Inleiding #
Netwerkconnectiviteit is een cruciaal element wanneer er een meeslepende ervaring wordt gecreëerd, en kan dergelijke ervaring perfect opleveren of iemand volledig uit die immersiveness halen (Subspace, Chen et al., VentureBeat). Netwerkconnectiviteit is al van groot belang bij online games zoals Call of Duty of Fortnite, waar academisch onderzoek heeft uitgewezen dat gamers die meer vertraging (latency) ervaren, ook minder tijd spenderen in-game en ook meer geneigd zullen zijn om te stoppen met spelen. Als er een virtuele 3D metaverse ervaring op poten wordt gezet zal dit een hoop meer bandbreedte vereisen – en met onder andere features zoals gezichtsuitdrukkingen – zal een lage latency ook ontzettend belangrijk belangrijk zijn om het effect van een “uncanny valley” tegen te gaan.
“An average 10ms increase or decrease in latency increases or decreases weekly playtime by 6%, respectively. (…)
– Chen et al.
Metaverse will require low latency. Slight facial movements are incredibly important to human conversation. We’re also highly sensitive to slight mistakes and synchronization issues—which is why we don’t mind how the mouths on a cartoonish Pixar character moves, but are quickly creeped out by a photo-real CGI human whose lips don’t move exactly right (animators call this the “uncanny valley”). Talking to your mother as though she’s on a 100-ms delay can quickly become eerie. While interactions in the Metaverse don’t have the time sensitivities of a pixel-specific bullet, the volume of data required is much greater. (…)
Latency is the greatest networking obstacle on the way to the Metaverse.”
– Matthew Ball
Met andere woorden, de economische effecten en belangen van latency mogen zeker niet onderschat worden. In de paragrafen hieronder zullen we de courante en opkomende netwerktechnologieën uitlichten die gebruikt kunnen worden om een metaverse ervaring op te bouwen, zowel thuis (Wi-Fi, WiGig) als on the go (5G/LTE).
Draadloos thuisinternet: Wi-Fi #
Wi-Fi, een afkorting voor wireless fidelity is al meer dan een decennium een vaste waarde in het Vlaamse huishouden, maar enkel de meest recente versies van het Wi-Fi protocol zullen de technologische capabiliteit hebben om een meeslepende metaverse ervaring aan te bieden. Zowel de Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E en Wi-Fi 7 standaarden werden in een tijdspanne van twee jaar geïntroduceerd, een duidelijk bewijs dat draadloos thuisinternet de afgelopen jaren een vrij snelle ontwikkeling heeft meegemaakt en dat waarschijnlijk ook zal voortzetten.
Wi-Fi 6 #
Wi-Fi 6 – ook bekend als 802.11ax – werd gecommercialiseerd in 2019 en is beschikbaar op de meeste routers en access points die vandaag op de markt zijn. Het protocol voorziet een maximale bandbreedte van 9608 Mbps en komt daarmee dicht in de buurt van een bekabelde 10 Gbps ethernetverbinding, maar dit geldt enkel in de meest ideale omstandigheden en wanneer er meerdere frequenties tegelijk worden gebruiken. Wi-Fi 6 heeft een hogere spectrale efficiëntie vergeleken met z’n voorganger, wat resulteert in een latency die tot 75% lager ligt dan een vergelijkbare Wi-Fi 5 router (Goodwins, 2018).
Wi-Fi 6E #
Wi-Fi 6E wordt niet als een “volwaardige” Wi-FI upgrade beschouwd (vandaar ook hetzelfde nummer als de vorige standard), maar de E-versie van Wi-Fi 6 wordt wel gezien als een belangrijke stap in de juiste richting voor draadloze VR verbindingen. De technologie blijft grotendeels hetzelfde als Wi-Fi 6, maar met een belangrijk verschil: 6E kan nu ook de 6 GHz band aanspreken, terwijl voorgaande draadloze internet standaarden enkel toegang hadden tot de 2.4 GHz en 5 GHz banden.
Hoewel de 6 GHz band een opvallend korter bereik heeft, wordt dat gecompenseerd met erg hoge bandbreedte en lage latency. De Wi-Fi Alliance (2022) verwoordt 6 GHz Wi-Fi zelfs als “verbinden met de toekomst”, specifiek verwijzend naar de uitdagingen in netwerkconnectiviteit voor virtuele, augmented en extended reality. Volgens system-on-a-chip ontwerper Qualcomm, biedt hun Wi-Fi 6E chips een “VR klasse lage latentie” van “minder dan 3ms”.
Wi-Fi 7 #
Hoewel Wi-Fi 7 wellicht pas gecommercialiseerd zal worden in 2024, zorgen de opvallende verbeteringen in performance en latency ervoor dat Wi-Fi 7 een erg interessante en belangrijke building block wordt om een meeslepende metaverse ervaring mogelijk te maken. De technische details van Wi-Fi 7 zijn nog niet definitief, maar de Wi-Fi Alliance heeft wel al een maximale theoretische snelheid van 30 Gbps aangekondigd, meer dan een verdrievoudiging vergeleken met Wi-Fi 6. De zevende generatie draadloos thuisinternet zal grotere kanaalbandbreedtes aanbieden (dit kan je vergelijken met extra rijvakken op een autosnelweg) voor een veel hogere snelheid, en bovendien zijn er ook multi-link mogelijkheden tussen meerdere radiofrequenties ingebouwd om de latency te vertragen. Netwerk-, chip- en techbedrijven zijn reeds druk bezig met het implementeren van Wi-Fi 7. De eerste smartphone met ingebouwde ondersteuning – de OnePlus 11 – is zelfs al verkrijgbaar.
