[發(fā)明專利]基于邊緣計算的云游戲服務質量增強方法及系統

有效

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• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111669444B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 沈航;成昭煒;沈專;白光偉;王天荊
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/06;A63F13/352
• 代理公司: 南京科闊知識產權代理事務所(普通合伙) 32400
• 代理人: 蘇興建

一種基于邊緣計算的云游戲服務質量增強方法及系統，使用邊緣服務器為玩家渲染游戲，云端只需負責計算游戲狀態(tài)和發(fā)送更新信息給邊緣服務器。考慮到各區(qū)域游戲的負載不同，提出區(qū)域劃分算法來確定集群的部署位置，使負載均衡。考慮到各游戲自身要求不同，提出集群選擇算法為玩家選擇集群，使所選的集群即滿足游戲要求且不浪費資源。考慮到玩家之間大量的交互，提出服務器分配算法把好友關系的玩家分配到同一臺服務器上，進一步減少由于交互所產生的延遲。考慮到游戲動態(tài)的周期性變化，提出服務器動態(tài)部署策略來動態(tài)開啟服務器，進一步提高服務器的可靠性并節(jié)約成本。本技術方案能夠減少響應延遲、節(jié)約帶寬消耗和提高用戶覆蓋率。

技術領域

本技術方案屬于計算機技術領域，具體是一種基于邊緣計算的云游戲服務質量增強方法及系統。

背景技術

云游戲是一種蓬勃發(fā)展的游戲模式，改變了傳統游戲的集中式客戶機和服務器的基礎設施；它將玩家從高端的硬件配置和繁瑣的游戲安裝的中解放出來，玩家只需一臺可以上網的電腦即可，而無需3D游戲所需的高端顯卡、大存儲內存、高配置CPU以獲得好的游戲體驗。在云游戲中，游戲存儲和運行在遠程服務器上，并實時將渲染好的游戲畫面通過網絡傳輸給玩家，因此玩家的客戶端只需要基本的視頻解壓能力^[1]。游戲運營商可以根據系統需求購買服務(云資源)從而節(jié)省成本；此外，游戲運營商不必開發(fā)同一游戲的多個版本，以滿足不同的操作系統，也不必在防軟件盜版上花錢。

云游戲在快速發(fā)展的同時也面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。第一，玩家能夠接受的響應延遲是100毫秒(其中客戶端播放延遲和云端處理延遲共20毫秒，網絡傳輸延遲80毫秒)。若將渲染模塊卸載到遠程主機上運行，由于增加了在云端與終端之間距離，較長的傳輸延遲會產生。第二，相比較而言，云游戲要求高速網絡帶寬(OnLive達到5Mbit/s)。第三，依賴單一服務中心限制了服務范圍的擴展。傳統基于云計算的集中式游戲服務提供模式無法解決低延遲、高帶寬和廣服務范圍等這些問題。

對云游戲玩家來說，游戲服務質量的關鍵指標之一是響應延遲。現有技術的研究結果表明玩家對上行的響應實時性要求較低，但對下行的實時性要求較高，且下行速率受游戲視頻流速率的影響；所以可以通過減少從云端傳輸的流量來減少下行延遲。邊緣計算的出現為我們解決傳統云游戲模式所面臨的問題提供了思路。直覺上，邊緣計算技術拉近了服務器與終端之間的距離，有助于減少網絡傳輸延遲。然而，在云游戲中使用邊緣計算技術又面臨很多新的問題，例如，邊緣服務器集群安置在邊緣何處，一處安置多少臺邊緣服務器，安置太多浪費資源，安置太少既緩解不了計算壓力，又會影響游戲渲染性能；玩家由哪個集群來服務需要做出選擇，若選擇不當，有可能導致集群負載不均衡，不能滿足游戲的響應延遲等問題；在同一集群中如何合理地分配服務器，既能減少交互延遲，又能最大化利用資源。

傳統云游戲系統的發(fā)展分為三類：(一)3D圖形流，(二)視頻流和(三)渲染流。這三種方法在如何劃分云服務器和客戶機之間的工作負載方面各不相同。

使用3D圖形流方法，云服務器截取圖形命令，壓縮命令，并將它們發(fā)送到客戶機上，然后客戶機渲染游戲場景，利用其基于圖形指令集的圖形顯卡，如OpenGL和Direct3D。客戶端的圖形顯卡不僅要與服務器發(fā)送過來的圖形命令相兼容，而且要足夠強大，能夠實時、高質量地渲染游戲場景。3D圖形流方法不使用云服務器上的圖形顯卡，所以每個云服務器可以同時支持多個客戶端。然而，由于這種方法在客戶機上渲染游戲畫面，強加了客戶機更多的工作負載，所以它不太適合資源受限的客戶端設備，比如移動設備和機頂盒。

與此相反，隨著視頻流方法的發(fā)展，云服務器將3D圖形渲染為2D視頻，然后壓縮視頻，并將它們發(fā)送給客戶機，客戶機解碼并播放顯示視頻流。解碼可以使用低成本的視頻解碼器。這種方法可以減輕客戶機密集計算3D圖形的渲染繪制。渲染流方法介于3D圖形流和視頻流之間。而渲染后的視頻流方法的渲染工作在云服務器上執(zhí)行，后續(xù)的解碼、紋理和照明等操作在瘦客戶機上運動。這些渲染后的操作具有較低的計算復雜度且可以實時運行，不需要GPU。