关于边缘计算:基于边缘计算的云游戏场景实践

云游戏并不是一个新兴事物，相干的构想早在本世纪初就曾经提出。近年来，随着云计算的一直演进，光纤入户的遍及和 5G 网络的铺开，云游戏逐步从技术成熟阶段走向了商业可行和商业腾飞阶段[1]。依据相干征询公司的预测[2]，寰球的云游戏市场将放弃每年靠近 50% 的增长率，在 2027 年达到 70 亿美金的规模。

随着用户与市场规模的不断扩大，如何保障用户在试听、交互等方面的良好体验？本文针对云游戏以后面临的时延、老本和运维等方面的挑战，分享边缘计算如何助力云游戏业务解决老本与体验难题。

01 云游戏简介

什么是云游戏

云游戏是以云计算为根底的游戏形式，实质上为交互性的在线视频流，在云游戏的运行模式下，游戏在云端服务器上运行，并将渲染结束后的游戏画面或指令压缩后通过网络传送给用户[1]。

对于开发者而言，无需适配不同的软硬件平台，即可将游戏部署到服务端提供云游戏服务；而玩家无需下载、装置、降级游戏，能够在任何终端（Web、Android、iOS、PC、TV、VR）上即点即用运行在云端的游戏。

云游戏基础架构

云游戏的架构次要分为用户本地端侧、网络传输、云侧三局部。

• 用户本地端侧： 用户接入云游戏平台的入口，次要接管来自云游戏平台的视频流和音频流，并进行显示出现；同时将操作设施的输出指令上传到云平台。用户本地端侧包含显示设施和操作设施：

  • 显示设施次要蕴含手机、PC、PAD、大屏等；
  • 操作设施包含键盘、鼠标、游戏手柄等。
• 网络传输： 次要波及骨干网、城域网、接入网和家庭网络、5G 网络等，网络传输负责连贯云平台和终端，将云端的实时音视频，实时地、稳固地传输到用户的终端。
• 云游戏平台侧： 云游戏平台侧接管来自用户端侧的指令，实现逻辑计算、实时渲染、编码、视频推流、音频推流等。

云游戏操作流程

云游戏操作流程次要包含如下 9 个环节：

• 指令采集： 用户本地终端侧解决模块采集鼠标、键盘等设施的操作指令；
• 指令上传： 部署在终端的云游戏 SDK 将采集的指令通过网络上传至云端云游戏实例；
• 指令解析： 云端云游戏实例接管并解析指令；
• 游戏逻辑计算： 云游戏实例上部署的游戏 APP 依据指令进行游戏逻辑计算；
• 画面渲染： 云游戏实例依据游戏逻辑计算结果进行画面的实时渲染；
• 抓频 / 编码： 云游戏实例对渲染后的游戏画面进行音频与视频的抓取，而后对抓取的画面进行编码压缩；
• 音视频流传输： 云端将编码压缩后的音视频流通过网络传输至用户本地端侧；
• 本地解码： 云游戏 SDK 依据端侧的配置与要求，借助本地终端的解码能力对音视频流进行解码；
• 显示： 本地端侧设施显示模块如 PC、大屏等对解码后的音视频进行显示。

02 云游戏业务以后面临的次要挑战

以后云游戏次要面临多端反对、时延体验、老本和运维等挑战。

多端反对

首先，多端反对，云游戏玩家无需下载、装置、降级游戏，即可在任何终端（Web、Android、iOS、PC、TV、VR）上玩云端运行的游戏。因而，对云游戏服务商而言，须要：

• 提供跨平台、多终端的客户端 SDK 以反对云游戏玩家不同终端的接入
• 反对跨端操控适配，保障键鼠、手机、手柄的操控一致性
• 反对多类型游戏算力要求
• 反对游戏主动热更解决，游戏存档主动同步

时延

其次，时延。云游戏体验因素与本地游戏总体统一，不同的是云游戏引入编解码、网络传输等环节，其业务体验受到了云、网络、端更多因素的影响，其中网络的优劣及编解码器能力会影响到云游戏的视听体验和交互体验。而时延是影响云游戏体验品质和胜利与否的关键因素。