Intel WiGig #
Intel WiGig – een afkorting voor Wireless Gigabit for VR – is een netwerktechnologie die puur gericht is op het mogelijk maken van draadloze VR verbindingen, bijvoorbeeld van een sterke desktopcomputer naar een draadloze VR-headset. Compatibele toestellen en netwerkkaarten gebruiken een 60 GHz band om content te streamen, terwijl de VR-headset de stream toont en tracking/input verzorgt. Hierdoor is het mogelijk om veel meer rekenkracht te gebruiken dan bij een standalone VR-headset zoals de Meta Quest 2. WiGig werd ontwikkeld met zo weinig mogelijk latency in het hoofd, en het systeem wordt zelfs dikwijls een “kabelvervanger” genoemd. De 60 GHz band is veel hoger dan die van de Wi-Fi standaarden en biedt een snelle bandbreedte aan van 4.6 Gbps, maar het grote nadeel is dat het bereik vrij beperkt is en vaak zelfs door dunne muren wordt tegengehouden. Omwille van die reden is Intel WiGig (en andere 60 GHz technologieën) in de praktijk beperkt tot draadloze ervaringen in dezelfde kamer.
Mobiel internet: 5G (mmWave en sub-6GHz) #
Ookal wordt 5G momenteel beschouwd als de volgende generatie (of de huidige, afhankelijk van hoe je ernaar kijkt) van mobiel internet, wordt 5G veelal gebruikt als een ‘catchall‘ term en is het ene 5G-netwerk absoluut het andere niet.
Er bestaan twee varianten van 5G: mmWave 5G en sub-6GHz 5G. De laatstgenoemde gebruikt lage-frequentie banden die momenteel gebruikt worden door 4G/LTE banden en een vrij bescheiden snelheidsverbetering met zich meebrengen. In de Verenigde Staten bereiken de sub-6GHz netwerken maximumsnelheden van 200 Mb/s, hoewel dat enkel in de meest ideale omstandigheden is. Globale en gemiddelijke performance van 5G netwerken (inclusief mmWave, zie grafiek hieronder) bedraagt ongeveer een 50.9 Mbps (Opensignal, 2022), een significante verbetering vergeleken met de 30 Mbps van 4G/LTE, maar nog steeds een miniem getal vergeleken met Wi-Fi netwerksnelheden. De latency van een gemiddelde 5G verbinding typeert zich tussen 20 en 30ms, een aanzienlijke verbetering van 20ms vergeleken met 4G/LTE (Salter, 2020).
Een ander ‘deel’ van 5G met de belofte van ongeëvenaarde snelheden en latency, is de mmWave-technologie. mmWave kan het best vergeleken worden met de hogere frequentiebanden van Wi-Fi: betere latency en bandbreedte (wat op zijn beurt ook resulteert in heel wat minder ophoping van netwerkverkeer), maar met het nadeel van een significant minder bereik. Daarom worden mmWave-antenna’s vaak enkel geïnstalleerd nabij drukbezochte publieke plaatsen zoals stadia, luchthavens en winkelcentra. De maximale bandbreedte van huidige generatie mmWave-technologie bedraagt zo’n 5 Gbps, een massieve snelheidsverbetering vergeleken met de reguliere 5G-technologie. Uiteindelijk zou de latency van mmWave zelfs moeten evolueren naar minder dan 1 millisecond, wat betekent dat mmWave het potentieel heeft om een lagfree of vertragingsvrije mobiele meeslepende metaverseverbinding te maken. Door het gelimiteerd bereik en relatief hoge kosten zal mmWave echter nooit overal verkrijgbaar zijn.
Edge computing #
Edge computing (Shi & Dustdar, 2016) is een relatief nieuw concept dat de huidige trend van cloud computing probeert te decentraliseren. Zoals de naam doet vermoeden, is het principe van edge computing dat de rekenverwerking dichter bij de bron gebeurt (aan de rand, vandaar edge), zoals huidige CDN’s (content delivery networks) dat al doen. Dit zou vooral helpen in het verminderen van de latentie, omdat de fysieke te overbruggen afstand tussen de bron en de verwerkingseenhoud een pak minder lang zou zijn dan met ‘de’ cloud. Door data langs de rand van het netwerk te verwerken, wordt de tijd die vereist is om data van en naar een gecentraliseerdel locatie te versturen geëlimineerd. Dat resulteert op zijn beurt dan weer in lagere latentie en snellere responstijden.
Met Internet of Things in het achterhoofd zou edge computing niet alleen de latency kunnen verlagen, maar ook mogelijkheden bieden voor batterijduur, bandbreedte en beveiliging van IoT-apparaten. Er zijn ook een hele hoop nadelen van edge computing die in rekening gebracht moeten worden. Bijvoorbeeld: een systeem van edge computing servers kan nogal complex zijn, wat resulteert in hogere kosten en uitdagingen op vlak van interoperabiliteit.