云游戲關(guān)鍵技術(shù)研究報告-D

1、云游戲關(guān)鍵技術(shù)研究報告前言云游戲是以云計算為基礎(chǔ)的游戲方式，其本質(zhì)為交互性的在線視頻流。云游戲概念自 2000 年被首次提出，歷經(jīng)了初生、萌芽、預(yù)熱和全面發(fā)展幾個階段，每次階段性飛躍的背后都是信息通信基礎(chǔ)技術(shù)的更迭。5G 的商用開啟了云游戲移動化的新篇章，而云游戲也將作為 5G 落地的重要應(yīng)用場景之一，將先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來的革新性體驗傳達給廣大用戶。報告通過對云游戲技術(shù)發(fā)展歷程的回顧、技術(shù)架構(gòu)的概覽、關(guān)鍵技術(shù)的剖析以及保障體系的構(gòu)建，全面闡釋了云游戲是由云計算、 網(wǎng)絡(luò)和流媒體等多種信息通信技術(shù)融合而成的，同時又通過其廣泛的用戶群體和優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容資源，可以迅速形成技術(shù)落地的應(yīng)用示范， 從而反向推進產(chǎn)

2、業(yè)整體發(fā)展的中心思想。報告還歸納了云游戲技術(shù)的幾大發(fā)展趨勢，并指出由于云游戲技術(shù)架構(gòu)可復(fù)用于其他高算力、 大視頻流交互場景，未來有望打破場景界限，實現(xiàn)技術(shù)資源復(fù)用， 創(chuàng)造出更多更新的需求和體驗。云游戲為社會帶來的不僅僅是游戲玩家的體驗升級，更是全世 界信息通信技術(shù)的一場革新。云游戲，未來可期。目錄 HYPERLINK l _TOC_250022 一、技術(shù)發(fā)展歷程1（一）以 Wi-Fi 為傳輸承載力的云游戲雛形初現(xiàn)1 HYPERLINK l _TOC_250021 （二）虛擬化和編解碼技術(shù)助力云游戲產(chǎn)品萌芽1 HYPERLINK l _TOC_250020 （三）云計算技術(shù)提升推動云游戲進入預(yù)熱

3、階段2 HYPERLINK l _TOC_250019 （四）5G 彌補傳輸短板，云游戲進入全面發(fā)展期3 HYPERLINK l _TOC_250018 （五）云游戲是信息通信技術(shù)融合更迭的領(lǐng)跑者5 HYPERLINK l _TOC_250017 二、技術(shù)架構(gòu)總覽7 HYPERLINK l _TOC_250016 （一）參與角色與構(gòu)成要素7 HYPERLINK l _TOC_250015 （二）生命周期與行為分解8 HYPERLINK l _TOC_250014 （三）功能架構(gòu)與部署實現(xiàn)11 HYPERLINK l _TOC_250013 三、關(guān)鍵技術(shù)剖析17 HYPERLINK l _TOC

4、_250012 （一）5G 技術(shù)賦能云游戲移動端便攜屬性17 HYPERLINK l _TOC_250011 （二）邊緣計算實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬與時延的雙贏23 HYPERLINK l _TOC_250010 （三）虛擬化/容器技術(shù)提升資源使用效率27 HYPERLINK l _TOC_250009 （四）高密度 GPU 助力云游戲?qū)崿F(xiàn)算力飛躍33 HYPERLINK l _TOC_250008 （五）流媒體技術(shù)開啟用戶視聽體驗新篇章37 HYPERLINK l _TOC_250007 四、保障體系構(gòu)建40 HYPERLINK l _TOC_250006 （一）云游戲標準化體系40 HYPERLINK

5、 l _TOC_250005 （二）用戶體驗評價體系43五、發(fā)展趨勢展望48 HYPERLINK l _TOC_250004 （一）云原生引領(lǐng)云游戲進入新紀元48 HYPERLINK l _TOC_250003 （二）指令流與視頻流的雙路線融合51 HYPERLINK l _TOC_250002 （三）人工智能技術(shù)讓云游戲更智能53 HYPERLINK l _TOC_250001 （四）信息安全將愈發(fā)受到產(chǎn)業(yè)重視55 HYPERLINK l _TOC_250000 （五）云游戲技術(shù)將實現(xiàn)場景社會化55圖 目 錄圖 12008-2019 年的云游戲發(fā)展歷程5圖 2云游戲參與角色7圖 3云游戲上架

6、部署活動行為分解9圖 4云游戲登錄活動行為分解9圖 5云游戲運行活動流程11圖 6云游戲各要素的功能架構(gòu)圖12圖 7按云計算層級部署的云端架構(gòu)14圖 8云游戲服務(wù)平臺部署架構(gòu)14圖 9云游戲運營平臺部署架構(gòu)15圖 10云游戲全局部署架構(gòu)16圖 11邊緣計算實現(xiàn)架構(gòu)示意圖25圖 12系統(tǒng)直連、容器、虛擬機架構(gòu)示意圖28圖 13三種不同的云游戲技術(shù)實現(xiàn)架構(gòu)29圖 14宿主型虛擬化架構(gòu)示意圖31圖 15裸機虛擬化架構(gòu)示意圖31圖 16進程虛擬化架構(gòu)示意圖32圖 17GPU 直通、GPU 透傳示意圖35圖 18GPU 共享、GPU 虛擬示意圖35圖 19云游戲的框架及用到的流媒體技術(shù)37圖 205G

7、云游戲標準體系框架圖41圖 21ITU-T G.1032 對游戲 QoE 影響因素的劃分46圖 22視頻流云游戲?qū)崿F(xiàn)流程51圖 23指令流云游戲?qū)崿F(xiàn)流程52表 目 錄表格 1云游戲角色及構(gòu)成要素8表格 2云游戲邊緣機房管理解決方案比對分析26表格 3軟件虛擬化技術(shù)實現(xiàn)方案和技術(shù)特點比對30表格 4云游戲主要推流協(xié)議性能對比38表格 5云游戲主流編碼算法特點比對38表格 6視頻流與指令流云游戲特性比對52云游戲關(guān)鍵技術(shù)研究報告（2020 年） PAGE 15一、 技術(shù)發(fā)展歷程（一） 以 Wi-Fi 為傳輸承載力的云游戲雛形初現(xiàn)云游戲本質(zhì)是在線交互性流媒體。云游戲是一種以云計算技術(shù)為 基礎(chǔ)的在線游

8、戲。與以往游戲不同，云游戲的運行在云端服務(wù)器中進 行，將游戲場景渲染成視頻流和圖片流后，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸至玩家的游 戲終端，并獲取玩家輸入指令，形成交互。云游戲場景下，玩家不需 要具備強大圖形運算和數(shù)據(jù)處理能力的游戲終端，其設(shè)備只需要具備 基本的流媒體播放功能和向云端服務(wù)器發(fā)送指令的功能即可。云游戲 使得游戲玩家省去下載、安裝、升級等操作，隨時隨地在多平臺通過 網(wǎng)絡(luò)體驗游戲。云游戲初生階段。早在 2000 年，云游戲的雛形以視頻云游戲的形式出現(xiàn)在大眾視野中。當時的視頻云游戲技術(shù)核心為通過 Wi-Fi 技術(shù)將 PC 游戲從云端傳輸?shù)浇K端手持設(shè)備。然而受限于當時各方面技術(shù)的不完善，視頻云游戲這一概念并

