Labs 導讀
隨著技術、架構以及商業(yè)模式的快速發(fā)展和完善，邊緣計算作為一種成熟的計算范型已經(jīng)得到廣泛應用。邊緣計算是為應用開發(fā)者和服務提供商在網(wǎng)絡的邊緣側(cè)提供云服務和IT環(huán)境服務，“邊緣”指的是位于管理域的邊緣，盡可能地靠近數(shù)據(jù)源或用戶，其目標是在靠近數(shù)據(jù)輸入或用戶的地方提供計算、存儲和網(wǎng)絡帶寬。云游戲正是近年來出現(xiàn)，被認為是“殺手級”的邊緣計算應用。云游戲的本質(zhì)是云端算力的重新分布，具有云端的擴展性，穩(wěn)定性，靈活性和集中管理等特性。云游戲從“端”到“云”和“邊”，解放了用戶側(cè)終端的限制，進而對中心算力需求大增，并且有助于實現(xiàn)算力的高效合理利用和分配。隨著5G時代的到來，無論是用戶需求還是游戲市場前景，云游戲都將成為5G時代下的殺手級應用，成為5G邊緣計算產(chǎn)品。
作者介紹：王超
中國移動云能力中心SaaS產(chǎn)品部技術推進組成員，邊緣應用產(chǎn)品組云游戲研發(fā)經(jīng)理。目前負責云游戲服務平臺的研發(fā)工作。熟悉云游戲應用的架構設計方法及方案，對邊緣應用的設計也有比較深入的研究及實踐經(jīng)驗。
1 邊緣計算
1.1 什么是邊緣計算
邊緣計算出現(xiàn)的時間并不長，這一概念有許多人進行過概括，范圍界定和闡述各有不同，甚至有些是重復和矛盾的，就個人而言，比較推崇OpenStack（是一個由NASA和Rackspace合作研發(fā)并發(fā)起的，以Apache許可證授權的自由軟件和開放源代碼項目）社區(qū)的定義概念：邊緣計算是為應用開發(fā)者和服務提供商在網(wǎng)絡的邊緣側(cè)提供云服務和IT環(huán)境服務；目標是在靠近數(shù)據(jù)輸入或用戶的地方提供計算、存儲和網(wǎng)絡帶寬。
通俗地說：邊緣計算本質(zhì)上是一種服務，就類似于云計算、大數(shù)據(jù)服務，但這種服務非�？拷脩�；為什么要這么近？目的是為了讓用戶感覺到刷什么內(nèi)容都特別快。
邊緣計算著重要解決的問題，是傳統(tǒng)云計算（或者說是中央計算）模式下存在的高延遲、網(wǎng)絡不穩(wěn)定和低帶寬問題。舉一個現(xiàn)實的例子，幾乎所有人都遇到過手機APP出現(xiàn)404錯誤的情況，這樣的一些錯誤出現(xiàn)就和網(wǎng)絡狀況、云服務器帶寬限制有關系。由于資源條件的限制，云計算服務不可避免受到高延遲和網(wǎng)絡不穩(wěn)定帶來的影響，但是通過將部分或者全部處理程序遷移至靠近用戶或數(shù)據(jù)收集點，邊緣計算能夠大大減少在云中心模式站點下給應用程序所帶來的影響。
下圖是一個邊緣計算網(wǎng)絡的概念圖,它是連接設備和云端的重要中間環(huán)節(jié)。
圖1 邊緣計算基本網(wǎng)絡架構
1.2 邊緣計算的價值
相比于集中部署的云計算而言，邊緣計算不僅解決了時延過長、匯聚流量過大等問題，同時為實時性和帶寬密集型的業(yè)務提供更好的支持。綜合來看，具有以下優(yōu)點：
安全性更高
邊緣計算中的數(shù)據(jù)僅在源數(shù)據(jù)設備和邊緣設備之間交換，不再全部上傳至云計算平臺，防范了數(shù)據(jù)泄露的風險。
低時延