驰名 GUI 设计先驱 Jeff Johnson 在《认知与设计了解 UI 设计准则(第 2 版)》中指出，软件对用户的动作显示反馈工夫底线是 100ms，例如屏幕上的按钮在被点击后须要在 100ms 内显示，否则用户就会感觉本人没点到而再点一次。在游戏行业中，这一数据被公认为玩家操作与画面的响应工夫须要小于 100ms。以后业界云游戏的时延能够均匀做到约 50ms。

老本

第三，老本。以后云游戏的次要老本包含研发、硬件、带宽等，其中网络带宽的老本占比将近三分之一。目前，云游戏产业链的上下游别离由游戏开发商、云计算服务商、软硬件厂商、云游戏平台以及终端设备商形成。换言之，谁领有老本更低、效率更高的解决方案，谁就有可能在将来的竞争中胜出。

运维

最初，运维。云游戏运维次要蕴含：边缘节点治理、游戏治理、游戏自动更新、账户治理、游戏平安治理等。因为须要保护大量的边缘计算节点以及品种繁多的游戏，而且游戏个别都比拟大且更新频繁，须要及时处理游戏自动更新散发同步等问题，因而在运维方面也面临挑战。

03 边缘计算在云游戏场景中的利用实际

传统意义上的云计算（核心云模式）面临带宽、时延、连贯品质、资源分配、平安等多方面的挑战。为了解决和应答传统云基础架构可能满足不了的利用和场景所带来的窘境，在端侧更加有效率、针对性地采集、传输和解决数据，边缘计算概念应运而生。边缘计算是将云计算的一部分能力，由“集中”的机房迁徙到网络接入的边缘。从而发明出一个具备高性能、低提早与高带宽的服务环境，减速网络中各项内容、服务及利用的反应速度，让消费者享有不间断的高质量网络体验。

上文说到云游戏面临的最大挑战就是实时性（时延），与游戏的体验非亲非故。云游戏的实时性要达到一个可令玩家承受的水平（50ms 左右），不仅要依附硬件和网络自身的性能，同时还须要足够的带宽能力做到。因而，边缘计算与云游戏的联合牵强附会。

基于边缘计算的云游戏业务架构

个别云游戏业务架构次要由本地客户端、云游戏公共服务、云游戏后端服务、云游戏边缘节点等几局部组成：

• 客户端： 用户须要在本地的设施如手机、PC 上装置集成云游戏相干解码、用户治理、操作控制等能力的客户端。

  • 实现用户的注册、登录鉴权等，向云游戏业务平台申请取得对应的云游戏服务。
  • 发送本地管制设施如键盘、鼠标指令到云游戏实例。
  • 接管来自云游戏平台的视频、音频流，并实现解码与展现。

• 云游戏公共服务： 游戏接入服务、经营治理、智能调度等，次要部署在核心云。

  • 用户账号开明和治理、服务订购和结算等。
  • 业务场景、游戏利用、实例容量治理等的经营。
  • 依据用户地区、网络、游戏算力等从云游戏实例资源池为用户调配适合的云游戏实例。
• 游戏后盾服务： 负责接管云游戏边缘节点上云游戏服务器的输出进行逻辑计算，并将后果返回给云游戏服务器。游戏后盾服务能够游戏业务对时延的要求，可对立部署在核心云、也能够每个边缘及诶单部署一套。

• 云游戏边缘节点： 次要以多地区的边缘计算节点实例作为资源池，为云游戏提供运行的环境。

  • 云游戏业务平台依照地区、网络、游戏算力等信息，为用户智能调度就近的云游戏实例。
  • 提供如 X86+GPU、ARM 等类型实例等，为不同云游戏提供多种实例规格。
  • 游戏利用运行在该实例上，在对用户本地端侧指令解析后，进行逻辑运算、渲染、抓屏、编码，而后通过音视频传输如 RTC 等推流到用户本地客户端。

边缘计算在云游戏场景中的价值

在整个环节中，边缘计算作为对算力资源的补充，可能无效解决云游戏面临的时延、带宽、老本等问题。

• 首先，边缘部署 云游戏 实例，大幅升高云游戏时延

在全国乃至寰球宽泛散布的边缘节点部署云游戏实例，通过智能调度技术，依据用户地区、网络、游戏算力要求等，为用户调配就近的云游戏实例，实现就近接入、就近渲染，缩小传输链路大幅升高全局云游戏玩家的均匀时延。

