【作者介紹】
王超：中國移動雲能力中心SaaS産品部技術推進組成員，邊緣應用産品組雲遊戲研發經理。目前負責雲遊戲服務平台的研發工作。熟悉雲遊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驗。
引言
随着技術、架構以及商業模式的快速發展和完善，邊緣計算作為一種成熟的計算範型已經得到廣泛應用。邊緣計算是為應用開發者和服務提供商在網絡的邊緣側提供雲服務和IT環境服務，“邊緣”指的是位于管理域的邊緣，盡可能地靠近資料源或使用者，其目标是在靠近資料輸入或使用者的地方提供計算、存儲和網絡帶寬。雲遊戲正是近年來出現，被認為是“殺手級”的邊緣計算應用。雲遊戲的本質是雲端算力的重新分布，具有雲端的擴充性，穩定性，靈活性和集中管理等特性。雲遊戲從“端”到“雲”和“邊”，解放了使用者側終端的限制，進而對中心算力需求大增，并且有助于實作算力的高效合理利用和配置設定。随着5G時代的到來，無論是使用者需求還是遊戲市場前景，雲遊戲都将成為5G時代下的殺手級應用，成為5G邊緣計算産品。
邊緣計算
什麼是邊緣計算
邊緣計算出現的時間并不長，這一概念有許多人進行過概括，範圍界定和闡述各有不同，甚至有些是重複和沖突的，就個人而言，比較推崇OpenStack（是一個由NASA和Rackspace合作研發并發起的，以Apache許可證授權的自由軟體和開放源代碼項目）社群的定義概念：邊緣計算是為應用開發者和服務提供商在網絡的邊緣側提供雲服務和IT環境服務；目标是在靠近資料輸入或使用者的地方提供計算、存儲和網絡帶寬。
通俗地說：邊緣計算本質上是一種服務，就類似于雲計算、大資料服務，但這種服務非常靠近使用者；為什麼要這麼近？目的是為了讓使用者感覺到刷什麼内容都特别快。
邊緣計算着重要解決的問題，是傳統雲計算（或者說是中央計算）模式下存在的高延遲、網絡不穩定和低帶寬問題。舉一個現實的例子，幾乎所有人都遇到過手機APP出現404錯誤的情況，這樣的一些錯誤出現就和網絡狀況、雲伺服器帶寬限制有關系。由于資源條件的限制，雲計算服務不可避免受到高延遲和網絡不穩定帶來的影響，但是通過将部分或者全部處理程式遷移至靠近使用者或資料收集點，邊緣計算能夠大大減少在雲中心模式站點下給應用程式所帶來的影響。
下圖是一個邊緣計算網絡的概念圖,它是連接配接裝置和雲端的重要中間環節。
圖1 邊緣計算基本網絡架構
邊緣計算的價值
相比于集中部署的雲計算而言，邊緣計算不僅解決了時延過長、彙聚流量過大等問題，同時為實時性和帶寬密集型的業務提供更好的支援。綜合來看，具有以下優點：
安全性更高
邊緣計算中的資料僅在源資料裝置和邊緣裝置之間交換，不再全部上傳至雲計算平台，防範了資料洩露的風險。
低延遲時間
據營運商估算，若業務經由部署在接入點的 MEC 完成處理和轉發，則時延有望控制在 1ms 之内；若業務在接入網的中心處理網元上完成處理和轉發，則時延約在 2~5ms 之間；即使是經過邊緣資料中心内的 MEC 處理，時延也能控制在 10ms 之内，對于時延要求高的場景，如自動駕駛，邊緣計算更靠近資料源，可快速處理資料、實時做出判斷，充分保障乘客安全。
減少帶寬成本
邊緣計算支援資料本地處理，大流量業務本地解除安裝可以減輕回傳壓力，有效降低成本。譬如，一些連接配接的傳感器（例如相機或在引擎中工作的聚合傳感器）會産生大量資料，在這些情況下，将所有這些資訊發送到雲計算中心将花費很長時間和過高的成本，如若采用邊緣計算處理，将減少大量帶寬成本。