9、沒有得到好的反饋。（二） 虛擬化和編解碼技術(shù)助力云游戲產(chǎn)品萌芽云游戲萌芽階段。2009 年 OnLive、Game String 等公司先后發(fā)布云游戲平臺，學(xué)術(shù)界也相繼發(fā)聲，正式敲定云游戲這一概念。相較于2000 年初生階段，這一時期的技術(shù)更迭給云游戲技術(shù)注入了強力的新生力量。容器概念的提出以及虛擬化技術(shù)的發(fā)展融合推動了云計算 技術(shù)的發(fā)展，在云端高性能服務(wù)器對畫面的渲染能力大幅度提高； H.264/AVC 標準的提出進一步提高了視頻編碼效率，AVS 視頻編碼標準的制定實現(xiàn)了編碼復(fù)雜冗余同編碼效率的折中，云游戲視頻編碼技術(shù)的發(fā)展使得渲染后的畫面質(zhì)量以及占用帶寬得到了進一步的平衡 優(yōu)化；OFDM

10、技術(shù)、智能天線技術(shù)以及 MIMO 技術(shù)等相關(guān)核心技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)傳輸信號質(zhì)量以及網(wǎng)絡(luò)傳輸容量得到大幅度提升。這一時期對于 4G 技術(shù)的探索使得網(wǎng)絡(luò)傳輸能力得到優(yōu)化，在時延以及用戶網(wǎng)絡(luò)波動方面得到了很大的提升，視頻壓縮階段的延遲控制在平均 15ms 內(nèi)，服務(wù)端到客戶端的延遲控制在 100ms 內(nèi)基本可以滿足用戶的游戲體驗。高畫質(zhì)體驗與網(wǎng)絡(luò)帶寬之間的沖突，以及大規(guī)模用戶與服務(wù)器高 負載需求之間的矛盾，使得這一階段的云游戲依然未能實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。 隨著 OnLive 等公司的離席，云游戲這個“新生兒”再一次陷入成長的低迷期，同時也暴露出云游戲發(fā)展中的諸多痛點。首先是技術(shù)問題， 當時 Onlive 的

11、技術(shù)不能提供超一流的游戲體驗，遠遠比不上游戲機； 其次是成本問題，由于當時還沒有 GPU 虛擬化技術(shù)，導(dǎo)致每一個用戶在游戲過程中都需要一臺實體服務(wù)器為其提供支持，運營成本極高， 嚴重入不敷出；最后是游戲版權(quán)問題，Onlive 在其云游戲業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略布局時，側(cè)重于已經(jīng)較為普及的主機游戲，引發(fā)與其他游戲平臺的 惡性競爭，最后因盜版問題失去游戲 CP 的支持。游戲體驗差、運營成本高、盜版問題使得云游戲的第一次產(chǎn)品化嘗試以失敗告終。（三） 云計算技術(shù)提升推動云游戲進入預(yù)熱階段云游戲預(yù)熱階段。2012 到 2018 年，索尼、英偉達、微軟等頭部大廠紛紛探索云游戲服務(wù)。先進的技術(shù)理念使得 2009 年到 2

12、012 年這一時期的運營失敗并未再次澆滅云游戲這團“星星之火”，此后的幾年時間內(nèi)工業(yè)界以及學(xué)術(shù)界紛紛投入資金、時間精力進行云游戲相關(guān)技術(shù)的研究與優(yōu)化。2015 年，索尼收購 OnLive 以提供技術(shù)支持， 同時推出 Playstation Now，允許 PS4 以及 PC 用戶通過串流方式運行 PS2-4 上的高質(zhì)量游戲。2017 年英偉達為 PC 和 Mac 推出了單獨的云游戲服務(wù) GeForce Now，2018 年微軟正式公布新云游戲服務(wù)Project xCloud。這一階段的主要技術(shù)迭代在于視頻壓縮技術(shù)、云計算技術(shù)以及GPU 服務(wù)的優(yōu)化。游戲市場的蓬勃發(fā)展、高清視頻產(chǎn)業(yè)的空前繁榮以及虛

13、擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等沉浸式視頻應(yīng)用的新興作為驅(qū)動，加速了視頻編碼技術(shù)的更迭與標準化，HEVC/H.265、FVC 等編碼標準的提出以及相關(guān)視頻編解碼技術(shù)的應(yīng)用使得云游戲視頻畫面?zhèn)鬏斮|(zhì)量以 及編碼效率得到進一步優(yōu)化。同一時期互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對云計算技術(shù)以及相關(guān)虛擬化技術(shù)提出了新的需求，隨著國內(nèi)外對于云計算標準的制定與完善，云游戲技術(shù)中云端服務(wù)器渲染及負載能力得以滿足用戶需求，編碼技術(shù)的改進以及云端能力的增強使得這一時期的云游戲技術(shù)得以快速發(fā)展，用戶體驗良好，在交互時延以及交互質(zhì)量上達到了傳統(tǒng)游戲的正常水準，各大廠商也隨之紛紛入局部署。受限于 4G 環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的不足以及基站部署數(shù)量的限制，這

14、一時期的云游戲只能在特定環(huán)境下小范圍使用，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化普及，也未能走入大眾視野。（四） 5G 彌補傳輸短板，云游戲進入全面發(fā)展期全面發(fā)展階段。過去十幾年間關(guān)于云游戲技術(shù)的種種優(yōu)化理念使得這一領(lǐng)域的熱度從未有所下降，然而網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的限制以及相關(guān)體系的不完善使其一直未走到臺前呈現(xiàn)于大眾，近年來隨著云計算技術(shù)的成熟，高密度 GPU 服務(wù)器及其虛擬化技術(shù)的發(fā)展、音視頻編碼技術(shù)的成熟、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，云游戲技術(shù)也隨之激發(fā)到新的高度，在用戶體驗以及負載能力方面達到了較高水準。同時 5G 技術(shù)的提出與落實彌補了云游戲技術(shù)的最后一塊空缺，網(wǎng)絡(luò)帶寬負載以及網(wǎng)絡(luò)傳輸能力均得到跳躍式提升，多接入邊緣

15、計算技術(shù)的應(yīng)用為云游戲提供了更高的即時性，降低了云端到終端的傳輸時延，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)則提供了更好的安全性以及網(wǎng)絡(luò)體驗，優(yōu)化了大規(guī)模用戶同時運行的游戲體驗。這一階段的云游戲作為 5G 時代的“殺手級應(yīng)用”已經(jīng)初現(xiàn)端倪，開始被大眾用戶所認知接觸并接受。2019 年 GDC 大會谷歌發(fā)布 Stadia 云游戲平臺，再次將云游戲推向風(fēng)口。Stadia 平臺用戶可以在電腦、筆記本、手機、平板以及電視五個平臺上通過網(wǎng)頁玩游戲，并且可以隨時切換。支持 4K 游戲， 未來更有望支持 8K。2020 年 9 月，微軟公司云游戲服務(wù) xCloud 正式上線；同期，亞馬遜宣布推出 Luna 云游戲服務(wù)。至此，國際互聯(lián)

16、網(wǎng)和云服務(wù)巨頭悉數(shù)進入云游戲行業(yè)。未來云游戲發(fā)展趨勢將會有更強競爭，行業(yè)格局也會逐步明朗；信息通信技術(shù)的更迭會為云游戲帶來里程碑式的技術(shù)提升，促進云游戲行業(yè)不斷成熟。圖 12008-2019 年的云游戲發(fā)展歷程來源：公開資料整理（五） 云游戲是信息通信技術(shù)融合更迭的領(lǐng)跑者云游戲的進步不是單一技術(shù)提升能夠促成，而是需要多種信息技術(shù)融合推動。從云游戲的技術(shù)發(fā)展史可以看出，云游戲的技術(shù)鏈條從 服務(wù)端的云計算技術(shù)，到傳輸過程中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（尤其是移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)），以及用戶接收端的終端技術(shù)均有涉及，涵蓋 CPU/GPU 性能提升、虛擬化/容器技術(shù)、流媒體處理和傳輸、5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、邊緣計算技術(shù)實現(xiàn)/節(jié)點布設(shè)

