當(dāng)你在游戲世界里激戰(zhàn)正酣、在直播間互動正興，屏幕畫面突然卡頓，是不是感覺很“崩潰”？近日，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員李振宇及其帶領(lǐng)的國際合作團隊一系列研究成果，正試圖幫助人們紓解這種“卡頓之痛”。
李振宇告訴《中國科學(xué)報》，研究團隊主要針對移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的“協(xié)同傳輸”展開研究，并從機制和協(xié)議層面提出了優(yōu)化方案。記者了解到，目前相關(guān)研究成果已經(jīng)用于互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，上億用戶受益。
從“卡點”出發(fā)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸機制
為什么會出現(xiàn)卡頓？一般來說，如視頻直播、云游戲等交互式應(yīng)用對端到端實時傳輸?shù)囊髽O高，而在移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)傳輸機制無法滿足這些高要求，從而導(dǎo)致頻繁的卡頓現(xiàn)象。
李振宇率領(lǐng)研究團隊聚焦于低時延網(wǎng)絡(luò)傳輸展開了一系列探索，并從“多路徑協(xié)同傳輸”和“端—邊—云協(xié)同傳輸”兩個層面提出了相應(yīng)的解決方案。
首先，研究團隊提出了多路徑協(xié)同傳輸協(xié)議。移動終端通常可連接Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)，存在多條傳輸路徑。但多路徑傳輸?shù)囊淮筇魬?zhàn)在于，路徑傳輸質(zhì)量存在差異，這常常導(dǎo)致傳輸時延受限于較慢的傳輸路徑。研究團隊據(jù)此提出了基于用戶體驗質(zhì)量（QoE）感知的多路徑傳輸調(diào)度機制，并根據(jù)應(yīng)用QoE需求，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)包分配和發(fā)送策略，以極少的冗余傳輸實現(xiàn)高吞吐、低時延傳輸。研究人員同時設(shè)計了基于機器學(xué)習(xí)的多路徑傳輸擁塞控制機制，用以實時感知瓶頸鏈路并挑選最優(yōu)的擁塞控制算法，進一步降低傳輸時延。
其次，團隊提出了端—邊—云協(xié)同傳輸機制。移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)钠款i鏈路往往卡在“最后一公里”，即靠近客戶端的移動網(wǎng)絡(luò)側(cè)。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，傳統(tǒng)的傳輸機制經(jīng)常面臨網(wǎng)絡(luò)擁塞反饋周期長、丟包恢復(fù)慢等問題，進而導(dǎo)致較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。研究團隊提出的新機制將擁塞控制從服務(wù)器側(cè)卸載到靠近客戶端的邊緣節(jié)點，此舉可大幅縮短擁塞反饋周期，并提高了丟包恢復(fù)效率。據(jù)介紹，該團隊設(shè)計的協(xié)同傳輸機制，可在云端服務(wù)器端沒有擁塞控制算法的情況下，仍然能準(zhǔn)確計算擁塞窗口。
目前，該創(chuàng)新成果已在一家大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的前端服務(wù)器上成功部署，顯著降低了傳輸時延，滿足了視頻直播等業(yè)務(wù)需求，上億用戶因此受益。
優(yōu)化“對應(yīng)用軟件和硬件環(huán)境改動不大”
值得提出的是，這一方案主要是在機制層面實現(xiàn)優(yōu)化，無需軟硬件環(huán)境“大動干戈”，僅部分工作需要客戶端程序更新與配合。
“我們目前的方案都可以看作是在設(shè)計和優(yōu)化中間適配層的處理邏輯，對上層應(yīng)用軟件和底層硬件環(huán)境改動不大。但不排除后續(xù)隨著更低時延的需求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和器件上做工作。”李振宇告訴《中國科學(xué)報》。
據(jù)了解，李振宇團隊從2013年起就開始關(guān)注低時延傳輸。隨著視頻直播業(yè)務(wù)的興起，他們注意到已有傳輸協(xié)議和技術(shù)在支撐視頻直播等應(yīng)用時會面臨較大挑戰(zhàn)，因此投入精力從端到端直播時延角度解決問題。
“相比于提出解決方案的時間，集成、部署和驗證花費的時間往往更長。”李振宇說，相關(guān)方案主要是軟件協(xié)議棧的更新，一般需伴隨著合作方的版本升級部署。由于線上環(huán)境的特殊性，“部署工作以合作方主導(dǎo)、我們配合，并監(jiān)測效果及進一步完善。”
李振宇團隊長期從事互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與互聯(lián)網(wǎng)測量等領(lǐng)域的研究工作，并始終堅持聚焦，致力于為構(gòu)建更加高效和安全的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。李振宇告訴記者，團隊未來工作會進一步聚焦于沉浸式視頻傳輸?shù)龋驗檫@類業(yè)務(wù)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)分發(fā)等造成了極大的挑戰(zhàn)。
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10355608本文鏈接：直播、云游戲苦卡頓久矣！科學(xué)家來救場了http://m.sq15.cn/show-11-2742-0.html
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