嘉賓：陳策

撰稿：云昭

引言

元宇宙如今已成為全球科技業(yè)的下一個(gè)風(fēng)口。在元宇宙琳瑯滿目的各種應(yīng)用場(chǎng)景中，無(wú)論是如電影《頭號(hào)玩家》中的那種體感交互設(shè)備，還是醫(yī)生利用 VR 醫(yī)療，遠(yuǎn)程做手術(shù)，元宇宙強(qiáng)交互的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)的低延遲傳輸和同步。

在不久前由51CTO主辦的MetaCon元宇宙技術(shù)大會(huì)上，網(wǎng)易云信流媒體技術(shù)專家陳策為我們帶來(lái)了《超低延遲傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在元宇宙場(chǎng)景下的應(yīng)用》專題演講，著重從傳輸架構(gòu)、邊緣接入、大網(wǎng)傳輸、應(yīng)用四個(gè)層面為大家?guī)?lái)元宇宙?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的實(shí)踐與見(jiàn)解。51CTO也將本演講的核心內(nèi)容進(jìn)行了整理，希望對(duì)大家有所幫助。

網(wǎng)易云信的超低延遲傳輸架構(gòu)

從數(shù)據(jù)輸入的角度而言，元宇宙中主要的傳輸數(shù)據(jù)類型分為3類：控制信令、音視頻數(shù)據(jù)、VR/AR 深度圖數(shù)據(jù)。

控制信令是通信系統(tǒng)中的控制指令，這類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量小但十分重要，一條都不能丟。音視頻是元宇宙真實(shí)場(chǎng)景實(shí)時(shí)再現(xiàn)的體驗(yàn)保障。VR/AR 深度圖相較于音視頻而言數(shù)據(jù)量要大的多，通常在 15Mbps 以上，這類數(shù)據(jù)的低延遲傳輸也是當(dāng)下元宇宙發(fā)展的重要瓶頸。

針對(duì)這 3 類數(shù)據(jù)，想把元宇宙的業(yè)務(wù)在相隔千山萬(wàn)水的全球用戶間“跑”起來(lái)，主要有 2 大難題亟待解決：

邊緣接入：第一公里問(wèn)題是所有實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)中最為復(fù)雜的，原因在于全球用戶邊緣實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)千差萬(wàn)別，且不可預(yù)測(cè)；

大網(wǎng)傳輸：為了降低全球用戶的端到端延遲，跨國(guó)傳輸最短路徑是關(guān)鍵問(wèn)題；

邊緣接入

邊緣布點(diǎn)  

解決用戶接入最直接的方法就是讓邊緣服務(wù)器離用戶更近。因此，網(wǎng)易云信在全球主流國(guó)家和國(guó)內(nèi)多個(gè)省市都進(jìn)行了邊緣布點(diǎn)。同時(shí)，每日對(duì)所有服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量梳理，啟動(dòng)服務(wù)器間的“賽馬機(jī)制”，以此保證優(yōu)質(zhì)的服務(wù)器能極限貼近用戶。

智能調(diào)度  

在解決了邊緣布點(diǎn)問(wèn)題后，接下來(lái)的問(wèn)題是如何將用戶調(diào)度到最優(yōu)節(jié)點(diǎn)?？赡苓@看起來(lái)與邊緣布點(diǎn)原則有些相悖，明明已經(jīng)極限貼近用戶，為何還需要進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)度？由于用戶網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營(yíng)商的復(fù)雜性，就近并不等同于最優(yōu)。最典型的例子就是東南亞，各種網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商數(shù)量繁多，某些印度用戶連接新加坡節(jié)點(diǎn)反而比連接印度本地節(jié)點(diǎn)更快、更穩(wěn)定。

• 靜態(tài)調(diào)度：根據(jù)用戶地理位置選取最近節(jié)點(diǎn)
• 用戶歷史登錄成功率：接入節(jié)點(diǎn)白名單
• 用戶歷史業(yè)務(wù)狀態(tài)：卡頓率、延遲等指標(biāo)
• 實(shí)時(shí)探測(cè)：RTT、丟包率、抖動(dòng)
• 流量聚合：95 峰調(diào)度，平攤流量