17、等多種信息通信核心技術(shù)。因此，云游戲的每一 次技術(shù)飛躍，背后都是這些基礎(chǔ)核心技術(shù)的升級迭代。高新視頻是未來 5G 時代應(yīng)用的風(fēng)向標。2020 年 8 月，國家廣電總局提出了“5G 高新視頻”（5G 環(huán)境下具有“更高技術(shù)格式、更新應(yīng)用場景、更美視聽體驗”的視頻）的概念。其中，“高”是指視頻融合4K/8K、3D、VR/AR/MR、高幀率（HFR）、高動態(tài)范圍（HDR）、廣色域（WCG）等高技術(shù)格式；“新”是指具有新奇的影像語言和視覺 體驗的創(chuàng)新應(yīng)用場景，能夠吸引觀眾興趣并促使其產(chǎn)生消費。在 5G 眾多應(yīng)用場景中，高新視頻被公認為是 5G 時代最重要和最早開展的業(yè)務(wù)，愈發(fā)受到社會各界的廣泛關(guān)注。云游

18、戲是 5G 高新視頻領(lǐng)域的排頭兵。5G 高新視頻由云游戲、互動視頻、沉浸式視頻和 VR 視頻構(gòu)成?？v觀即時通信、影視娛樂、短視頻這些 4G 時代的爆款應(yīng)用，其繁榮離不開迎合用戶、技術(shù)實現(xiàn)和內(nèi)容三大基本要素。在四類高新視頻場景中，互動視頻、沉浸式視頻和 VR 視頻的內(nèi)容資源都不夠豐富，部分場景（如沉浸式視頻和頭顯式 VR）還需用戶單獨購置設(shè)備才可使用，導(dǎo)致其用戶群體覆蓋率當前均處于較低水平。而云游戲憑借游戲產(chǎn)業(yè)雄厚的用戶基礎(chǔ)，保守估計已擁有 8kw 的用戶群體；依托“游戲云化”技術(shù)可快速實現(xiàn)移動端和主機端游戲的“一鍵上云”，使其內(nèi)容資源得到了極大程度的豐富。堅實的用戶基礎(chǔ)加上豐富的內(nèi)容資源，注定

19、了云游戲是 5G 高新視頻業(yè)務(wù)落地的先驅(qū)，踐行信息通信領(lǐng)域新技術(shù)的領(lǐng)跑者。云游戲與信息通信技術(shù)的發(fā)展共生。技術(shù)的進步離不開大規(guī)模部 署與應(yīng)用，云游戲憑借規(guī)?；挠脩艋A(chǔ)和優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容資源，成為了 歷代信息通信技術(shù)革新最早的承載者和踐行者。5G 和其他信息通信技術(shù)的發(fā)展為云游戲的實現(xiàn)提供了更好的用戶體驗，打開了云游戲移 動化的新篇章；而云游戲也為 5G 和高新視頻產(chǎn)業(yè)提供了真正被用起來、能走進千家萬戶的“抓手”。隨著云游戲移動場景用戶規(guī)模的不 斷擴大，以 5G 為代表的各類信息通信技術(shù)也將被廣泛應(yīng)用。大規(guī)模使用和實踐將暴露新的問題，而市場會驅(qū)動產(chǎn)業(yè)界集中精銳力量解決 問題，進而實現(xiàn)新一輪的技術(shù)迭代

20、。如此周而復(fù)始，云游戲與信息通 信技術(shù)將形成相互促進，協(xié)同發(fā)展的正向循環(huán)。二、 技術(shù)架構(gòu)總覽本章將遵循“誰、用什么、做什么和怎么做”的邏輯思路，通過 分析云游戲活動的參與角色、構(gòu)成要素、生命周期及其活動行為，最 終給出出云游戲的技術(shù)部署架構(gòu)。（一） 參與角色與構(gòu)成要素硬件廠商云服務(wù)提供商云游戲運營商游戲開發(fā)商云游戲參與角色可分為游戲開發(fā)商、云游戲運營商、方案提供商、 網(wǎng)絡(luò)提供商、終端廠商和云游戲玩家。其中，云游戲運營商又稱云游戲平臺商或渠道提供商；方案提供商可根據(jù)云計算的層級劃分為硬件廠商和云服務(wù)提供商。云終網(wǎng)游戲端絡(luò)提玩廠供家商商圖 2云游戲參與角色來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟云游戲構(gòu)成要素包

21、括云游戲開發(fā)平臺、云游戲運營平臺、云游戲 服務(wù)平臺、網(wǎng)絡(luò)資源、終端設(shè)備和游戲應(yīng)用。參與者與構(gòu)成要素的行 為對應(yīng)關(guān)系為：游戲開發(fā)商在游戲開發(fā)平臺上完成游戲內(nèi)容和技術(shù)實 現(xiàn)的開發(fā)；服務(wù)運營者以云游戲平臺或渠道的形式對云游戲進行分發(fā)、 運營；方案提供商以云游戲服務(wù)平臺和云服務(wù)的形式提供業(yè)務(wù)管理服 務(wù)和云端基礎(chǔ)資源；網(wǎng)絡(luò)提供商提供網(wǎng)絡(luò)資源；終端企業(yè)生產(chǎn)可以用 于云游戲的不同終端產(chǎn)品；而用戶則使用云游戲應(yīng)用產(chǎn)品來玩游戲。表格 1云游戲角色及構(gòu)成要素角色構(gòu)成要素云游戲用戶云游戲?qū)嵗?云游戲應(yīng)用終端廠商終端產(chǎn)品如手機、PC、VR/AR、大屏、手柄等網(wǎng)絡(luò)運營商網(wǎng)絡(luò)資源如移動網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)方案提供商云服務(wù)提供商

22、云游戲服務(wù)平臺（中心云、邊緣云）硬件廠商云服務(wù)（提供基礎(chǔ)資源如 CPU、GPU 和其他硬件）云游戲運營商云游戲運營平臺（各種云游戲平臺、渠道等）游戲開發(fā)商云游戲開發(fā)平臺來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（二）生命周期與行為分解云游戲的整個生命周期歷經(jīng)游戲開發(fā)、上架部署和登陸運行。游 戲開發(fā)流程相對封閉，且各企業(yè)有所不同，在此不做過多探討。在此 對云游戲的上架部署、用戶登錄和游戲運行三個生命周期節(jié)點所涉及 的所有構(gòu)成要素進行行為分解。云游戲上架部署活動的主要參與對象包含游戲開發(fā)者、云游戲平 臺（可以進一步細分為運營平臺、服務(wù)平臺和云服務(wù)）。其具體行為 可分解為：（1）游戲開發(fā)者將基于云游戲適配的客戶端包

23、體及相關(guān)配置信息傳遞給云游戲（運營）平臺。（2）云游戲（運營）平臺對游戲包體做安全掃描等預(yù)處理，使其滿足預(yù)定格式、安全等要求。（3） 云游戲（運營）平臺向云游戲服務(wù)平臺啟動安裝流程，傳遞游戲包體、游戲開發(fā)者云游戲配置信息及游戲包體云游戲運營平臺云游戲服務(wù)平臺云服務(wù)云游戲自動化安全掃描云游戲安裝云游戲部署與配置狀態(tài)返回狀態(tài)返回測試審核審核通過上架部署節(jié)點等信息。（4）云游戲服務(wù)平臺將游戲包體等部署配置到對應(yīng)的節(jié)點。（5）云游戲（運營）平臺運營人員測試、審核云游戲內(nèi) 容。（6）審核通過后，云游戲（運營）平臺發(fā)布并上架該款游戲。來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 3云游戲上架部署活動行為分解云游戲用戶終端