據(jù)運營商估算，若業(yè)務經(jīng)由部署在接入點的 MEC 完成處理和轉(zhuǎn)發(fā)，則時延有望控制在 1ms 之內(nèi)；若業(yè)務在接入網(wǎng)的中心處理網(wǎng)元上完成處理和轉(zhuǎn)發(fā)，則時延約在 2~5ms 之間；即使是經(jīng)過邊緣數(shù)據(jù)中心內(nèi)的 MEC 處理，時延也能控制在 10ms 之內(nèi)，對于時延要求高的場景，如自動駕駛，邊緣計算更靠近數(shù)據(jù)源，可快速處理數(shù)據(jù)、實時做出判斷，充分保障乘客安全。
減少帶寬成本
邊緣計算支持數(shù)據(jù)本地處理，大流量業(yè)務本地卸載可以減輕回傳壓力，有效降低成本。譬如，一些連接的傳感器（例如相機或在引擎中工作的聚合傳感器）會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，在這些情況下，將所有這些信息發(fā)送到云計算中心將花費很長時間和過高的成本，如若采用邊緣計算處理，將減少大量帶寬成本。
由此可看，5G推動社會從人聯(lián)時代走向物聯(lián)時代，連接數(shù)的大量增長，疊加邊緣計算自身優(yōu)勢，將成為5G時代不可或缺的一部分。同時，由邊緣計算帶來的算力需求將成為5G時代重要增量部分。
2 云游戲
2.1 云游戲基本原理
云游戲?qū)鹘y(tǒng)游戲的存儲、計算和渲染都轉(zhuǎn)移到云端，實時的游戲畫面串流到終端進行顯示，最終呈現(xiàn)給用戶。云游戲又被稱為GaaS（Game as a Service），它將游戲體驗變成了一種服務，提供給廣大用戶，解決了用戶不斷購買或升級終端的困擾，也避免了頻繁下載和更新游戲內(nèi)容，在成本、時間、內(nèi)容、維護等方面提升了游戲體驗。
圖2 云游戲原理示意圖
與本地游戲相比，云游戲增加了抓屏、編碼、網(wǎng)絡傳輸、解碼等主要過程，即流化過程。區(qū)別于端游、頁游、手游和主機游戲，云游戲的游戲資源、運行、渲染都在云端完成，相當于是用戶在云端玩游戲。
表1 云游戲與端游、頁游、手游的對比
端游（客戶端游戲）需要先從游戲官網(wǎng)下載一個游戲客戶端到本地硬盤中運行，其游戲各種場景、人物、動畫、圖片、音頻等各種資源均在本地完成加載，在本地運行游戲的各項邏輯計算和渲染。游戲運行速度、畫面效果取決于本地電腦的硬件配置。
頁游（網(wǎng)頁游戲）和小游戲，雖然看起來無須下載和安裝客戶端，但實際上游戲資源和邏輯均需要在打開網(wǎng)頁時加載至本地，因此游戲的運行也是在本地完成。
手游和主機游戲的原理都類似于端游，它們的區(qū)別是終端平臺不同。
云游戲，本質(zhì)上是一種基于云計算的遠程技術應用，只需將游戲下載到云端服務器上存儲并運行，游戲渲染出來的每一幀視頻畫面，通過網(wǎng)絡傳送到指定的終端進行解碼輸出。云游戲和云桌面、遠程控制都屬于遠程技術的應用，技術原理相似，但這三者的側(cè)重點不同。遠程控制（例如Teamviewer等），它的被控制方不一定在云端，可以是在家庭、公司的某一臺電腦。云游戲和云桌面的計算和存儲實體都在云端，但云桌面通常不帶GPU。遠程控制和云桌面的功能沒有針對游戲來設計，都不適合用來玩游戲，而云游戲?qū)τ螒蚬δ苓M行了深度優(yōu)化，因此能提供優(yōu)質(zhì)的游戲體驗。