由此可看，5G推動社會從人聯時代走向物聯時代，連接配接數的大量增長，疊加邊緣計算自身優勢，将成為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将成為5G時代重要增量部分。
雲遊戲
雲遊戲基本原理
雲遊戲将傳統遊戲的存儲、計算和渲染都轉移到雲端，實時的遊戲畫面串流到終端進行顯示，最終呈現給使用者。雲遊戲又被稱為GaaS（Game as a Service），它将遊戲體驗變成了一種服務，提供給廣大使用者，解決了使用者不斷購買或更新終端的困擾，也避免了頻繁下載下傳和更新遊戲内容，在成本、時間、内容、維護等方面提升了遊戲體驗。
圖2 雲遊戲原理示意圖
與本地遊戲相比，雲遊戲增加了抓屏、編碼、網絡傳輸、解碼等主要過程，即流化過程。差別于端遊、頁遊、手遊和主機遊戲，雲遊戲的遊戲資源、運作、渲染都在雲端完成，相當于是使用者在雲端玩遊戲。
表 1 雲遊戲與端遊、頁遊、手遊的對比
● 端遊（用戶端遊戲）需要先從遊戲官網下載下傳一個遊戲用戶端到本地硬碟中運作，其遊戲各種場景、人物、動畫、圖檔、音頻等各種資源均在本地完成加載，在本地運作遊戲的各項邏輯計算和渲染。遊戲運作速度、畫面效果取決于本地電腦的硬體配置。
● 頁遊（網頁遊戲）和小遊戲，雖然看起來無須下載下傳和安裝用戶端，但實際上遊戲資源和邏輯均需要在打開網頁時加載至本地，是以遊戲的運作也是在本地完成。
● 手遊和主機遊戲的原理都類似于端遊，它們的差別是終端平台不同。
● 雲遊戲，本質上是一種基于雲計算的遠端技術應用，隻需将遊戲下載下傳到雲端伺服器上存儲并運作，遊戲渲染出來的每一幀視訊畫面，通過網絡傳送到指定的終端進行解碼輸出。雲遊戲和雲桌面、遠端控制都屬于遠端技術的應用，技術原理相似，但這三者的側重點不同。遠端控制（例如Teamviewer等），它的被控制方不一定在雲端，可以是在家庭、公司的某一台電腦。雲遊戲和雲桌面的計算和存儲實體都在雲端，但雲桌面通常不帶GPU。遠端控制和雲桌面的功能沒有針對遊戲來設計，都不适合用來玩遊戲，而雲遊戲對遊戲功能進行了深度優化，是以能提供優質的遊戲體驗。
從雲遊戲的原理看，終端隻需要進行簡單的解碼輸出和上傳玩家操作指令，這裡的終端不限于PC、筆記本、平闆、手機、電視盒子等裝置，是以雲遊戲大幅減少了對終端性能的要求，隻需要具備一定的解碼能力。這樣帶來的好處是，降低遊戲終端門檻，可以跨終端和跨平台，使遊戲體驗更容易、更友善地被獲得。
雲遊戲的分類
市場上為人所知的雲遊戲雖然原理基本一緻，但按照計算平台、串流方式、資源形态等次元看，雲遊戲之間又存在差別。
按計算平台：x86架構以及ARM架構
遊戲三個主流市場是PC端遊、主機遊戲、手遊，按照計算平台，雲遊戲同樣也可以分兩類，x86架構和ARM架構（這裡的x86架構和ARM架構是指真正運作遊戲的雲平台的架構，而非終端的架構）。 x86架構的雲平台主要針對于PC端遊和主機遊戲的雲化，ARM架構的雲平台主要針對手遊的雲化。PC端遊和主機遊戲對終端性能的要求更高，雲化的需求更加強烈。
圖3 雲遊戲的主要兩種架構
按串流方式：遊戲視窗串流與桌面串流
雲遊戲的産品形态主要有兩種，遊戲視窗串流和桌面串流。前者的特點是雲端僅将遊戲視窗内的畫面串流至本地，隻能用于遊戲用途，而後者則是将整個桌面串流至本地，通常會預置各類熱門網絡遊戲（LOL、DOTA2、PUBG 等）和主流遊戲平台（WeGame、Steam、Origin等），使用者就像在使用網吧電腦一樣。
表 2 雲遊戲的兩種串流方式
