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2019/11/5 09:36

HUAWEIiLab联合顺网科技发布家庭云游戏网络指标和目标网络架构

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2019年初,多家国际巨头企业向外界宣布进军云游戏产业,让原本沉寂的云游戏突然火了,国内游戏圈对其跃跃欲试。今年6月,全球数码互动娱乐领域最具影响力的盛会ChinaJoy展上,云游戏是其中一大亮点。

云游戏是将游戏下载到云端服务器上存储并运行,利用云强大的算力和优质的网络,将游戏渲染出来的每一帧画面,以视频流的形式通过网络传送到指定的终端进行解码输出。从体验上看,基于端游的云游戏让玩家获得更多感官上的快感,其体验的优劣与固定宽带网络和云计算都有着紧密关联。HUAWEIiLab联合顺网科技搭建家庭场景下云游戏测试原型,从体验维度出发,给出了云游戏走进家庭的网络指标需求和目标网络解决方案。

对比本地端游,云游戏增加了流化时延,30ms是入门要求,10ms可满足职业玩家的需求

对比本地端游,云游戏增加了网络传输和云化处理时延(以下简称云游戏流化时延)。

本地游戏与云游戏架构对比

深受广大玩家喜爱的第一人称射击类(FPS)、多人对战类(MOBA)游戏,因对帧率、时延要求高,被称为云游戏的试金石。对于游戏玩家而言,144帧是电竞游戏的基本要求。这是因为帧率高低将直接影响玩家的操作,甚至影响战局。过低的帧率等将令玩家感到不适,画面不连贯。而流化时延的大小决定了游戏的操作响应时间。

实验室通过邀请多位普通电竞游戏玩家和准电竞级选手对1080P@144帧云游戏进行流化时延测试,发现当云游戏流化时延超过10ms时,准电竞级选手反馈体验下降;当流化时延超过30ms时,普通电竞玩家明显感受到音画不同步等现象。

云游戏的流化时延主要由抓屏、编码、网络传输、解码几部分组成。目前,市面上的云游戏流化时延普遍在50~70ms,支撑720P@30帧的游戏,仅能应对普通休闲玩家,无法满足电竞游戏玩家的需求。

稳定帧间隔是云游戏流畅的关键

帧率是游戏玩家十分看重的指标,但是单纯的提升帧率是远远不够的。对于云游戏而言,144高帧数下,游戏画面有时候依然不流畅,这其实是帧间隔不稳定导致的。帧间隔是相邻两帧的时间间隔。当某一帧游戏画面受某些原因迟到就会造成后面的游戏帧堆积,而游戏画面是实时变化的,排队积压之后将导致某些本应需要显示的画面被舍弃掉,故而出现卡顿、跳帧现象。

1080P@144帧云游戏在网咖已成功商用,云游戏在家庭的普及条件已经成熟

一直以来,网咖为了能够让玩家得到最新且优质流畅的游戏体验,在游戏内容及电脑性能上引领着潮流。顺网科技是ChinaJoy的品牌所有方,也是全国网吧管理系统的领导者,对端游游戏行业和用户行为特征有着深入理解。目前,其在全国23个省的60个城市提供云服务,技术迭代后,面向网吧最高能提供2K@144帧,30M码率以上的云游戏服务,玩家完全感受不到与本地PC的差异。

在网吧云游戏的解决方案中,云端和终端时延被大幅优化。通过与芯片厂商直接合作,抓屏及编码时延被控制在8ms以下,终端解码上屏时延小于5ms。在云主机与网吧间通过专线保障网络指标。

云游戏在网吧中的普及应用,充分验证了流畅云游戏体验对相关网络指标的要求,也为其向家庭推广带来了可能。

HUAWEIiLab联合顺网在实验室搭建家庭云游戏系统测试原型,给出家庭云游戏网络指标

HUAWEIiLab基于面向家庭的宽带网络,联合顺网科技在实验室搭建云游戏系统原型,进行多方面测试,并给出了确定性低时延全光网的家庭云游戏目标网络解决方案。

家庭云游戏原型测试组网图

组网:采用千兆家庭宽带,在云主机与终端间通过网络损伤仪模拟现网时延、丢包、抖动。

软硬件设施条件:1080P@240Hz显示器,电竞级键鼠,M60内容管理服务器、4K终端盒子以及顺网云游戏系统。

画质:50M码率以上可实现99%以上画面相似度。根据实测,1080P@144帧的游戏画面,当码率设置为30M时,云化后的画面与原生游戏画面相似度(SSIM)达到98.5%。当码率超过50M时,相似度可达99%以上,肉眼基本无法分辨是原生画面还是云化画面。

30Mbit码率游戏画面清晰,略有色差

时延:网络传输时延RTT需要稳定小于17ms

著名GUI设计先驱Jeff Johnson在《认知与设计 理解UI设计准则(第2版)》中指出,App对用户的动作显示反馈时间底线是100ms,例如屏幕上的按钮在被点击后需要在100ms内显示,否则用户就会觉得自己没点到而再点一次。在游戏行业中,这一数据被公认为玩家操作与画面的响应时间需要小于100ms。根据实验室针对本地PC游戏多次验证,不同游戏响应时间略有不同,一般较好体验时操控响应时延在40~70ms范围,以英雄联盟为例,平均约为70ms。这意味着,留给云游戏流化时延不应超过30ms,与前期电竞玩家测试的数据要求相同。

由前面云端抓屏编码及终端解码的时延数据可以得出,留给网络传输的双向往返时延RTT需要稳定小于17ms。

抖动:网络抖动造成帧间隔剧烈变化,7ms是普通电竞玩家的体验边界

网络抖动是造成帧间隔不稳定的根本原因。实验室验针对网络抖动对游戏体验影响开展了对比测试,发现存在网络抖动的情况下,帧间隔出现大幅度变化,当连续拖动角色快速移动时,画面跳帧现象十分明显。此时,平均高达130渲染帧的游戏体验远远不如120帧没有网络抖动的游戏流畅。经过实验室测试,7ms是普通电竞玩家的体验边界,对于电竞选手来说,这一指标将更加苛刻。所以保障网络0抖动,在稳定的帧间隔基础上,提升帧率才能真正提升云游戏体验。

144帧游戏在有网络抖动情况下的帧间隔

确定性低时延全光网的目标网络使能家庭云游戏优质体验

基于上述测试数据,HUAWEIiLab提出确定性低时延全光网云游戏网络解决方案。

云游戏确定性低时延全光网络解决方案

在架构上,推动光电融合、简化网络层次。OTN下沉至CO节点,网络扁平化;基于ODUk硬管道实现全光一跳入云,业务不收敛。引入全光交叉技术,构建立体骨干网,实现全光调度。

在转发上,采用分布式OLT实现业务与交换分离,利用DSCP替代CoS实现网络分片,为云游戏打造专用承载切片,恒定bit流,全程0抖动,从而提供确定性低时延网络。

在家庭侧,应用智能千兆ONT接入OLT,运用EAI(嵌入式人工智能)算法,智能识别云游戏业务流特征,提供专享通道,定向QoS保障。同时结合双核芯片、SOC芯片加速,确保游戏画面流畅0卡顿。

在云游戏的成熟期,面向电竞级选手应用的云游戏还需要继续在云化处理效率和传输时延上进一步提升。从体验和运维角度,稳定的网络时延将有利于云端针对云游戏进行数据模型学习,当体验劣化时云端通知网络进行算法调整或路径选取,实现云网联动,进一步改善玩家云游戏体验。

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