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网易云信陈策:元宇宙传输网络如何做到超低时延 原创 精选
元宇宙 通信技术
网易云信流媒体技术专家陈策为我们带来了《超低延迟传输网络架构在元宇宙场景下的应用》专题演讲,着重从传输架构、边缘接入、大网传输、应用四个层面为大家带来元宇宙传输网络架构方面的实践与见解。

嘉宾:陈策

撰稿:云昭

引言

元宇宙如今已成为全球科技业的下一个风口。在元宇宙琳琅满目的各种应用场景中,无论是如电影《头号玩家》中的那种体感交互设备,还是医生利用 VR 医疗,远程做手术,元宇宙强交互的基础是数据的低延迟传输和同步。

在不久前由51CTO主办的MetaCon元宇宙技术大会上,网易云信流媒体技术专家陈策为我们带来了《超低延迟传输网络架构在元宇宙场景下的应用》专题演讲,着重从传输架构、边缘接入、大网传输、应用四个层面为大家带来元宇宙传输网络架构方面的实践与见解。51CTO也将本演讲的核心内容进行了整理,希望对大家有所帮助。

网易云信的超低延迟传输架构

从数据输入的角度而言,元宇宙中主要的传输数据类型分为3类:控制信令、音视频数据、VR/AR 深度图数据。

控制信令是通信系统中的控制指令,这类数据的数据量小但十分重要,一条都不能丢。音视频是元宇宙真实场景实时再现的体验保障。VR/AR 深度图相较于音视频而言数据量要大的多,通常在 15Mbps 以上,这类数据的低延迟传输也是当下元宇宙发展的重要瓶颈。

针对这 3 类数据,想把元宇宙的业务在相隔千山万水的全球用户间“跑”起来,主要有 2 大难题亟待解决:

边缘接入:第一公里问题是所有实时传输系统中最为复杂的,原因在于全球用户边缘实时网络千差万别,且不可预测;

大网传输:为了降低全球用户的端到端延迟,跨国传输最短路径是关键问题;

边缘接入

边缘布点  

解决用户接入最直接的方法就是让边缘服务器离用户更近。因此,网易云信在全球主流国家和国内多个省市都进行了边缘布点。同时,每日对所有服务器进行网络质量梳理,启动服务器间的“赛马机制”,以此保证优质的服务器能极限贴近用户。

智能调度  

在解决了边缘布点问题后,接下来的问题是如何将用户调度到最优节点。可能这看起来与边缘布点原则有些相悖,明明已经极限贴近用户,为何还需要进行复杂的调度?由于用户网络和运营商的复杂性,就近并不等同于最优。最典型的例子就是东南亚,各种网络运营商数量繁多,某些印度用户连接新加坡节点反而比连接印度本地节点更快、更稳定。

  • 静态调度:根据用户地理位置选取最近节点
  • 用户历史登录成功率:接入节点白名单
  • 用户历史业务状态:卡顿率、延迟等指标
  • 实时探测:RTT、丢包率、抖动
  • 流量聚合:95 峰调度,平摊流量

弱网对抗  

弱网对抗是整个实时网络系统中最复杂的一环,我们根据不同的业务数据和场景使用不同的策略。

控制信令:信令的数据量通常较小,但优先级很高,我们使用 QUIC 进行传输,并加了很高的冗余,可以抗 80% 丢包。

音视频数据:自研编码器和拥塞控制技术,可以根据业务类型适配画质流畅度,同时音频有空间音效功能。

AR、VR 深度图:使用 DataChannel 传输,15Mbps 的数据实时传输也无压力。

图片、文件等静态资源:云信的 Http 加速代理服务,提供全球边缘接入点,中国到美国最短 RTT 可达 160ms。

大网传输

为了解决网间传输质量的问题,网易云信推出了 WE-CAN 全球智能路由网络。WE-CAN(Communications acceleration network)是网易云信自研的大规模分布式传输网络,是一个架设在公共互联网上,通过对各种资源智能调度来实现提高数据传输质量、降低数据传输成本目标的复杂网络系统。