從云游戲的原理看，終端只需要進行簡單的解碼輸出和上傳玩家操作指令，這里的終端不限于PC、筆記本、平板、手機、電視盒子等設備，因此云游戲大幅減少了對終端性能的要求，只需要具備一定的解碼能力。這樣帶來的好處是，降低游戲終端門檻，可以跨終端和跨平臺，使游戲體驗更容易、更方便地被獲得。
2.2 云游戲的分類
市場上為人所知的云游戲雖然原理基本一致，但按照計算平臺、串流方式、資源形態(tài)等維度看，云游戲之間又存在區(qū)別。
2.2.1 按計算平臺：x86架構以及ARM架構
游戲三個主流市場是PC端游、主機游戲、手游，按照計算平臺，云游戲同樣也可以分兩類，x86架構和ARM架構（這里的x86架構和ARM架構是指真正運行游戲的云平臺的架構，而非終端的架構）。x86架構的云平臺主要針對于PC端游和主機游戲的云化，ARM架構的云平臺主要針對手游的云化。PC端游和主機游戲?qū)K端性能的要求更高，云化的需求更加強烈。
圖3 云游戲的主要兩種架構
2.2.2 按串流方式：游戲窗口串流與桌面串流
云游戲的產(chǎn)品形態(tài)主要有兩種，游戲窗口串流和桌面串流。前者的特點是云端僅將游戲窗口內(nèi)的畫面串流至本地，只能用于游戲用途，而后者則是將整個桌面串流至本地，通常會預置各類熱門網(wǎng)絡游戲（LOL、DOTA2、PUBG 等）和主流游戲平臺（WeGame、Steam、Origin等），用戶就像在使用網(wǎng)吧電腦一樣。
表2 云游戲的兩種串流方式
2.2.3 按資源形態(tài)：虛擬機流派與物理機流派
目前市場上主流兩種資源形態(tài)，虛擬機流派和物理機流派。虛擬機流派一般采用服務器和專業(yè)顯卡的云端資源組合，并以虛擬化的方式分配資源，較為靈活。而物理機流派的云端資源以一臺臺PC形式存在，顯卡為家用游戲顯卡，對游戲驅(qū)動的適配更好。
表3 云游戲的兩種主要流派
2.3 云游戲整體架構
云游戲整體架構由內(nèi)容層、平臺層、網(wǎng)絡層、終端層協(xié)同構建，如下圖所示。
圖4 云游戲整體架構
內(nèi)容層主要負責游戲內(nèi)容源，主要由游戲提供商提供，從技術角度上，任何端游、主機游戲、手游都可以移植到相同運行環(huán)境的云平臺上。
平臺層主要包含業(yè)務管理系統(tǒng)和云渲染節(jié)點。業(yè)務管理系統(tǒng)負責內(nèi)容、用戶、資源的管理，為云游戲業(yè)務提供資源的調(diào)度和分配。云渲染節(jié)點是云游戲的核心之一，負責響應終端的操作指令，實現(xiàn)邏輯計算、實時渲染、流化編碼、推流等功能。一般情況下一個業(yè)務管理系統(tǒng)可以對多個云渲染節(jié)點進行管理。云渲染節(jié)點一般需要靠近用戶部署。
網(wǎng)絡層主要涉及骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡，如圖5所示；也可以用移動承載的方式，如圖6所示，用5G網(wǎng)絡承載云游戲業(yè)務。網(wǎng)絡層負責連接云平臺和終端，其功能是將云端渲染好的畫面，實時地、穩(wěn)定地傳輸?shù)接脩舻慕K端，網(wǎng)絡質(zhì)量與云游戲體驗的關系緊密，帶寬、時延、抖動、丟包等都會對體驗產(chǎn)生影響。
圖5 固定承載網(wǎng)絡
圖6 移動承載網(wǎng)絡