24、云游戲運營平臺登錄信息錄入登錄請求登錄信息驗證登錄響應(yīng)登錄結(jié)果呈現(xiàn)來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 4云游戲登錄活動行為分解云游戲登錄活動的主要參與對象有云游戲用戶、終端和云游戲運營平臺。云游戲登錄活動流程的行為可分解為：（1）用戶輸入游戲大廳登錄賬戶及相關(guān)信息。（2）終端將登錄信息發(fā)送給云游戲（運 營）平臺驗證。（3）云游戲（運營）平臺驗證后返回給終端，用戶 進入登錄后的界面。云游戲運行活動流程主要參與對象包含云游戲用戶、終端、云游 戲運營平臺、云游戲服務(wù)平臺、云服務(wù)和云游戲?qū)嵗溥\行行為可 分解為：（1）用戶點擊開始某游戲。（2）終端攜帶游戲、用戶測速 和地址等信息加載請求并發(fā)送給云游戲（運

25、營）平臺。（3）云游戲（運營）平臺根據(jù)用戶服務(wù)等級，向云游戲服務(wù)平臺請求用戶調(diào)度。（4）云游戲服務(wù)平臺根據(jù)服務(wù)節(jié)點負載情況、資源配比等信息選擇節(jié)點資源，向?qū)?yīng)的云服務(wù)發(fā)送申請。（5）云服務(wù)加載對應(yīng)的實例和游戲。（6）云游戲服務(wù)平臺返回為該用戶分配的實例信息，并傳遞給終端。（7）終端啟動建立與云游戲?qū)嵗陌踩B接和傳輸通道。用戶通過終端屏幕、手柄等設(shè)備輸入指令傳遞給云端實例，實例通過本地音視頻流采集、編碼再傳輸給終端，終端實現(xiàn)音視頻播放。云游戲用戶終端云游戲運營平臺云游戲服務(wù)平臺云服務(wù)云游戲?qū)嵗c擊開始游戲加載請求用戶調(diào)度選擇匹配節(jié)點資源云資源申請加載實現(xiàn)加載響應(yīng)調(diào)度響應(yīng)云資源響應(yīng)建立云游戲?qū)嵗?/p>

26、連接輸入游戲指令音視頻流解碼&傳輸連接云游戲?qū)嵗憫?yīng)游戲指令音視頻流音視頻流串流&傳輸音視頻輸出來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 5云游戲運行活動流程（三）功能架構(gòu)與部署實現(xiàn)云游戲功能架構(gòu)通過對各個要素的主要行為分析，可得出每個行為活動涉及的功 能點，從而提煉出云游戲各要素的功能架構(gòu)。云游戲的功能架構(gòu)可分 為終端、網(wǎng)絡(luò)、云端、其他和跨層五個不同層級。功能架構(gòu)的明確為 進一步厘清云游戲的技術(shù)架構(gòu)和部署實現(xiàn)提供了必要的依據(jù)。終端手機 、PC 、電視APP瀏覽器 網(wǎng)絡(luò)固定網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)云端其他硬件ARM/X86GPU邊緣云中心云云計算云游戲平臺云游戲服務(wù)平臺接入管理 流化管理 游戲管理云游戲運營平臺用戶服

27、務(wù) 開發(fā)者服務(wù) 內(nèi)容服務(wù)游戲 N游戲 2游戲 1其他直播渠道跨層功能來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 6云游戲各要素的功能架構(gòu)圖終端功能層是云游戲的表現(xiàn)層。包括用戶輸入數(shù)據(jù)的收集、云游 戲畫面顯示和聲音播放等，用戶終端及其支持的設(shè)備包括但不僅限于 手機、平板、PC、大屏、機頂盒以及鼠標鍵盤、游戲手柄等。網(wǎng)絡(luò)功能層是云游戲的傳輸層。該層將終端用戶的操作指令傳輸 到云端，并將云端的視頻流回傳給終端。網(wǎng)絡(luò)包含無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng) 絡(luò)，需要高帶寬低時延的性能來滿足云游戲的傳輸體驗要求。云端功能層由基礎(chǔ)硬件、云計算、云游戲平臺及其上運行的云游戲共同構(gòu)成?；A(chǔ)硬件是云端功能層的基石?；A(chǔ)硬件主要由基于x86 服務(wù)

28、器的虛擬機架構(gòu)或基于ARM 服務(wù)器虛擬機架構(gòu)和GPU 以及其他硬件共同實現(xiàn)?；A(chǔ)硬件提供圖形處理、運算處理能力，并配合 提供云主機、云容器引擎、彈性伸縮等服務(wù)。云計算主要分為中心云 和邊緣云，邊云協(xié)同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、計算等功能。云游戲平臺主要包含云游戲運營平臺功能和云游戲服務(wù)平臺。云游戲服務(wù)平臺主要提 供接入管理、流化管理和游戲管理等功能；云游戲運營平臺主要提供 用戶服務(wù)、開發(fā)者服和內(nèi)容服務(wù)等功能。其他功能層包括了云游戲渠道和直播功能。跨層功能層包括了一系列功能組件。這些功能組件與其上方三層 組件進行交互以提供支撐能力。這些支撐能力包括但不限于監(jiān)控服務(wù)、 授權(quán)和安全策略、認證和身份管理。云游戲

29、部署實現(xiàn)云游戲是基于云計算的交互視頻流，其云端功能層的部署是重中 之重。從云計算層級看，可將云端部署分為 SaaS、PaaS 和 IaaS 的三層架構(gòu)。SaaS 層面向云游戲（運營）平臺，專注于面向用戶做游戲推廣，與游戲內(nèi)容開發(fā)商合作游戲內(nèi)容運營等。PaaS 層面向云游戲服務(wù)平臺，以云端串流、運行實例和游戲管理、智能調(diào)度、組員管理為 核心功能，承載了云游戲算力帶寬成本和游玩體驗的訴求。IaaS 層面向基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)，主要用于提供基礎(chǔ)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源，包括 中心云和邊緣云。來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 7 按云計算層級部署的云端架構(gòu)從云游戲要素看，可將云端部署分為云游戲服務(wù)平臺和運營平臺兩方

30、面來部署。圖 8云游戲服務(wù)平臺部署架構(gòu)來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟云游戲服務(wù)平臺部署架構(gòu)主要包含三個部分。一是終端 APP 上的 SDK；二是部署在邊緣云和中心云的業(yè)務(wù)面功能，負責(zé)用戶接入管理（含鑒權(quán)管理、多協(xié)議傳輸、控制通道、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、安全防護等）、流化管理（音視頻采集、音視頻編碼、視頻轉(zhuǎn)碼和智能碼率控制等）； 三是部署在中心云的管理面，負責(zé)游戲管理（實例管理、鏡像管理、 部署與配置、資源計量、費用與賬單、游戲狀態(tài)管理、游戲調(diào)度、用戶體驗管理等）。圖 9云游戲運營平臺部署架構(gòu)來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟云游戲運營平臺部署架構(gòu)由用戶服務(wù)、開發(fā)者服務(wù)、游戲內(nèi)容管理構(gòu)成。用戶服務(wù)是面向終端用戶的相關(guān)服