按資源形态：虛拟機流派與實體機流派
目前市場上主流兩種資源形态，虛拟機流派和實體機流派。虛拟機流派一般采用伺服器和專業顯示卡的雲端資源組合，并以虛拟化的方式配置設定資源，較為靈活。而實體機流派的雲端資源以一台台PC形式存在，顯示卡為家用遊戲顯示卡，對遊戲驅動的适配更好。
表 3 雲遊戲的兩種主要流派
雲遊戲整體架構
雲遊戲整體架構由内容層、平台層、網絡層、終端層協同建構，如下圖所示。
圖4 雲遊戲整體架構
内容層主要負責遊戲内容源，主要由遊戲提供商提供，從技術角度上，任何端遊、主機遊戲、手遊都可以移植到相同運作環境的雲平台上。
平台層主要包含業務管理系統和雲渲染節點。業務管理系統負責内容、使用者、資源的管理，為雲遊戲業務提供資源的排程和配置設定。雲渲染節點是雲遊戲的核心之一，負責響應終端的操作指令，實作邏輯計算、實時渲染、流化編碼、推流等功能。一般情況下一個業務管理系統可以對多個雲渲染節點進行管理。雲渲染節點一般需要靠近使用者部署。
網絡層主要涉及骨幹網、城域網、接入網和家庭網絡，如圖5所示；也可以用移動承載的方式，如圖6所示，用5G網絡承載雲遊戲業務。網絡層負責連接配接雲平台和終端，其功能是将雲端渲染好的畫面，實時地、穩定地傳輸到使用者的終端，網絡品質與雲遊戲體驗的關系緊密，帶寬、時延、抖動、丢包等都會對體驗産生影響。
圖5 固定承載網絡
圖6 移動承載網絡
終端層主要由顯示裝置、遊戲操作裝置組成，顯示裝置主要包含PC（台式或者筆記本）、機頂盒與電視、手機、PAD等，操作裝置包括鍵盤、滑鼠、遊戲搖桿等。終端層是使用者接入雲遊戲的入口，主要接收并解碼來自雲平台的視訊流，并進行顯示呈現，同時對接操作輸入子產品，将操作輸入指令上傳到雲平台。
圖7 終端裝置
邊緣計算在雲遊戲産品上的應用與實踐
移動雲雲遊戲服務平台
産品介紹
移動雲雲遊戲服務平台是基于中國移動“5G+雲+邊”能力，推出的集邊緣節點資源開通、遊戲資源配置設定、遊戲雲化、視訊流編解碼、遊戲門戶生成等功能的遊戲能力平台。開展雲遊戲的合作夥伴，均可使用雲遊戲服務平台的PaaS、SaaS能力，快速搭建專屬的雲遊戲背景及用戶端，搶占客戶先機，自助開展雲遊戲業務營運，對玩家進行管理，無需開發和維護底層平台。
産品特點
全面适配
全面适配手機、主機遊戲，提供720P、1080P、4k分辨率，30幀、60幀遊戲重新整理率，采用自适應碼流傳輸技術，無需投入大量的網絡資源，即可享受遊戲流暢運作。
快速接入
遊戲開發商、遊戲營運商、視訊網站均可通過中國移動雲遊戲PaaS、SaaS能力快速打造專屬的雲遊戲平台，無需投入大量的研發、硬體、網絡等資源，即可快速開展雲遊戲營運業務。
多終端适配
提供Android、PC、H5版本SDK，手機、浏覽器、機頂盒等裝置通過簡單的內建即可快速接入雲遊戲，擺脫對終端硬體的限制，點開即玩，無需等待。
5G+邊緣加速
遍布全國的邊緣計算節點，進行遊戲本地分流、渲染、計算機音視訊的編解碼，通過5G切片能力引入提供遊戲專網，保障大帶寬、低延遲，為遊戲運作提供QoS保障。
産品架構
圖8 移動雲雲遊戲系統架構
為有研發實力的遊戲廠商，通過PaaS平台獲得遊戲流化、雲化應用管理、業務支撐及遊戲應用适配4大核心能力，以SDK、API形式能力輸出，可以将已開發好的遊戲轉換為雲遊戲格式，也可以基于能力進行雲遊戲開發：
•遊戲流化：主要負責包體雲化、适配、執行個體排程等管理。
•應用管理：存儲包體、遊戲等中繼資料。
•業務支撐：進行業務名額監控、排隊監控等業務支撐分析。