終端層主要由顯示設備、游戲操作設備組成，顯示設備主要包含PC（臺式或者筆記本）、機頂盒與電視、手機、PAD等，操作設備包括鍵盤、鼠標、游戲手柄等。終端層是用戶接入云游戲的入口，主要接收并解碼來自云平臺的視頻流，并進行顯示呈現(xiàn)，同時對接操作輸入模塊，將操作輸入指令上傳到云平臺。
圖7 終端設備
3 邊緣計算在云游戲產(chǎn)品上的應用與實踐
3.1 移動云云游戲服務平臺
3.1.1 產(chǎn)品介紹
移動云云游戲服務平臺是基于中國移動“5G+云+邊”能力，推出的集邊緣節(jié)點資源開通、游戲資源分配、游戲云化、視頻流編解碼、游戲門戶生成等功能的游戲能力平臺。開展云游戲的合作伙伴，均可使用云游戲服務平臺的PaaS、SaaS能力，快速搭建專屬的云游戲后臺及客戶端，搶占客戶先機，自助開展云游戲業(yè)務運營，對玩家進行管理，無需開發(fā)和維護底層平臺。
3.1.2 產(chǎn)品特點
全面適配
全面適配手機、主機游戲，提供720P、1080P、4k分辨率，30幀、60幀游戲刷新率，采用自適應碼流傳輸技術，玩家無論處于何種環(huán)境，均可享受游戲流暢運行。
快速接入
游戲開發(fā)商、游戲運營商、視頻網(wǎng)站均可通過中國移動云游戲PaaS、SaaS能力快速打造專屬的云游戲平臺，無需投入大量的研發(fā)、硬件、網(wǎng)絡等資源，即可快速開展云游戲運營業(yè)務。
多終端適配
提供Android、PC、H5版本SDK，手機、瀏覽器、機頂盒等設備通過簡單的集成即可快速接入云游戲，擺脫對終端硬件的限制，點開即玩，無需等待。
5G+邊緣加速
遍布全國的邊緣計算節(jié)點，進行游戲本地分流、渲染、計算機音視頻的編解碼，通過5G切片能力引入提供游戲?qū)＞W(wǎng)，保障大帶寬、低延遲，為游戲運行提供QoS保障。
3.1.3 產(chǎn)品架構
圖8 移動云云游戲系統(tǒng)架構
為有研發(fā)實力的游戲廠商，通過PaaS平臺獲得游戲流化、云化應用管理、業(yè)務支撐及游戲應用適配4大核心能力，以SDK、API形式能力輸出，可以將已開發(fā)好的游戲轉(zhuǎn)換為云游戲格式，也可以基于能力進行云游戲開發(fā)：
游戲流化：主要負責包體云化、適配、實例調(diào)度等管理。
應用管理：存儲包體、游戲等元數(shù)據(jù)。
業(yè)務支撐：進行業(yè)務指標監(jiān)控、排隊監(jiān)控等業(yè)務支撐分析。
游戲適配：基于運行方式、操控方式等進行人工適配。
SaaS平臺提供用戶管理、產(chǎn)品管理、配置管理能力：
產(chǎn)品管理：主要負責產(chǎn)品的元數(shù)據(jù)導入、狀態(tài)管理。
用戶管理：主要負責支持用戶信息、在線用戶、訂單狀態(tài)等信息的在線查詢。
配置管理：主要負責登錄認證、數(shù)據(jù)分析、權限管理、系統(tǒng)設置。
3.2 主要技術能力
基于5G核心網(wǎng)UPF轉(zhuǎn)發(fā)面提供聯(lián)接能力，部署邊緣節(jié)點，提供ARM/X86+GPU服務器為云游戲業(yè)務提供算力。通過采用5G+MEC方案，提供貼近用戶的邊緣連接、算力和存儲等資源，構建云游戲邊緣計算網(wǎng)絡，使最終用戶可以就近獲得流暢無卡頓的云游戲業(yè)務體驗。
3.3 邊緣計算能力