31、務(wù)。主要包含賬號管理、 認證與鑒權(quán)、用戶調(diào)度、訂購計費、用戶社區(qū)、防沉迷等。開發(fā)者服務(wù)是面向游戲內(nèi)容開發(fā)者的相關(guān)服務(wù)。主要包含開發(fā)者簽約、云游戲開發(fā)與測試、聯(lián)合運營、運營報表、財務(wù)結(jié)算等。游戲內(nèi)容管理主要包含游戲上下架、搜索與推薦。云游戲的全局部署架構(gòu)應(yīng)基于成本、用戶體驗和可靠性等多方面 進行綜合考慮。一是對游戲時延、用戶體驗要求高的云游戲服務(wù)平臺 算力下沉邊端靠近用戶側(cè)，縮短時延，提升用戶體驗；中心云部署用 于時延不敏感的云游戲或者邊緣云資源池儲備備選。二是云游戲服務(wù) 平臺管理面以及云游戲(運營)平臺應(yīng)以中心云部署為主，實現(xiàn)全局資 源信息統(tǒng)一管理和高可用性。三是應(yīng)能實現(xiàn)邊邊協(xié)同，邊云協(xié)同，能

32、 夠滿足彈性資源調(diào)度和高可靠性需求。云游戲關(guān)鍵技術(shù)研究報告（2020 年）圖 10云游戲全局部署架構(gòu)來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟16云游戲關(guān)鍵技術(shù)研究報告（2020 年） PAGE 47三、關(guān)鍵技術(shù)剖析（一）5G 技術(shù)賦能云游戲移動端便攜屬性第五代移動通信（5G）技術(shù)代表了現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。 5G 將驅(qū)動社會從人與人之間的寬帶互聯(lián)逐步擴展到萬物互聯(lián)，從而更加深刻地影響未來人類社會的生活和工作方式。增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）是 5G 典型的三大應(yīng)用場景。增強移動寬帶的典型應(yīng)用包括超高清視頻、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等。超高可靠低時延通信的

33、典型應(yīng)用包括工 業(yè)控制、無人機控制、智能駕駛控制等。海量機器類通信的典型應(yīng)用 包括智能家居、智能健康等。1.5G 技術(shù)賦能云游戲5G 賦能移動通信技術(shù)填補云游戲移動場景短板。4G 使得隨時隨地看視頻成為可能，并讓以移動互聯(lián)網(wǎng)為平臺，手機為載體的手游火 遍大江南北?？梢姡婕覍τ螒虻男枨蟪擞螒騼?nèi)容、畫質(zhì)、交互等 因素之外，對其移動性的要求也很高。手游的走紅完美地證明了，移 動場景為游戲帶來了隨時可玩的便利，填補了用戶在工作生活中各種 等待場景下的縫隙時間，既能使內(nèi)容簡易傳送也能為玩家所接受。云 游戲可在瘦客戶端上支持 3A 大作的暢玩，如若其能同時兼?zhèn)涫钟蔚囊苿颖憷?，則云游戲?qū)⒏悠鹾贤婕业?/p>

34、需求。5G 之前的網(wǎng)絡(luò)由于傳輸能力的限制，無法支持云游戲的移動場景，導(dǎo)致云游戲因可移動 性和便攜體驗較差，而無法為廣大玩家所熟識。5G 提供的高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)傳輸能力是決定云游戲移動端運行的關(guān)鍵。大帶寬（碼率）、低時延響應(yīng)和高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性是 5G 技術(shù)為云游戲提供的保證其運行的基石。云游戲高帶寬需求云游戲的多媒體流較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)游戲而言，需要消耗更多帶寬。游 戲場景渲染的多媒體流質(zhì)量取決于網(wǎng)絡(luò)通信帶寬，畫質(zhì)越高的多媒體 流，消耗的帶寬資源也會越高。高清云游戲(1080P 30fps)在 H264 編碼條件下，碼率可達 8000Kbps 左右，網(wǎng)絡(luò)帶寬需達到 10Mbps 才能穩(wěn)定流暢運行。隨著應(yīng)用終端擴展

35、到大屏電視、VR 等設(shè)備，對分辨率和幀率的要求逐步提高(4K/8K，60fps/120fps)，碼率也隨之提高。初步估算，4K 60fps 的超高清云游戲碼率(H264 編碼)大概在 60Mbps 到 70Mbps，考慮網(wǎng)絡(luò)抖動因素后，需至少 80Mbps 網(wǎng)絡(luò)帶寬才能保持穩(wěn)定流暢運行。4G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的帶寬值遠遠不能滿足云游戲?qū)W(wǎng)絡(luò)帶寬的需求， 網(wǎng)絡(luò)傳輸能力成為云游戲過去十年間發(fā)展的最大阻礙。從理論值上看， 大規(guī)模商用的 TDD-LTE 和 FDD-LTE 的 4G 服務(wù)理論下行帶寬是100150Mbit/s；在實際運營中，單基站提供的 4G 專用下行帶寬會縮水至 80Mbit/s 左右，而

36、這 80Mbit/s 并不是由一個終端用戶獨享的， 是由接入基站的終端共享，這就導(dǎo)致用戶實際體驗到的下行帶寬往往 在 1030Mbit/s。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號監(jiān)測公司 Open Signal 對全球 77 個國家調(diào)查的數(shù)據(jù)可知，截至2018 年2 月，全球4G 平均網(wǎng)速為16.9Mbit/s； 根據(jù)寬帶發(fā)展聯(lián)盟發(fā)布的中國寬帶速率狀況報告可知，我國 2018第四季度移動寬帶用戶使用 4G 網(wǎng)絡(luò)訪問互聯(lián)網(wǎng)的平均下載速率為22.05Mbit/s。相較于 4G，5G 提供了充足的帶寬空間，為云游戲的運行提提供了保障。國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的關(guān)于 5G 網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)范顯示， 5G 用戶端下行速理論值可達

37、20Gbit/s，上行速可達 10Gbit/s，為目前商用 4G 帶寬的 100 倍；即使考慮到大規(guī)模商業(yè)化時的性能縮減和帶寬共享，也能滿足 3550Mbit/s 的云游戲要求。目前，華為在實地測試中已實現(xiàn)的 5G 網(wǎng)速記錄為 3.67Gbit/s，隨著技術(shù)的不斷成熟，實際可用的網(wǎng)速將進一步提升，云游戲?qū)W(wǎng)速的需求在移動端將有望得 到滿足。高速率不僅可以輕松實現(xiàn) 4K 超高清游戲畫面?zhèn)鬏敚材軐⒂螒蜓舆t從 4G 時代的 4050 毫秒降低至 1020 毫秒，從而帶來更流暢的交互體驗。云游戲低延遲需求首先，傳統(tǒng)意義上的交互延遲只是多人在線游戲系統(tǒng)的一個問題， 單人游戲通常不考慮交互延遲的問題，而

38、云游戲則徹底改變了這一點。 現(xiàn)在所有游戲都可以遠程渲染，并流回到玩家的瘦客戶端。因此，即 使對于單人游戲，我們也必須考慮交互延遲的問題。其次，傳統(tǒng)的在線游戲系統(tǒng)通常會在操作者到達游戲服務(wù)器之前就在其本地系統(tǒng)上呈現(xiàn)操作，從而隱藏交互延遲所帶來的影響。例如，玩家在操控游戲 中的角色移動時，本地游戲可以立即在本地渲染并執(zhí)行，即使游戲服 務(wù)器在幾毫秒內(nèi)都沒有進行位置更新，也絲毫不影響用戶的操控體驗。 而云游戲的渲染過程全部在云平臺中實現(xiàn)，客戶端無法通過本地操作來協(xié)助向玩家隱藏交互延遲。云游戲的產(chǎn)品和技術(shù)特點導(dǎo)致其與傳統(tǒng)游戲相比，對延時的要求更為苛刻。若使用目前已有的 4G 網(wǎng)絡(luò)和 Wi-Fi，在網(wǎng)絡(luò)正

