5G云游戲的應(yīng)用優(yōu)勢及存在哪些技術(shù)問題

簡介

隨著5G網(wǎng)絡(luò)商用化進(jìn)程的繼續(xù)推進(jìn)，更大帶寬、更低延遲、更廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將成為用戶對5G網(wǎng)絡(luò)最直接的應(yīng)用感受?；谝陨先齻€特性，5G網(wǎng)絡(luò)可組合服務(wù)于多種日常使用場景，而云游戲則是其中一個潛力巨大的市場，尤其以服務(wù)于移動終端的云游戲需求增幅巨大。

據(jù)中國信通院于2019年12月發(fā)布的《云游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》中所述，智能手機(jī)的出貨量已于2011年超過PC，且于2014年達(dá)到PC出貨量的5倍。由此可見，移動端的用戶數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過固定終端的用戶數(shù)量。為了滿足用戶爆炸式增長的需求，基于移動端進(jìn)行的應(yīng)用開發(fā)也成為迫在眉睫的工作。

近年來，手機(jī)游戲作為移動端應(yīng)用中的一大類，正在占據(jù)越來越重要的地位，尤其是隨著智能手機(jī)的性能、移動網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量快速提升，促使手機(jī)游戲業(yè)務(wù)所占的比重快速增長。但是，手機(jī)游戲的總體表現(xiàn)仍受限于機(jī)體本身大小及其散熱性能，與PC相比存在一定的差距。同時，手機(jī)游戲的運(yùn)營管理方面，由于終端的移動性，存在一些不易解決的問題。如外掛程序與游戲工作室的檢測問題，需要對每個終端進(jìn)行更細(xì)粒度的管控，而這種在移動終端上的細(xì)粒度管控對服務(wù)器來說是比較困難的，采用云游戲的方法則可以通過集中管控實現(xiàn)對異常行為的快速、準(zhǔn)確檢測。

云游戲是5G網(wǎng)絡(luò)提供給手機(jī)游戲的一個重要解決方案，主要思路是將游戲運(yùn)算、渲染功能上移至云端并將渲染產(chǎn)生的畫面以極低時延極高質(zhì)量推送至終端，云游戲端對端原理圖如圖1所示。

圖1 云游戲原理圖

技術(shù)基礎(chǔ)

實現(xiàn)云游戲的主要技術(shù)基礎(chǔ)一是虛擬化的云技術(shù)；二是高帶寬低延時的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，需要大范圍部署5G網(wǎng)絡(luò)。

1、如圖2所示基于虛擬化的云技術(shù)為計算能力上移提供了成本優(yōu)勢。相較于原有手游架構(gòu)中高質(zhì)量游戲?qū)K端設(shè)備的高性能要求，云游戲架構(gòu)使用通用的X86架構(gòu)服務(wù)器組成計算、渲染集群，以極高的設(shè)備使用率提升投資回報比。甚至可以解決由終端散熱問題引起的性能瓶頸問題、芯片及內(nèi)存等供貨商引起的高性能終端產(chǎn)量問題。

圖2 虛擬化云技術(shù)

2、大范圍覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò)為云游戲的實際商用提供了可行性：

（1）eMBB場景：以1080P分辨率為例，若傳輸圖像為24位深圖片，在未壓縮情況下需帶寬為1920*1080*3B*30fps/s=18.66MB/s。受限于4G網(wǎng)絡(luò)的100MB帶寬，如果通過傳輸游戲畫面的方式實現(xiàn)云游戲，同一線路同時最多保障5臺終端的正常使用；而使用5G網(wǎng)絡(luò)的1000MB帶寬則可實現(xiàn)53臺終端的使用，支持設(shè)備數(shù)大大增加；

圖3 eMBB場景

（2）mMTC場景：智能終端設(shè)備的數(shù)量眾多，而游戲業(yè)務(wù)本身對數(shù)據(jù)流連續(xù)性十分敏感。4G網(wǎng)絡(luò)無法完全滿足海量大帶寬設(shè)備的快速接入，可能因設(shè)備在不通基站之間的切換導(dǎo)致游戲業(yè)務(wù)中斷，造成用戶體驗下降，而5G網(wǎng)絡(luò)可快速完成大量終端的接入，進(jìn)一步減少了因接入延遲導(dǎo)致的用戶體驗下降，提升了云游戲業(yè)務(wù)商用的可行性。

圖4 mMTC場景

（3）uRLLC場景：云游戲的業(yè)務(wù)場景是一種對時延極其敏感的業(yè)務(wù)場景。由于傳統(tǒng)手機(jī)游戲架構(gòu)中終端在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)計算且僅傳輸少量游戲數(shù)據(jù)，可將延遲維持在較低的范圍內(nèi)；而應(yīng)用云游戲架構(gòu)傳輸?shù)氖谴罅康漠嬅鏀?shù)據(jù)及少量的操作指令。4G網(wǎng)絡(luò)無法針對大流量提供可靠的低延遲、低丟失傳輸服務(wù)；而5G的超低時延高可靠場景應(yīng)用則可實現(xiàn)對云游戲的服務(wù)保障，無論是通過計算中心的區(qū)域下沉部署還是快速網(wǎng)絡(luò)切片功能都可以有效降低用戶對時延的感知。

圖5 uRLLC場景

云游戲的優(yōu)勢與問題

云游戲帶來的好處主要有以下幾點：

1.游戲數(shù)據(jù)計算與游戲畫面渲染功能上提至云端，降低終端所需的計算能力與性能要求，降低了終端設(shè)備的成本，便于高質(zhì)量游戲在中低端智能手機(jī)中的推廣；

