現在我們都已熟悉5G所承諾達到的資料速率,峰值超過10Gbps。這通常被稱為增強型行動寬頻(enhanced mobile broadband,eMBB),而且包含常見的網際網路服務如電子郵件、上網瀏覽和視訊串流等。但是5G還遠不止這些,有線網路也必須做出調整,以因應日益增加的流量和低延遲需求。

5G包括大規模機器型通訊(massive machine type communication,mMTC);這類服務專注於遠端感測裝置的有限頻寬接取,例如天然氣、供水和供電儀錶等等。還有一種服務叫超可靠低延遲通訊(ultra reliable low latency communication,URLLC);URLLC可以提供對低延遲要求極高的新服務,比如遠端手術、自動駕駛、工廠自動化和各種各樣的觸覺應用。URLLC將會顛覆網路邊緣,改變我們所熟悉的網際網路服務基礎網路拓撲結構。

要瞭解網路拓撲將如何變化,就需要瞭解現今的網際網路服務的網路拓撲結構。為了更清楚說明,圖1是美國網際網路服務供應商(ISP)提供的高階網路示意圖。

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圖1:Comcast網際網路服務覆蓋區域的高階示意圖(來源:Comcast)

當我們透過網際網路觀看電影或收發電子郵件時,所接受的流量將被傳送到某個ISP,其處於某個被稱為網際網路交換中心(IXP)的特定交換節點處。這些節點在圖1的Comcast地圖中是以白色鑽石來標記,並提供了城市名稱。資料透過網路層次結構進行路由,一直到達家庭或企業;對於上傳的資料,則沿反方向路由,直到資料從IXP發送到目的地。

這種透過ISP網路傳輸資料的方式一直是網路中立性爭論的焦點;美國現已廢除了網路中立性法規要求,無論是什麼內容、來源或應用,ISP都要對流經其網路的流量一視同仁。這些法規不適用於連接至IXP的網際網路網路,例如Netflix或Apple TV等供應商,或者在ISP之間提供長距離網際網路資料傳輸的Cogent或Level 3等一級網際網路提供商的專屬內容傳遞網路(content delivery networks,CDN)。本文無意涉及與美國網路中立性法規相關的討論,只是為了說明ISP的標準模式是如此根深蒂固,深入至「最後一哩」資料交付。這種模式現在面臨被顛覆的危險——5G URLLC和類似的有線服務可提供更好的低延遲服務。

低延遲vs.高頻寬

在評估視訊串流等高頻寬服務的網路服務時,我們通常會想到用Mbps或Gbps來衡量網路速度,這是測量頻寬的有用參數。視訊現已佔據全球所有下載網際網路流量的大部分。在高峰時段,Netflix和YouTube加起來可能佔據美國所有網路流量的一半以上。從某種意義上說,每天晚上美國的網際網路都變成了覆蓋全國的有線電視系統;這一事實促使ISP建立專為視訊流應用最佳化的網路。

在這些應用中,內容傳遞延遲不是那麼重要;這些應用對整個網路的總延遲非常不敏感,只要它們可以緩衝端點附近的資料、並且通道的總頻寬足夠就可以。一般來說,很少有人關心他們在Apple TV上下載的電影是否會有一、兩秒的延遲播放。其他服務也是如此,例如電子郵件、檔案傳輸或資料備份等。

然而,有許多新的服務對延遲十分敏感。研究表明,對於觸覺回饋應用──例如演奏樂器或進行遠端手術──的使用者來說,延遲需要減至約1毫秒,才能感覺是同步。對某些某些控制迴路需要嚴格計時的工廠自動化應用來說也是如此,幾種應用的大致延遲時間如圖2所示。

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圖2:幾種延遲敏感型應用的端對端延遲和可靠性要求(來源:Ericsson)

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