弱網(wǎng)對(duì)抗  

弱網(wǎng)對(duì)抗是整個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最復(fù)雜的一環(huán)，我們根據(jù)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和場(chǎng)景使用不同的策略。

控制信令：信令的數(shù)據(jù)量通常較小，但優(yōu)先級(jí)很高，我們使用 QUIC 進(jìn)行傳輸，并加了很高的冗余，可以抗 80% 丟包。

音視頻數(shù)據(jù)：自研編碼器和擁塞控制技術(shù)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型適配畫質(zhì)流暢度，同時(shí)音頻有空間音效功能。

AR、VR 深度圖：使用 DataChannel 傳輸，15Mbps 的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸也無(wú)壓力。

圖片、文件等靜態(tài)資源：云信的 Http 加速代理服務(wù)，提供全球邊緣接入點(diǎn)，中國(guó)到美國(guó)最短 RTT 可達(dá) 160ms。

大網(wǎng)傳輸

為了解決網(wǎng)間傳輸質(zhì)量的問(wèn)題，網(wǎng)易云信推出了 WE-CAN 全球智能路由網(wǎng)絡(luò)。WE-CAN（Communications acceleration network）是網(wǎng)易云信自研的大規(guī)模分布式傳輸網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)架設(shè)在公共互聯(lián)網(wǎng)上，通過(guò)對(duì)各種資源智能調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量、降低數(shù)據(jù)傳輸成本目標(biāo)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

舉例來(lái)說(shuō)，北京和洛杉磯之間的公網(wǎng)鏈路的 RTT 在 250ms 左右，且網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲秒級(jí)才能投遞成功的現(xiàn)象。

WE-CAN 的解決思路：

1.在北京和洛杉磯之間計(jì)算出一條最優(yōu)公網(wǎng)路由；

2.各節(jié)點(diǎn)之間的最短路由不能過(guò)度重疊，要用總體規(guī)劃和擁塞控制；

3.有一定 QoS 機(jī)制對(duì)抗弱網(wǎng)；

4.遇到網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)和機(jī)器故障，能快速反應(yīng)，路由切換；

WE-CAN 架構(gòu)  

WE-CAN 由 4 個(gè)模塊組成：

調(diào)度節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)接入節(jié)點(diǎn)分配

接入節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)內(nèi)外協(xié)議轉(zhuǎn)換，服務(wù)分級(jí)，熱更新等功能

轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)：核心轉(zhuǎn)發(fā)模塊，兩兩之間實(shí)時(shí)探測(cè)，組成 full-mesh 的網(wǎng)絡(luò)，上報(bào) rtt，loss，jitter 等信息

控制節(jié)點(diǎn)：收集轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)上報(bào)，做路由規(guī)劃

這里重點(diǎn)講一下控制節(jié)點(diǎn)的路由規(guī)劃策略。

路由規(guī)劃  

（1）鏈路質(zhì)量分

根據(jù)上報(bào)信息（rtt，loss，jitter），算出任意 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量 MOS 分，計(jì)算出的質(zhì)量分為 0-1 之間的小數(shù)。

（2）最佳路徑選取

a. 使用 dijkstra 算法計(jì)算任意 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路由，多跳的路由得分為每一段鏈路質(zhì)量分的乘積，跳數(shù)越多則乘積越小，相當(dāng)于做了跳數(shù)懲罰。例如 A->B->C->D 這條路由的綜合分是 0.95*0.95*0.92 = 0.83。

b. 將最優(yōu)路徑的中間節(jié)點(diǎn)全部排除，重新繼續(xù)計(jì)算最佳路徑作為次優(yōu)路徑；以此類推，計(jì)算出 k 條最佳路徑。

（3）擁塞避免計(jì)算多條最佳路徑的原因是為了避免擁塞。經(jīng)過(guò)第一輪路由計(jì)算后，聚合所有最佳路徑，統(tǒng)計(jì)各中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)是否超過(guò)流量閾值，超過(guò)則視為擁塞，將途徑的路由遷移到次優(yōu)路徑上，以此類推，經(jīng)過(guò)多輪計(jì)算，得到最終路由表，同步給轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由表投遞數(shù)據(jù)。

