Labs 導(dǎo)讀
隨著技術(shù)、架構(gòu)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(yīng)用。邊緣計算是為應(yīng)用開發(fā)者和服務(wù)提供商在網(wǎng)絡(luò)的邊緣側(cè)提供云服務(wù)和IT環(huán)境服務(wù)，“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(luò)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(yīng)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(yīng)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(shù)推進組成員，邊緣應(yīng)用產(chǎn)品組云游戲研發(fā)經(jīng)理。目前負責云游戲服務(wù)平臺的研發(fā)工作。熟悉云游戲應(yīng)用的架構(gòu)設(shè)計方法及方案，對邊緣應(yīng)用的設(shè)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(fù)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(quán)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(yīng)用開發(fā)者和服務(wù)提供商在網(wǎng)絡(luò)的邊緣側(cè)提供云服務(wù)和IT環(huán)境服務(wù)；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(luò)帶寬。
通俗地說：邊緣計算本質(zhì)上是一種服務(wù)，就類似于云計算、大數(shù)據(jù)服務(wù)，但這種服務(wù)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(luò)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(luò)狀況、云服務(wù)器帶寬限制有關(guān)系。由于資源條件的限制，云計算服務(wù)不可避免受到高延遲和網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用程序所帶來的影響。
下圖是一個邊緣計算網(wǎng)絡(luò)的概念圖,它是連接設(shè)備和云端的重要中間環(huán)節(jié)。
圖1 邊緣計算基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
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(wù)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(shè)備和邊緣設(shè)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(wù)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(wù)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(wù)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(wù)，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(luò)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(shù)應(yīng)用，只需將游戲下載到云端服務(wù)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(luò)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(shù)的應(yīng)用，技術(shù)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(shè)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(shè)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(gòu)以及ARM架構(gòu)
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(gòu)和ARM架構(gòu)（這里的x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)是指真正運行游戲的云平臺的架構(gòu)，而非終端的架構(gòu)）。x86架構(gòu)的云平臺主要針對于PC端游和主機游戲的云化，ARM架構(gòu)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(gòu)
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(yù)置各類熱門網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(gòu)
云游戲整體架構(gòu)由內(nèi)容層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、終端層協(xié)同構(gòu)建，如下圖所示。
圖4 云游戲整體架構(gòu)
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(shù)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(wù)管理系統(tǒng)和云渲染節(jié)點。業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)負責內(nèi)容、用戶、資源的管理，為云游戲業(yè)務(wù)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(yīng)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(wù)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(luò)層主要涉及骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)，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(luò)承載云游戲業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)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(luò)質(zhì)量與云游戲體驗的關(guān)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(luò)
圖6 移動承載網(wǎng)絡(luò)
終端層主要由顯示設(shè)備、游戲操作設(shè)備組成，顯示設(shè)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(shè)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(shè)備
3 邊緣計算在云游戲產(chǎn)品上的應(yīng)用與實踐
3.1 移動云云游戲服務(wù)平臺
3.1.1 產(chǎn)品介紹
移動云云游戲服務(wù)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(wù)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(wù)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(yīng)碼流傳輸技術(shù)，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(luò)等資源，即可快速開展云游戲運營業(yè)務(wù)。
多終端適配
提供Android、PC、H5版本SDK，手機、瀏覽器、機頂盒等設(shè)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(gòu)
圖8 移動云云游戲系統(tǒng)架構(gòu)
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(yīng)用管理、業(yè)務(wù)支撐及游戲應(yīng)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(yīng)用管理：存儲包體、游戲等元數(shù)據(jù)。
業(yè)務(wù)支撐：進行業(yè)務(wù)指標監(jiān)控、排隊監(jiān)控等業(yè)務(wù)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(dǎo)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(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置。
3.2 主要技術(shù)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(wù)器為云游戲業(yè)務(wù)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(gòu)建云游戲邊緣計算網(wǎng)絡(luò)，使最終用戶可以就近獲得流暢無卡頓的云游戲業(yè)務(wù)體驗。
3.3 邊緣計算能力
5G MEC節(jié)點可在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署豐富的基礎(chǔ)資源，提升用戶體驗，更好地滿足終端用戶需求。MEC是網(wǎng)絡(luò)的自然延伸，是業(yè)務(wù)的匯聚點，基于多樣化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及海量的終端接入，成為5G應(yīng)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(luò)分流能力、機房、邊緣云、網(wǎng)絡(luò)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(wù)。
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(yīng)用管理、業(yè)務(wù)支撐及游戲應(yīng)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(chǔ)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(yīng)用可以在同一云游戲PaaS平臺里提供。應(yīng)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(yīng)用管理能力：負責云化以后的應(yīng)用管理，應(yīng)用分發(fā)，鏡像掛載、熱更管理等；
業(yè)務(wù)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(yīng)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(guān)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(yīng)用管理能力、用戶管理能力、配置管理四大基礎(chǔ)能力，自主開展云游戲運營業(yè)務(wù)，無須開發(fā)和維護云游戲平臺。
應(yīng)用管理：主要負責游戲的元數(shù)據(jù)、導(dǎo)入、狀態(tài)、服務(wù)包的管理。
產(chǎn)品管理：主要負責業(yè)務(wù)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(yù)上線、上線、預(yù)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(guān)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(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置、智能監(jiān)控等功能。
4 總結(jié)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(yīng)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(wù)平臺系統(tǒng)設(shè)計.
[3] 華為技術(shù)有限公司，杭州順網(wǎng)科技股份有限公司《云游戲白皮書》.
