5G Edge and Cloud Native Architectures
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1.3.5 端到端时延 (核心网-终端)
版权声明: 转载请注明出处 http://www.codingsoho.com/对于端到端时延 (核心网-终端), 传输距离影响非常大 (对照表见下图)。为了最大发挥空口1ms优势，我们希望基站到核心网时间控制在1ms以内，那么我们需要控制基站到核心网之间的距离控制在几十公里以内，方式我们叫做MEC (Mobile Edge Computing)。本质上就是把核心网的用户面下沉，把它放到离基站非常近的地方，甚至可以放到跟基站同一个机房，这样的话从基站到核心网的用户面之间的距离就会变得非常的短，这段时延会大大缩小。通过MEC，下沉核心网用户面，把核心网处理网管节点放到网络边缘，放到边缘与计算，由此降低时延。
有些地方也说端到端1ms时延，从大量文献总结看来，还是以空口1ms时延更为准确，并针对于不同的场景有不同的要求。在urLLC场景下，空口时延小于1ms (~0.5ms), 总时延小于1ms.
下图来自独立第三方网络测试机构Open Signal的测试结果。
时延最短的是LTE，为98ms，这几乎是5G的1ms时延的100倍。
这98ms是这么来的呢？
上图是一个网络拓扑，标识了各种传输时延。实际时延包括处理时延和传输时延。
通常，我们说LTE的用户面端到端时延为6.5～20.5ms，指的是从UE（手机）—>基站（eNodeB）—>网络回传（光缆线路）—>核心网（EPC）的单向时延（图中红色方框内部分）。
其中
- 手机处理时延：4ms
- 基站处理时延：4ms
- 核心网处理时延：1ms
- 基站到核心网的回传时延：1～15ms（视基站到核心网的物理距离而定）
另外，一些额外的资源调度也会产生时延，比如碰到网络环境差的时候就会发生重传HARQ，这个时延或再增加4-5ms（视重传次数而定）
注：
- LTE中，一个subframe长度为1ms，包含两个时隙。基站（eNodeB）的处理时延为4个subframe，即4ms。
- TTI（Transmit Time Interval），是LTE最小的调度时间间隔。LTE最小的解调单位是1ms的subframe（包含两个时隙），因此，一般认为最小TTI为1ms。
由上图可知，在不考虑HARQ重传等情况下，理论上，手机-基站单向传输时延可以到5ms。
但是，当我们说端到端时延时，指的是Ping端到端测试，这个时延是指UE（手机）发送数据包到互联网服务器的往返时延(RTT)。
我们在做Ping端到端测试时，数据包从手机—>基站—>网络回传（光缆线路）—>核心网—>光缆传输—>互联网服务器，然后再返回手机。
此时，LTE核心网到互联网服务器的物理距离将主要决定了网络时延。这是因为，互联网通过光缆连接，而我们要访问的互联网服务器分散在世界各地，物理距离较远。
以Open Signal的测试结果为例，假设LTE网络内部（手机-基站-核心网）的传输时延为30ms，那么，核心网到互联网服务器的物理距离传输就花费了68ms。
所以，对于未来5G的1ms端到端时延目标，我们不但要面对减少网络内部时延的挑战，还要克服光缆传输物理时延。
尽管我们可以通过减小TTI、帧和HARQ等时延来减少5G网络内部时延，可是，即使是我们将蜂窝网络内部时延减小到0，也很难满足1ms的需求。
光纤的传播速率为200公里/毫秒，即使5G网络内部时延为0，数据包在1ms内往返传输最大距离不过100公里。100公里，大概也就是一个地级市到另一个地级市的距离。
100公里，谈什么远程控制中心发指令？车联网的范围也只能局限在一个地市吧。
为了解决光缆传输的物理时延，未来的5G技术一定要将网络下沉和分裂、让用户就近访问等办法来解决物理时延。
对于5G来说，提升网速相对还容易解决，低时延（和高可靠性）可得花费大量工作。
1ms概念认识
人体
人体神经纤维的传导速度是多少？我们的躯体感觉系统分布于全身，信息从躯体感觉感受器传导到脊椎和脑干的轴突是身体感觉系统的第一级传入纤维（primary afferent axons）。
研究发现，当痛觉从指尖传导到脑干，也就是相当于痛觉传导距离1米左右，需要花费29到200ms（轴突直径位于Aδ）。这还不包括运动反馈和认知过程。
这只是信息传导到了脑干，而人体要作出反应，还需要一点时延，这个时延大概是几十毫秒。
当我们在玩一些交互游戏，比如第一人称射击类游戏时，研究指出，50ms的时延完全不影响游戏体验。通常，玩家与服务器之间存在100ms延迟时，并不会觉得游戏“卡顿”。
电影
电影胶片是以24fps的速度播放的。fps（Frame per Second），即每秒显示的帧数，画面更新率。这个24fps，大概是41.66ms，我们的眼睛完全感觉不到任何卡顿，非常流畅。
对于电视信号的音频/视频延迟（唇音同步），声音超前画面40ms到滞后画面60ms范围内，人们明显不会感觉声画不同步。
是的，人类在几十毫秒时延内是反应迟钝的。
你抱着笔记本电脑在外面做路测，一不小心电脑从你手上滑落，你迅速反应，接住将要落地的电脑。你也许正庆幸自己反应之神速，可是，我要告诉你，当你的电脑下落1米距离时，它已经花费了250毫秒。
那么，想象一下，这个只有1ms时延的5G网络多么恐怖？网络已经不再是那个网络，这是一个人类真正可以触觉的网络，一个比你身体反应速度还快的网络。
VR
VR的运动的光子延迟不超过20ms，我们就会感觉沉浸于现实世界。这是1ms的5G时延的20倍。
VR体验中，1ms比你生理反应速度还快，完全不用担心沉浸感。
车联网
我们谈5G时延，很多人都会想到车联网和无人驾驶，这涉及到了人们最关心的交通安全问题。
假设汽车的行驶速度为60公里/小时，60ms时延的制动制动距离为1米，10ms时延的制动距离为17厘米，而1毫秒的5G时延，制动距离仅为17毫米。
这是有多安全？
你家汽车的安全气囊，光是充气过程就需要20至30ms。
光纤传输时延
不同光纤的传输时延
| Core Size | Wavelength (nm) | Distance (Meters) | Delay (ms) |
|---|---|---|---|
| mm 50um | 1310 | 10km | 0.0490368963 |
| mm 50um | 1310 | 100km | 0.4903689625 |
| mm 50um | 1310 | 1000km | 4.9036896250 |
| mm 62.5um | 1310 | 10km | 0.0490353813 |
- http://www.timbercon.com/time-delay-of-light-in-fiber-calculator/
- http://www.m2optics.com/blog/bid/70587/Calculating-Optical-Fiber-Latency
3GPP定义的针对不同场景的时延要求
22261-f70 Service requirements for the 5G system;Stage 1
Table 7.2.2-1 Examples of performance requirements for low-latency and high-reliability scenarios.