39、常的情況下，云游戲的響應(yīng)延遲大約在 50ms-140ms 范圍內(nèi)波動。對操作響應(yīng)延遲要求較高的游戲（例如:動作類、格類、MOBA 類、第一人稱射擊類、賽車類等），仍和本地游戲在體驗上有較為明顯的差距，需要進一步降低操作響應(yīng)延遲。而 VR 設(shè)備由于其頭顯的特殊性，延遲較大時會使人產(chǎn)生暈動癥 (motion sickness)，需要把延遲控制在20ms 以內(nèi)才能有效控制排斥反應(yīng)。云游戲整體時延中網(wǎng)絡(luò)傳輸時延占比超 70%。據(jù)學(xué)者研究，以某云游戲 Demo 166ms 時延為例，包括輸入、操作網(wǎng)絡(luò)傳輸、云端游戲渲染、視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸和解碼等時延，其中網(wǎng)絡(luò)傳輸時延竟高達 120ms， 占比總延遲的 70%

40、以上。雖然對于不同的游戲類別，不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會造成該數(shù)值和比例的波動，但網(wǎng)絡(luò)時延若不能得到有效的降低，那么云游戲必然還會卡在“時延”這一關(guān)，無法進行大規(guī)模應(yīng)用與發(fā)展。由此可見，5G 時代無線+核心網(wǎng)絡(luò)整體的優(yōu)化改善已成為降低時延的關(guān)鍵。5G 通過物理實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)升級和軟件優(yōu)化多重技術(shù)可大幅提升傳輸速率，降低時延。一是 5G 技術(shù)引入了更為豐富的頻譜資源以及大規(guī)模天線技術(shù)（MIMO），能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)速率。二是 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中提出的全光網(wǎng)是實現(xiàn)低時延的重要支撐技術(shù)，新型的多址技術(shù)可 以節(jié)省調(diào)度開銷，同時基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，并采用 FlexE 技術(shù)使業(yè)

41、務(wù)流以最短、最快的路由到達目的用戶。三是 5G 技術(shù)改善了接入側(cè)的網(wǎng)絡(luò)時延，30KHz 的子載波間隔、上行免調(diào)度以及兩個符號微時隙的配置方案可使空中 接口雙向時延降低至 1ms 以下；同時邊緣計算節(jié)點可改善核心網(wǎng) TTL 時延，將核心網(wǎng)下沉到接入層可實現(xiàn)基站到核心網(wǎng)的延遲在 13ms 以內(nèi)。云游戲網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性（低抖動）需求在當前硬件編解碼相對可控的條件下，網(wǎng)絡(luò)抖動會造成游戲畫面幀間隔不均衡的問題，從而導(dǎo)致游戲畫面不流暢。具體現(xiàn)象一般表現(xiàn)為以下兩種情況：一是相連幀到達終端的時間差變大，可能導(dǎo)致終端顯示完當前幀，但下一幀卻沒有及時到達，從而造成畫面的停頓現(xiàn)象； 二是相連幀同時到達終端，這可能會導(dǎo)致終

42、端只顯示最新幀，從而造成畫面的跳幀現(xiàn)象。4G 時代的共享型網(wǎng)絡(luò)模式不能滿足云游戲?qū)W(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的需求。4G 時代的網(wǎng)絡(luò)是共享模式，對業(yè)務(wù)來說，網(wǎng)絡(luò)其實是不確定的，體驗是時好時壞的（取決于接入的人數(shù)和你能搶到的帶寬）；真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)速不斷波動，穩(wěn)定性較差，游戲中平均下載速率尚難以有 效維持，高清、重度游戲的流暢運行更是難以得到保證。如何解決網(wǎng) 絡(luò)共享帶來的抖動問題，也是云游戲在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上需要解決的一個痛 點。5G 切片技術(shù)可為云游戲提供其運行所需的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片是在物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，利用虛擬化技術(shù)切分出多個端到端的虛擬網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)間采用邏輯隔離，每個個體都擁有獨立的設(shè)備、接入、傳輸和核 心網(wǎng)，

43、可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)和資源的互不影響。網(wǎng)絡(luò)切片利用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技 術(shù)，可根據(jù)云游戲場景的網(wǎng)絡(luò)需求，實現(xiàn)定制化的云游戲?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)環(huán) 境，從而滿足無抖動的網(wǎng)絡(luò)需求。5G 網(wǎng)絡(luò)切片是端到端的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力，需要產(chǎn)業(yè)鏈全方位支持才能得以實現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)拉通和推動難度較大。5G 網(wǎng)絡(luò)切片作為一種全新的業(yè)務(wù)能力，可實現(xiàn)端到端切片功能，需要終端操作系統(tǒng)、終端應(yīng) 用程序、終端通信協(xié)議的全方位支持，才能得以實現(xiàn)。同時，5G 網(wǎng)絡(luò)切片還涉及 5 大國際標準組織（3GPP、ITU、IETF、ETSI、GSMA） 的多領(lǐng)域研究，缺少跨領(lǐng)域協(xié)同，目前進展相對較慢。想要打通全產(chǎn) 業(yè)鏈（OS 廠商、芯片廠商、終端廠商、APP 開發(fā)商以及標準化

44、組織） 共同探索，就需要一個可以實現(xiàn)市場化推動的應(yīng)用抓手，而云游戲正 式承擔(dān)該角色的不二之選。2.云游戲踐行 5G 落地通過技術(shù)場景落地獲得用戶認可，進而形成市場化驅(qū)動力是 5G 發(fā)展所必須的源泉。任何技術(shù)的更迭和發(fā)展都是在實踐與應(yīng)用中完成 的。自 2019 年 5G 商用后，坊間曾流傳過 5G 最大的應(yīng)用是用來“測速”的玩笑，而玩笑的背后暗藏的則是 5G 技術(shù)雖然實現(xiàn)了“速度提升”，但是卻“無人使用”的尷尬。對 5G 技術(shù)而言，如何讓先進的技術(shù)真正的、快速的為廣大用戶所接受和使用，獲得 C 端的認同， 也是其發(fā)展推廣面臨的難題。云游戲也是 5G 技術(shù)落地的重要應(yīng)用場景。云游戲的出現(xiàn)，恰到好處

45、的解決了 5G 技術(shù)應(yīng)用落地的問題。5G 高速率、低延遲的特性為云游戲的發(fā)展提供了良好的條件；而實際上，云游戲也逐漸成為 5G 技術(shù)的重要應(yīng)用場景。自動駕駛、智慧醫(yī)療、在線教育等 5G 規(guī)劃的應(yīng)用場景給人們帶來了無限的幻想，然而現(xiàn)有的技術(shù)水平和用戶既定的生活習(xí)慣不是一時半會能提升和改變的，美好的愿景還需要時間的積累；然而云游戲憑借游戲產(chǎn)業(yè)多年來的積淀，其需求和用戶群體已成規(guī)模，無論從技術(shù)可行性還是需求迫切性來看，它都是 5G 離用戶最近、離落地最近、離實現(xiàn)商業(yè)化價值最近的選擇，云游戲也因此被稱為應(yīng)用層面最先火起來的“5G 風(fēng)口”。5G 與云游戲是先進技術(shù)與場景落地的互促共生關(guān)系。5G 助力云游