5G MEC節(jié)點可在網(wǎng)絡邊緣部署豐富的基礎資源，提升用戶體驗，更好地滿足終端用戶需求。MEC是網(wǎng)絡的自然延伸，是業(yè)務的匯聚點，基于多樣化的業(yè)務數(shù)據(jù)及海量的終端接入，成為5G應用創(chuàng)新高地。
邊緣計算能力
3.4 云網(wǎng)能力
中國移動整合網(wǎng)絡分流能力、機房、邊緣云、網(wǎng)絡切片及云游戲平臺等資源，對外提供云游戲能力SDK，游戲公司直接入駐，使用大網(wǎng)邊緣計算和動態(tài)切片能力融合的云網(wǎng)一體化服務。
云網(wǎng)能力
3.5 PaaS平臺
PaaS平臺：為有研發(fā)實力的游戲廠商，通過PaaS平臺獲得游戲流化、云化應用管理、業(yè)務支撐及游戲應用適配4大核心能力，以SDK、API形式能力輸出，可以將已開發(fā)好的游戲轉(zhuǎn)換為云游戲格式，也可以基于能力進行云游戲開發(fā)。
游戲流化能力：提供流化容器，資源調(diào)度、圖像采集、編解碼等基礎流化能力：支持Windows運行環(huán)境和Android運行環(huán)境。兩種環(huán)境里的應用可以在同一云游戲PaaS平臺里提供。應用同時支持720p、1080p、4K等分辨率啟動；輸出幀率25-60fps可調(diào)；編碼碼率在512Kbps-100Mbps可調(diào)。
應用管理能力：負責云化以后的應用管理，應用分發(fā)，鏡像掛載、熱更管理等；
業(yè)務支撐能力：負責對多租戶的管理、排隊管理、支付及賬單、大數(shù)據(jù)分析及監(jiān)控等；
云游戲應用適配能力：主要是進行游戲云化測試及適配工作。
3.6 SaaS平臺
為中小型游戲廠商或無研發(fā)實力的游戲代理商，通過SaaS平臺快速搭建自己的云游戲后臺及客戶端，除了具備PaaS層相關能力，更重要的是獲得開展云游戲運營的產(chǎn)品管理能力、應用管理能力、用戶管理能力、配置管理四大基礎能力，自主開展云游戲運營業(yè)務，無須開發(fā)和維護云游戲平臺。
應用管理：主要負責游戲的元數(shù)據(jù)、導入、狀態(tài)、服務包的管理。
產(chǎn)品管理：主要負責業(yè)務下平臺產(chǎn)品的管理。支持產(chǎn)品創(chuàng)建、修改；支持產(chǎn)品狀態(tài)機操作（測試、預上線、上線、預下線、下線、強制下線等）。
用戶管理：主要負責支持用戶屬性、用戶信息、在線用戶、訂購關系、訂單狀態(tài)、賬單等信息的在線查詢。
配置管理：主要負責登錄認證、數(shù)據(jù)分析、權限管理、系統(tǒng)設置、智能監(jiān)控等功能。
4 總結與展望
云游戲的本質(zhì)是云端算力的重新分布，具有云端的擴展性，穩(wěn)定性，靈活性和集中管理等特性。云游戲從“端”到“云”和“邊”，解放了用戶側(cè)終端的限制，進而對中心算力需求大增，并且有助于實現(xiàn)算力的高效合理利用和分配。
隨著5G時代的到來，無論是用戶需求還是游戲市場前景，云游戲都將成為5G時代下的殺手級應用，成為5G邊緣計算產(chǎn)品。
參考文獻
[1] 林立，熊金波，肖如良，林銘煒，陳秀華Gaming@ Edge:基于邊緣節(jié)點的低延遲云游戲系統(tǒng).
[2] 武濤，基于5G邊緣計算的云游戲服務平臺系統(tǒng)設計.
[3] 華為技術有限公司，杭州順網(wǎng)科技股份有限公司《云游戲白皮書》.