快速避障  

除了最短路徑規(guī)劃外，一張優(yōu)秀的傳輸大網(wǎng)，應(yīng)該具有快速避障的能力，WE-CAN 主要從 3 個(gè)角度切入這個(gè)問(wèn)題。

• 控制節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模抖動(dòng)或者機(jī)器宕機(jī)，會(huì)立即更新路由表并下發(fā)。
• 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)之間有 ARQ 和 FEC 等機(jī)制，對(duì)抗突發(fā)的網(wǎng)絡(luò)丟包。
• 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)在感知鏈路 RTT 變長(zhǎng)超過(guò)閾值時(shí)，會(huì)將發(fā)送路由從最優(yōu)切換到次優(yōu)。

傳輸質(zhì)量對(duì)比  

WE-CAN和公網(wǎng)在中國(guó)到美國(guó)的傳輸質(zhì)量對(duì)比:

• 優(yōu)質(zhì)傳輸率：所有統(tǒng)計(jì)窗口中到達(dá)率大于 95% 的比率
• 延遲：RTT

元宇宙的應(yīng)用落地

網(wǎng)易伏羲遙感機(jī)械助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的戶外環(huán)境也能通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程操控挖掘機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)工作，同時(shí)可適配中低端手機(jī)，將復(fù)雜的計(jì)算和渲染等放在云端完成，幫助生產(chǎn)效率的提升。

網(wǎng)易瑤臺(tái)是國(guó)內(nèi)首個(gè)元宇宙落地產(chǎn)品，區(qū)別于傳統(tǒng)視頻會(huì)議的單一呈現(xiàn)方式，瑤臺(tái)更具虛擬的沉浸感，也更能滿足現(xiàn)實(shí)世界的切實(shí)需求。網(wǎng)易曾將全球投資者大會(huì)的舉辦地搬到了瑤臺(tái)虛擬世界，來(lái)自全球多個(gè)國(guó)家的 200 多位投資者，通過(guò)自己的虛擬形象，交流網(wǎng)易業(yè)務(wù)的最新動(dòng)態(tài)。整個(gè)場(chǎng)景便是基于網(wǎng)易云信的 WE-CAN 全球智能路由網(wǎng)絡(luò)和融合通信能力打造。

網(wǎng)易云信的虛擬人解決方案，能適用于金融智能虛擬客服、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療遠(yuǎn)程問(wèn)診、新聞虛擬主播、社交娛樂(lè)虛擬偶像、智能虛擬助手、電商虛擬直播等場(chǎng)景。相比于市場(chǎng)上其他虛擬人方案，網(wǎng)易云信提供了一站式的 SDK，用戶僅需對(duì)接一個(gè) SDK 即可同時(shí)擁有虛擬人、RTC、直播等多項(xiàng)能力。同時(shí)，首創(chuàng)客戶端和云端雙渲染技術(shù)，以滿足不同客戶和場(chǎng)景的實(shí)際需求。

結(jié)語(yǔ)

劉慈欣先生認(rèn)為：人類面前有兩條路，一條向外，通往星辰大海；一條向內(nèi)，通往虛擬現(xiàn)實(shí)。前者志在探索廣袤宇宙，后者積極開(kāi)拓元宇宙世界。對(duì)此，陳策表示，盡管真正的元宇宙何時(shí)會(huì)向世人呈現(xiàn)其完整面貌仍未可知，但在通往元宇宙的過(guò)程中，關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)將會(huì)獲得巨大發(fā)展契機(jī)，對(duì)未來(lái)人類社會(huì)和商業(yè)模式變革產(chǎn)生重要影響。在這個(gè)過(guò)程中，網(wǎng)易云信也將深入具體場(chǎng)景，洞察企業(yè)客戶真實(shí)需求，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)、更穩(wěn)定的產(chǎn)品能力和服務(wù)。

以上就是網(wǎng)易云信流媒體技術(shù)專家陳策帶來(lái)的精彩內(nèi)容，想要了解更多元宇宙人機(jī)交互與高效能網(wǎng)絡(luò)落地相關(guān)內(nèi)容信息，可查看MetaCon元宇宙技術(shù)大會(huì)官網(wǎng)，地址：https://metacon.51cto.com/。