46、戲發(fā)展，而云游戲的率先落地也將樹立 5G 行業(yè)的應(yīng)用標桿。5G 發(fā)展初期，SA 標準和網(wǎng)絡(luò)部署均需要一定的時間，C 端的超高清視頻、云游戲、VR/AR 等成為體現(xiàn) 5G 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的重要特色業(yè)務(wù)。云游戲等娛樂內(nèi)容有望成為 5G 商用最先落地的場景之一，云游戲的率先落地將會為其他行業(yè)在技術(shù)標準、商業(yè)模式等方面帶來一定的借鑒意 義，更好地推進 5G 在無人駕駛、智能能源、智能制造、智慧城市等各領(lǐng)域的落地應(yīng)用。因此，5G 與云游戲不是一方成就了另一方，而是緊密相連，共同進步，互促共生的關(guān)系。（二）邊緣計算實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬與時延的雙贏邊緣計算是云計算的延伸，是云計算下沉到戶側(cè)的觸點。邊緣計 算區(qū)別于傳統(tǒng)的中

47、心式計算，將計算節(jié)點部署在更加靠近用戶的小型、 微型機房。這些機房規(guī)模雖小，但分布更廣泛、地理位置更為下沉，相比將所有資源都部署到中心節(jié)點，能更好的觸及用戶，提供優(yōu)質(zhì)的 訪問資源。同時，邊緣計算依靠開放平臺為載體，為用戶提供云環(huán)境、PaaS 能力和相應(yīng)的邊緣業(yè)務(wù)，以在用戶近端實現(xiàn)更安全、實時的智能化業(yè)務(wù)。邊緣計算技術(shù)使得云游戲在保障網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時降低端到端時延成為可能。在云游戲全流程場景中，服務(wù)端到用戶端的網(wǎng)絡(luò)時延和 帶寬無疑是最重要的一環(huán)，如何保證網(wǎng)絡(luò)時延和帶寬的穩(wěn)定也成為了 云游戲的一大關(guān)鍵痛點。而邊緣計算技術(shù)將計算節(jié)點部署到邊緣機房， 使得計算節(jié)點在地理位置上更靠近用戶，從而在物理上有效

48、的提升傳 輸效率。云游戲結(jié)合邊緣計算技術(shù)，將云游戲部分業(yè)務(wù)能力下沉到邊 緣節(jié)點，利用無線接入網(wǎng)就近提供用戶所需的云游戲服務(wù)，可以在保 障網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時降低端到端時延。邊緣計算是運營技術(shù)、信息技術(shù)以及通訊技術(shù)三者的融合。邊緣 計算包含了設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與應(yīng)用四域；其平臺提供者主要提供在 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（包括總線）、計算能力、數(shù)據(jù)存儲與應(yīng)用方面的軟硬件基 礎(chǔ)設(shè)施；而其計算對象則是由設(shè)備域、網(wǎng)絡(luò)域、數(shù)據(jù)域和應(yīng)用域構(gòu)成。 每個領(lǐng)域都有其對象對應(yīng)的問題，給邊緣計算本身技術(shù)實現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)價 值鏈整合帶來了一定的困難和挑戰(zhàn)。圖 11邊緣計算實現(xiàn)架構(gòu)示意圖來源：公開資料整理邊緣組網(wǎng)管理、機房運維技術(shù)和節(jié)點成本控制既是面

49、向云游戲場 景的邊緣計算發(fā)展面臨的主要問題，也是邊緣計算發(fā)展自身面臨的問 題。邊緣組網(wǎng)管理問題。由于邊緣機房的帶寬質(zhì)量不如 BGP IDC 穩(wěn)定、公網(wǎng) IP 數(shù)量較少，因此如何對邊緣機房進行組網(wǎng)管理也是一個實踐中不小的挑戰(zhàn)。一般而言，借助 tinc、WireGuard、ZeroTier 等SDN 技術(shù)，運營方可在邊緣之間組建內(nèi)部管理網(wǎng)絡(luò)，從而對邊緣節(jié)點進行管理和升級，但這類 SDN 技術(shù)通常只運用于內(nèi)部管理網(wǎng)絡(luò)， 而云游戲場景下用戶需要直接連接到服務(wù)器。云游戲場景下的解決方案主要有會話穿越應(yīng)用程序（STUN）方案和中繼穿越（TURN）方案。兩種方案都有一定的缺陷，未來若 IPv6邊緣和用戶的覆

50、蓋率能有所提升，直接使用 IPv6 進行通信或?qū)⑹亲顬榉€(wěn)定可靠的方案。表格 2云游戲邊緣機房管理解決方案比對分析技術(shù)方案實現(xiàn)原理優(yōu)勢缺點會話穿越應(yīng)用程序（STUN）基于RFC5389定義的STUN(SessionTraversal Utilities for NAT，NAT 會話穿越應(yīng)用程序)協(xié)議進行“UDP 打洞“。STUN 協(xié)議可使得位于NAT 后沒有公網(wǎng) IP 的的客戶端和服務(wù)器，在兩個同時處可以有效地連接沒有公網(wǎng) IP 的邊緣節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜的用戶端而言還是有所欠缺于 NAT 之后的主機之間創(chuàng)建UDP 連接，實現(xiàn) p2p 通信。中繼穿（TURN）越基于RFC5766定義的TURN(

51、Traversal Using Relays around NAT，使用中繼進行NAT 穿越)。TURN 是 STUN協(xié)議的一個擴展，通過雙方都轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器一般在邊緣機房就近架設(shè)，邊緣節(jié)點通過內(nèi)網(wǎng)即可訪問，數(shù)據(jù)量大時， 服務(wù)器的并發(fā)和處理能力成為瓶頸能訪問的公網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，用對延遲影響較戶便能和邊緣節(jié)點進行通信。來源：公開資料整理機房運維技術(shù)。邊緣節(jié)點數(shù)量眾多、位置分散，大量下沉點給運 維帶來新的挑戰(zhàn)。除了要做好機房內(nèi)部的日常維護外，一個合適的可 用性調(diào)度策略也是必不可少的。由于云游戲負載現(xiàn)階段難以通過熱遷 移以在機房間進行遷移，若機房在有玩家進行游戲的時候出現(xiàn)穩(wěn)定性 問題，運營方只能中斷游戲，

52、這對用戶的體驗是一種極大的損害。對于邊緣計算機房來說，需要建立智能化的運維系統(tǒng)，快速定位 到故障點；對于邊緣服務(wù)器來說，需要提供狀態(tài)采集、運維控制和管 理的接口，以支持實現(xiàn)遠程、自動化管理；從運維策略來看，結(jié)合用 戶運營數(shù)據(jù)，也可以對機房運維進行指導(dǎo)，從而最大程度上降低單個 機房的穩(wěn)定性對整體服務(wù)穩(wěn)定性的影響。在未來，借助人工智能運維 技術(shù)，運營方可更好地管理自己的邊緣節(jié)點，降低人力成本，從而提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。節(jié)點成本控制。邊緣計算節(jié)點的下沉力度直接影響最終用戶體驗， 同時又受制于成本的考慮。下沉力度越強，用戶感知體驗越高，但于 邊緣機房在實踐中經(jīng)常以小型或者微型形態(tài)進行部署，因而其較難享

53、受到規(guī)模效應(yīng)帶來的成本紅利，因此需要仔細考慮邊緣節(jié)點的硬件成 本。以硬盤為例，在云游戲場景的硬件設(shè)施中，硬盤也是重要的一環(huán)， 大型游戲所占用的硬盤資源不可小覷。如果無法在邊緣機房部署存儲 服務(wù)器實現(xiàn)硬盤資源共享，那么硬盤帶來的額外成本也不會太低。云游戲的高速發(fā)展可幫助邊緣計算解決部署成本問題，進而倒推動管理和運維技術(shù)提升?，F(xiàn)階段，受制于成本限制，大規(guī)模的部署邊 緣下沉點還不太現(xiàn)實，最終邊緣計算的效果可能并不不盡如人意。而云游戲因為擁有大規(guī)模用戶和視頻資源，是當前最有可能率先實現(xiàn)盈 利的高新視頻產(chǎn)業(yè)。在市場化驅(qū)動下，邊緣計算提供者有動力為發(fā)展 云游戲業(yè)務(wù)而大規(guī)模部署邊緣計算節(jié)點；設(shè)備的大規(guī)模部署