举例来说,北京和洛杉矶之间的公网链路的 RTT 在 250ms 左右,且网络不稳定,很容易出现数据延迟秒级才能投递成功的现象。

WE-CAN 的解决思路:

1.在北京和洛杉矶之间计算出一条最优公网路由;

2.各节点之间的最短路由不能过度重叠,要用总体规划和拥塞控制;

3.有一定 QoS 机制对抗弱网;

4.遇到网络抖动和机器故障,能快速反应,路由切换;

WE-CAN 架构  

WE-CAN 由 4 个模块组成:

调度节点:负责接入节点分配

接入节点:负责内外协议转换,服务分级,热更新等功能

转发节点:核心转发模块,两两之间实时探测,组成 full-mesh 的网络,上报 rtt,loss,jitter 等信息

控制节点:收集转发节点上报,做路由规划

这里重点讲一下控制节点的路由规划策略。

路由规划  

(1)链路质量分

根据上报信息(rtt,loss,jitter),算出任意 2 个节点之间的链路质量 MOS 分,计算出的质量分为 0-1 之间的小数。

(2)最佳路径选取

a. 使用 dijkstra 算法计算任意 2 个节点之间的最短路由,多跳的路由得分为每一段链路质量分的乘积,跳数越多则乘积越小,相当于做了跳数惩罚。例如 A->B->C->D 这条路由的综合分是 0.95*0.95*0.92 = 0.83。

b. 将最优路径的中间节点全部排除,重新继续计算最佳路径作为次优路径;以此类推,计算出 k 条最佳路径。

(3)拥塞避免计算多条最佳路径的原因是为了避免拥塞。经过第一轮路由计算后,聚合所有最佳路径,统计各中转节点是否超过流量阈值,超过则视为拥塞,将途径的路由迁移到次优路径上,以此类推,经过多轮计算,得到最终路由表,同步给转发节点,转发节点根据路由表投递数据。

快速避障  

除了最短路径规划外,一张优秀的传输大网,应该具有快速避障的能力,WE-CAN 主要从 3 个角度切入这个问题。

  • 控制节点检测到网络大规模抖动或者机器宕机,会立即更新路由表并下发。
  • 转发节点之间有 ARQ 和 FEC 等机制,对抗突发的网络丢包。
  • 转发节点在感知链路 RTT 变长超过阈值时,会将发送路由从最优切换到次优。

传输质量对比  

WE-CAN和公网在中国到美国的传输质量对比:

  • 优质传输率:所有统计窗口中到达率大于 95% 的比率
  • 延迟:RTT

元宇宙的应用落地

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网易云信的虚拟人解决方案,能适用于金融智能虚拟客服、互联网医疗远程问诊、新闻虚拟主播、社交娱乐虚拟偶像、智能虚拟助手、电商虚拟直播等场景。相比于市场上其他虚拟人方案,网易云信提供了一站式的 SDK,用户仅需对接一个 SDK 即可同时拥有虚拟人、RTC、直播等多项能力。同时,首创客户端和云端双渲染技术,以满足不同客户和场景的实际需求。

结语

刘慈欣先生认为:人类面前有两条路,一条向外,通往星辰大海;一条向内,通往虚拟现实。前者志在探索广袤宇宙,后者积极开拓元宇宙世界。对此,陈策表示,尽管真正的元宇宙何时会向世人呈现其完整面貌仍未可知,但在通往元宇宙的过程中,关键技术及产业将会获得巨大发展契机,对未来人类社会和商业模式变革产生重要影响。在这个过程中,网易云信也将深入具体场景,洞察企业客户真实需求,为客户提供更优质、更稳定的产品能力和服务。

以上就是网易云信流媒体技术专家陈策带来的精彩内容,想要了解更多元宇宙人机交互与高效能网络落地相关内容信息,可查看MetaCon元宇宙技术大会官网,地址:https://metacon.51cto.com/。

责任编辑:薛彦泽 来源: 51CTO
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