

• 표준 사양과 데이터 전송 속도 및 RTT의 실측 측정 값을 바탕으로 5G, IEEE 802.11ac 및 IEEE 802.11ad를 평가함.
• 근접한 장치 간 ping을 사용하여 실생활 조건에서의 지연 시간 성능을 측정함.
• 세 기술의 업링크 및 다운링크에 대해 이론적 및 실용적 전송 속도를 분석함.
• IEEE 802.11ad에서 빔포밍 및 안테나 추적 지연 시간이 높은 RTT의 주요 원인임을 평가함.
• 1.5 Gbps 다운링크, 6.6 Gbps 업링크 및 120 FPS에 대응하는 목표 요구사항과 성능를 비교함.
• 빔 추적 최적화와 같은 구현 개선 기술이 IEEE 802.11ad 성능 향상 잠재력을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G는 최고 수준의 VR 360 영상 시청 및 라이브 방송에 필요한 1.5 Gbps 다운링크 및 6.6 Gbps 업링크를 지원할 수 있는가?
• RQ2 IEEE 802.11ac는 가정에서 단일 사용자 시청과 최고 수준의 VR 360 영상 라이브 방송을 모두 지원할 수 있는가?
• RQ3 IEEE 802.11ad는 수용 가능한 지연 시간으로 단일 사용자 최고 수준의 VR 360 영상 시청을 지원할 수 있으며, 주요 지연 원인은 무엇인가?
• RQ4 기존의 무선 기술 중 어느 것이 다중 사용자가 동시에 최고 수준의 VR 360 콘텐츠에 액세스하는 것을 지원할 수 있는가?
• RQ5 차세대 무선 기술 개발이 필요한 주요 성능 격차는 무엇인가?

주요 결과

• 5G는 이론적 성능는 유망하지만, 사용자별 데이터 전송 속도가 부족하여 최고 수준의 VR 360 영상을 지원하지 못한다.
• IEEE 802.11ac는 측정된 RTT 2.3 ms와 클라이언트 측 전송 속도 3.5 Gbps로 단일 사용자 최고 수준의 VR 360 영상 시청을 지원한다.
• IEEE 802.11ac는 업링크 대역폭가 부족하여 라이브 방송을 지원하지 못한다 (필요 조건: 6.6 Gbps, 실현 불가).
• IEEE 802.11ad는 이론적으로 다운링크 6.8 Gbps 및 업링크 4.6 Gbps의 전송 속도를 제공하지만, 빔 추적 지연으로 인해 높은 RTT(62.7 ms)를 경험한다.
• 빔포밍 및 안테나 추적 기술의 구현 개선을 통해 IEEE 802.11ad는 단일 사용자 시청을 잠재적으로 지원할 수 있다.
• 기존의 무선 기술 중 어느 것도 다중 사용자가 동시에 최고 수준의 VR 360 콘텐츠에 액세스하는 것을 완전히 지원하지 못한다. 이는 업링크 대역폭 부족 및 지연 시간 제약 때문이기 때문이다.