54、和應(yīng)用必 然帶來管理和運維技術(shù)提升的需求，從而帶動整個邊緣計算產(chǎn)業(yè)的技 術(shù)水平提升。（三）虛擬化/容器技術(shù)提升資源使用效率容器/虛擬化技術(shù)伴隨著云服務(wù)的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在云端各 個場景。容器和虛擬化技術(shù)的目的是一致的：模擬、隔離和共享真實 的硬件環(huán)境，在大規(guī)模硬件的云服務(wù)場景下，相關(guān)技術(shù)為硬件的管理和使用提供了極大便利。虛擬化技術(shù)發(fā)展較早，通過完整模擬硬件的方式，使得多個虛擬的系統(tǒng)共享硬件，提高硬件使用率。容器則是相對年輕的技術(shù)方案，相比虛擬機而言去除了完整模擬硬件的部分，通過宿主系統(tǒng)進行資源隔離，性能、啟動速度優(yōu)于虛擬化，近年來發(fā)展 迅猛，逐漸成為更為主流的云端技術(shù)，與虛擬化相互補充、融合

55、。容器/虛擬化技術(shù)是云游戲運行環(huán)境的基石。云游戲在云端運行時的一大特點就是高并發(fā)性，如果采用系統(tǒng)直連方式（一臺服務(wù)器資源運行一路游戲），將造成資源的巨大浪費；如將多路游戲直接放于服務(wù)器中運行，將造成物理資源分配不均、數(shù)據(jù)隔離性差等問題。因此采用容器或虛擬化技術(shù)，將計算元件按照虛擬單位劃分和運行，既解決了高并發(fā)狀態(tài)下的資源復(fù)用問題，也能達到較好的環(huán)境隔離和隱私效果。依托容器/虛擬化技術(shù)，可最大化挖掘服務(wù)端硬件性能，控制和管理海量應(yīng)用程序，是進一步降低云游戲運行成本的關(guān)鍵之一。來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 12系統(tǒng)直連、容器、虛擬機架構(gòu)示意圖云游戲的虛擬化/容器方案與服務(wù)端硬件架構(gòu)、客戶端展現(xiàn)形式

56、 緊密聯(lián)動，形成了不同路徑的云游戲技術(shù)實現(xiàn)架構(gòu)。目前云游戲行業(yè) 使用的容器技術(shù)從平臺類型維度劃分有 Windows、Linux 和Android， 從虛擬化維度劃分有桌面型和進程型，而從終端訪問方式維度劃分又 分為專用 APP 和 Web 型，不同劃分維度間又有相互映射關(guān)系。從整體技術(shù)架構(gòu)實現(xiàn)來看，由于 Linux 系統(tǒng)在現(xiàn)有游戲中使用率不高，云游戲現(xiàn)有的虛擬化方案分為基于 Windows（X86）架構(gòu)的虛擬化/容器方案，以及基于 Android 的容器技術(shù)。來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 13三種不同的云游戲技術(shù)實現(xiàn)架構(gòu)基于 X86 架構(gòu)的服務(wù)器虛擬化。該技術(shù)是通過在硬件和應(yīng)用運行環(huán)境間引入虛

57、擬化層，該層允許多個運行環(huán)境實例同時運行在一臺 物理服務(wù)器上，動態(tài)分區(qū)和共享所有可用的物理資源。隨著云計算技 術(shù)的不斷發(fā)展，其對資源池能力輸出不斷提出更高要求，純軟件的虛 擬化方式已不能滿足需求，硬件虛擬化技術(shù)開始蓬勃發(fā)展。當前新一 代的處理器對虛擬化的支持已經(jīng)下沉到芯片級。硬件層面。芯片虛擬化技術(shù)經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段。第一階段是面向計算能力的共享，主要針對 CPU、內(nèi)存、和 I/O 硬件的虛擬化； 第二階段是面向異構(gòu)服務(wù)器的虛擬化，衍生出了對 GPU，F(xiàn)PGA 等專業(yè)計算芯片的虛擬化方案，以應(yīng)對算力從單一依賴 CPU 擴展到多種體系架構(gòu)共同支撐的異構(gòu)局面。軟件層面。就云游戲的場景需求而言，可以

58、分為兩類虛擬化技術(shù)，一類是基于管理程序 Hypervisor 的桌面虛擬化技術(shù)，另一類是基于 Sandboxie 的進程虛擬化技術(shù)。其中桌面虛擬化技術(shù)又分為兩種， 一種稱為宿主型（Host OS）虛擬化，另一種是裸機（Bare-meta）虛擬化，其技術(shù)特點和優(yōu)劣勢比較可參見下表。對于云游戲業(yè)務(wù)的使用場景來說，桌面虛擬化和進程虛擬化各有所長。當前云原生游戲尚處萌芽階段，游戲大多為現(xiàn)有應(yīng)用經(jīng)云化適配而成，桌面虛擬化展現(xiàn)了良好的應(yīng)用兼容性，但是虛擬化軟件對硬件性能損耗比較大，單機的并發(fā)數(shù)量不高；進程虛擬化的并發(fā)會大大提高，但是應(yīng)用的兼容性比較受限。表格 3 軟件虛擬化技術(shù)實現(xiàn)方案和技術(shù)特點比對軟件虛

59、擬化方案分類實現(xiàn)方案硬件調(diào)用流程優(yōu)勢劣勢桌面虛擬化宿 主型 虛擬化虛擬機作為主機操作系統(tǒng)中的一個進程來調(diào)度和管理虛擬機內(nèi)核 -Hypervisor-硬件有較好的硬件兼容性性能有待提升裸 機虛 擬化Hypervisor 直接運行在物理硬件上， 無需完整的 Host OS 支撐虛擬機內(nèi)核 -Hypervisor-操作系統(tǒng)-硬件性能高，損耗少硬件兼容性較差在環(huán)境中運行的應(yīng)用程序不虛擬容器使用沙盤技術(shù)為應(yīng)用程序構(gòu)建一個對磁盤和技術(shù)并不進程虛擬化獨立的進程運行所需的系統(tǒng)環(huán)境，并嚴格控制其中的程序所能訪問的操作系統(tǒng)產(chǎn)生永久提供完整的操作系資源性的影響，統(tǒng)環(huán)境應(yīng)用程序運行時相互隔離來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

60、來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 14宿主型虛擬化架構(gòu)示意圖圖 15裸機虛擬化架構(gòu)示意圖來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圖 16進程虛擬化架構(gòu)示意圖來源：5G 云游戲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟基于 Android 的容器技術(shù)。該技術(shù)可將 Android 系統(tǒng)運行與Docker 容器之中，完成 Android 的虛擬化，其優(yōu)勢也十分明顯：一是移動游戲云化無改造成本，極大豐富了當前階段的云游戲內(nèi)容資源。 二是資源利用率高，成本低。相比于虛擬機，容器沒有管理程序的額外開銷，與底層共享操作系統(tǒng)，性能更加優(yōu)良，系統(tǒng)負載更低；在游戲畫質(zhì)不斷提升的情況下，可以通過降低負載來適配高品質(zhì)的游戲。 三是可采用統(tǒng)一的游戲鏡像管理，將游戲包與資