• 其次，高性价比的边缘带宽，助力 云游戏 流量老本优化

云游戏画质是云游戏体验中的另一要害因素。画质要求越高，对分辨率、帧率、码率等要求越大，网络通量要求也会越高即网络带宽要求越大；如果带宽有余、则呈现丢包，从而可能引起画面卡顿和花屏。网络带宽≥ 1.6× 平均码率时，云游戏体验才可失去基本保障。以 PC 显示器上运行 1080P@144fps 的《英雄联盟》为例，在均匀 30Mbps 推流码率下，48Mbps 以上带宽能够有比较稳定良好的画面体验[3]。

带宽老本收入是云游戏服务商的次要收入之一。从以后带宽市场来看，宽泛散布在二、三、四线城市的边缘节点带宽老本是核心云（一线城市）带宽老本的 1 /6～1/10。因而，通过边缘计算部署云游戏实例并应用边缘带宽，大幅升高了对核心云带宽的需要，从而无效升高了云游戏带宽老本。

• 第三， 边缘计算 分布式部署，晋升整体并发能力

云游戏和传统游戏相似，都会经验上线期，成长期，黄金期与衰退期，因而也须要弹性、按需的资源满足不同阶段的业务需要；同时在大促等突发场景下，也要求算力资源与带宽资源疾速、按需扩容。以后各云服务厂商的边缘计算服务，除了反对资源的按日、按月计费外，还反对更细粒度的计费形式，助力云游戏服务厂商在资源层面的精细化按需经营。

• 第四， 边缘计算 丰盛的云服务助力 云游戏 高效运维

云游戏须要保护大量的边缘计算节点，不同版本与品种的游戏，而且游戏个别都比拟大且更新频繁，须要及时处理游戏自动更新散发同步等问题。边缘计算丰盛的云服务可助力云游戏高效运维的达成。如通过边缘负载平衡可精确管制云游戏的灰度切量公布；借助边缘自定义镜像、镜像预热性能可在指定多个边缘节点，实现资源的疾速扩容等；借助边缘云存储服务、边缘内网互通等性能，疾速实现云游戏的更新与散发。

04 总结

过来 2 - 3 年，尽管云游戏产业失去了疾速倒退，在用户规模、市场规模方面都有大幅增长，然而依然面临着用户体验需进一步晋升、经营老本需进一步升高等挑战。边缘计算通过宽泛散布的节点、高性能多类型算力、高性价比大带宽、灵便按需、丰盛云服务等劣势，让云游戏场景在体验（低时延、高画质）、老本、运维等大幅优化，助力云游戏的商业可行与商业腾飞。

火山引擎边缘计算节点致力于为用户提供稳固、高性能、功能丰富的新一代边缘计算云平台服务，通过覆盖全国各省市和运营商的边缘节点，助力云游戏业务疾速部署到用户与云核心之间的每个边缘层。次要劣势包含：

• 全域笼罩： 一站式边缘计算平台，覆盖全国各省市和运营商的边缘节点，提供更低时延、更高性能、稳固牢靠的计算资源，可帮忙云游戏业务实现更凑近用户的部署和服务；
• 弹性灵便： 边缘计算节点可按需创立、弹性扩大，具备短缺的库存水位，反对多种 CPU、GPU 等实例规格，可满足手游、端游等不同场景需要；
• 安全可靠： 多租户实例和网络安全隔离，先进的自动化运维能力，欠缺的监控和服务体系，此外边缘计算具备的负载平衡、自定义镜像、镜像预热等丰盛性能助力云游戏高效运维；
• 优质服务： 通过春晚抖音红包、818 新潮好物节等大规模、海量业务的流量考验，可为云游戏业务提供稳固、牢靠的综合服务保障。

参考文献

[1] 起源《寰球云游戏产业深度察看及趋势研判钻研报告（2022 年）》中国信息通信研究院和 IDC 征询（北京）有限公司
[2] Grand View Research. “Cloud Gaming Market Size, Share & Trends Analysis Report By Type (File Streaming, Video Streaming), By Device, By Gamer Type, By Region, And Segment Forecasts, 2021 – 2027”,
[3] 起源《云游戏产业倒退白皮书（2019 年）——5G 助力云游戏产业疾速倒退》中国信息通信研究院