2.云端強(qiáng)大的計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源與調(diào)度能力可大幅提升游戲性能上限，使用戶得以體驗更多原本無法或難以在終端上運(yùn)行的大型游戲；

3.云游戲為游戲運(yùn)營與管理提供了更高效的手段。借助數(shù)據(jù)中心強(qiáng)大的帶寬與存儲資源，游戲運(yùn)營方可快速高效地對游戲內(nèi)容及版本進(jìn)行維護(hù)，而用戶數(shù)據(jù)存儲于云端則方便根據(jù)用戶游戲行為進(jìn)行更符合用戶習(xí)慣的游戲活動策劃；由于游戲進(jìn)程都在云端環(huán)境運(yùn)行，通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理與數(shù)據(jù)認(rèn)證可對外掛程序與工作室進(jìn)行有效檢測。

雖然云游戲在5G環(huán)境下的移動市場具有極大的潛力，但仍然存在以下問題：

1.技術(shù)問題

（1）視頻壓縮與編解碼性能優(yōu)化。由于云游戲下行傳輸?shù)牟皇怯螒驍?shù)據(jù)而是游戲畫面數(shù)據(jù)，如果使用未壓縮編碼的畫面數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸將大大消耗可用帶寬。因此，在進(jìn)行畫面?zhèn)鬏斍靶枰M(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮編碼，例如H.264或H.265編碼，其中H.264編碼壓縮比低于H.265但壓縮速度高，如何在壓縮速度與壓縮比之間尋找平衡，如何優(yōu)化壓縮編碼算法性能，這些都將成為云游戲服務(wù)性能的決定因素之一。

（2）云游戲的本質(zhì)是一種強(qiáng)調(diào)及時交互的視頻傳輸，與傳統(tǒng)的視頻點播業(yè)務(wù)差別在于傳輸?shù)漠嬅鎸崟r性極高，與傳統(tǒng)視頻直播業(yè)務(wù)差別在于強(qiáng)調(diào)延時極低的交互。降低用戶的時延感知除了降低網(wǎng)絡(luò)延遲外還需要對傳輸?shù)漠嬅孢M(jìn)行同步操作，減少畫面的不連續(xù)性造成用戶在主觀上對畫面卡頓的感知。因此，選用合適的畫面數(shù)據(jù)傳輸與同步算法也是決定云游戲服務(wù)質(zhì)量的決定因素之一。

（3）虛擬化的云端環(huán)境要求提供可高效調(diào)度的資源池，資源包括提供計算能力的CPU與GPU、提供存儲能力的Memory與存儲陣列、提供通信能力的虛擬化網(wǎng)元VNF等，其中在云游戲的解決方案中以CPU與GPU最為重要。以NVIDIA提供的GPU為例，存在直通GPU與虛擬GPU兩種方案。直通GPU即以單張顯卡為單位進(jìn)行分配，同一時刻僅有一個實例可在一張顯卡上運(yùn)行；虛擬GPU則是通過將單張顯卡虛擬化為預(yù)設(shè)資源的多張?zhí)摂M顯卡，實現(xiàn)更細(xì)粒度的顯卡資源調(diào)度，同時可有多個實例在同一張顯卡上運(yùn)行，提高了顯卡資源的利用率。虛擬GPU的資源利用率高于直通GPU，在某些應(yīng)用場景（辦公云桌面等）具有優(yōu)勢。但限于技術(shù)發(fā)展時間較短，虛擬GPU的虛擬化損耗及成本高于直通GPU，在云游戲中使用的成本問題有待研究與優(yōu)化。

2.內(nèi)容問題

（1）云游戲若使用操作系統(tǒng)級別的虛擬化則類似于使用虛擬機(jī)模擬智能終端的方案，鑒于騰訊、網(wǎng)易等游戲內(nèi)容提供商本身提供類似的虛擬化服務(wù)，該方案針對現(xiàn)有的手機(jī)游戲可行性較高；但若使用游戲進(jìn)程的虛擬化或其他游戲平臺（PC或PS、XBOX主機(jī)），則可能牽涉到游戲運(yùn)行方式、游戲操作方式的適配工作，需要游戲廠商進(jìn)行適配。

（2）用戶數(shù)據(jù)不再存儲于本地，而是直接在云端保存。云端數(shù)據(jù)帶來運(yùn)維與管理便利的同時可能帶來用戶隱私與數(shù)據(jù)安全的問題，如何在合理使用用戶數(shù)據(jù)的情況下保障用戶的數(shù)據(jù)安全也是云游戲推廣過程中必須考慮的問題。

總結(jié)

從以上分析來看，雖然云游戲在技術(shù)與內(nèi)容上仍存在一些問題，但隨著5G網(wǎng)絡(luò)逐步普及其將是游戲發(fā)展的趨勢，市場潛力巨大。作為5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的中國移動，在云游戲市場發(fā)展推進(jìn)方面存在天然的優(yōu)勢：

1.擁有大量的硬件資源，可快速地滿足云游戲所需的計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等硬件條件；

2.擁有大量的軟件資源，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上便利地為用戶提供接入云游戲的賬戶、認(rèn)證、計費等軟件條件；

3.擁有大量的用戶基礎(chǔ)，可快速擴(kuò)大云游戲用戶群體，根據(jù)用戶反饋提供更符合用戶需求的云游戲服務(wù)；

4.擁有大量的合作伙伴，可高效地促成游戲運(yùn)行、游戲運(yùn)營、游戲運(yùn)維等游戲內(nèi)容資源集成。

因此，深入挖掘和分析用戶需求，抓緊研究和優(yōu)化相關(guān)核心技術(shù)，積極開拓云游戲領(lǐng)域業(yè)務(wù)，是這場“云游戲搶灘登陸戰(zhàn)”的關(guān)鍵所在。

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