•遊戲适配：基于運作方式、操控方式等進行人工适配。
SaaS平台提供使用者管理、産品管理、配置管理能力：
•産品管理：主要負責産品的中繼資料導入、狀态管理。
•使用者管理：主要負責支援使用者資訊、線上使用者、訂單狀态等資訊的線上查詢。
•配置管理：主要負責登入認證、資料分析、權限管理、系統設定。
主要技術能力
基于5G核心網UPF轉發面提供聯接能力，部署邊緣節點，提供ARM/X86+GPU伺服器為雲遊戲業務提供算力。通過采用5G+MEC方案，提供貼近使用者的邊緣連接配接、算力和存儲等資源，建構雲遊戲邊緣計算網絡，使最終使用者可以就近獲得流暢無卡頓的雲遊戲業務體驗。
邊緣計算能力
5G MEC節點可在網絡邊緣部署豐富的基礎資源，提升使用者體驗，更好地滿足終端使用者需求。MEC是網絡的自然延伸，是業務的彙聚點，基于多樣化的業務資料及海量的終端接入，成為5G應用創新高地。
邊緣計算能力
雲網能力
中國移動整合網絡分流能力、機房、邊緣雲、網絡切片及雲遊戲平台等資源，對外提供雲遊戲能力SDK，遊戲公司直接入駐，使用大網邊緣計算和動态切片能力融合的雲網一體化服務。
雲網能力
PaaS平台
PaaS平台：為有研發實力的遊戲廠商，通過PaaS平台獲得遊戲流化、雲化應用管理、業務支撐及遊戲應用适配4大核心能力，以SDK、API形式能力輸出，可以将已開發好的遊戲轉換為雲遊戲格式，也可以基于能力進行雲遊戲開發。
• 遊戲流化能力：提供流化容器，資源排程、圖像采集、編解碼等基礎流化能力：支援Windows運作環境和Android運作環境。兩種環境裡的應用可以在同一雲遊戲PaaS平台裡提供。應用同時支援720p、1080p、4K等分辨率啟動；輸出幀率25-60fps可調；編碼碼率在512Kbps-100Mbps可調。
• 應用管理能力：負責雲化以後的應用管理，應用分發，鏡像挂載、熱更管理等；
• 業務支撐能力：負責對多租戶的管理、排隊管理、支付及賬單、大資料分析及監控等；
• 雲遊戲應用适配能力：主要是進行遊戲雲化測試及适配工作。
SaaS平台
為中小型遊戲廠商或無研發實力的遊戲代理商，通過SaaS平台快速搭建自己的雲遊戲背景及用戶端，除了具備PaaS層相關能力，更重要的是獲得開展雲遊戲營運的産品管理能力、應用管理能力、使用者管理能力、配置管理能力四大基礎能力，自主開展雲遊戲營運業務，無須開發和維護雲遊戲平台。
• 應用管理：主要負責遊戲的中繼資料、導入、狀态、服務包的管理。
• 産品管理：主要負責業務下平台産品的管理。支援産品建立、修改；支援産品狀态機操作（測試、預上線、上線、預下線、下線、強制下線等）。
• 使用者管理：主要負責支援使用者屬性、使用者資訊、線上使用者、訂購關系、訂單狀态、賬單等資訊的線上查詢。
• 配置管理：主要負責登入認證、資料分析、權限管理、系統設定、智能監控等功能。
總結與展望
雲遊戲的本質是雲端算力的重新分布，具有雲端的擴充性，穩定性，靈活性和集中管理等特性。雲遊戲從“端”到“雲”和“邊”，解放了使用者側終端的限制，進而對中心算力需求大增，并且有助于實作算力的高效合理利用和配置設定。
随着5G時代的到來，無論是使用者需求還是遊戲市場前景，雲遊戲都将成為5G時代下的殺手級應用，成為5G邊緣計算産品。
參考文獻
林立，熊金波，肖如良，林銘炜，陳秀華[email protected] Edge:基于邊緣節點的低延遲雲遊戲系統。
武濤基于5G邊緣計算的雲遊戲服務平台系統設計。
華為技術有限公司，杭州順網科技股份有限公司《雲遊戲白皮書》。