中國信通院：云游戲關鍵技術研究報告（2020年）（64頁）.pdf

1、中國信息通信研究院泰爾終端實驗室 5G云游戲產業聯盟 2021 年 1 月 中國信息通信研究院泰爾終端實驗室 5G云游戲產業聯盟 2021 年 1 月 云游戲關鍵技術 研究報告 云游戲關鍵技術 研究報告 （2020 年）（2020 年） 前前 言言 云游戲是以云計算為基礎的游戲方式，其本質為交互性的在線 視頻流。云游戲概念自 2000 年被首次提出，歷經了初生、萌芽、預 熱和全面發展幾個階段，每次階段性飛躍的背后都是信息通信基礎 技術的更迭。5G 的商用開啟了云游戲移動化的新篇章，而云游戲也 將作為 5G 落地的重要應用場景之一， 將先進網絡技術帶來的革新性 體驗傳達給廣大用戶。 報告通過對云

2、游戲技術發展歷程的回顧、技術架構的概覽、關 鍵技術的剖析以及保障體系的構建， 全面闡釋了云游戲是由云計算、 網絡和流媒體等多種信息通信技術融合而成的，同時又通過其廣泛 的用戶群體和優質的內容資源， 可以迅速形成技術落地的應用示范， 從而反向推進產業整體發展的中心思想。報告還歸納了云游戲技術 的幾大發展趨勢， 并指出由于云游戲技術架構可復用于其他高算力、 大視頻流交互場景，未來有望打破場景界限，實現技術資源復用， 創造出更多更新的需求和體驗。 云游戲為社會帶來的不僅僅是游戲玩家的體驗升級，更是全世 界信息通信技術的一場革新。 云游戲，未來可期。 目目 錄錄 一、技術發展歷程 . 1 （一）以 W

3、i-Fi 為傳輸承載力的云游戲雛形初現 . 1 （二）虛擬化和編解碼技術助力云游戲產品萌芽 . 1 （三）云計算技術提升推動云游戲進入預熱階段 . 2 （四）5G 彌補傳輸短板，云游戲進入全面發展期 . 3 （五）云游戲是信息通信技術融合更迭的領跑者 . 5 二、技術架構總覽 . 7 （一）參與角色與構成要素 . 7 （二）生命周期與行為分解 . 8 （三）功能架構與部署實現 . 11 三、關鍵技術剖析 . 17 （一）5G 技術賦能云游戲移動端便攜屬性 . 17 （二）邊緣計算實現網絡帶寬與時延的雙贏 . 23 （三）虛擬化/容器技術提升資源使用效率 . 27 （四）高密度 GPU 助力云游

4、戲實現算力飛躍 . 33 （五）流媒體技術開啟用戶視聽體驗新篇章 . 37 四、保障體系構建 . 40 （一）云游戲標準化體系 . 40 （二）用戶體驗評價體系 . 43 五、發展趨勢展望 . 48 （一）云原生引領云游戲進入新紀元 . 48 （二）指令流與視頻流的雙路線融合 . 51 （三）人工智能技術讓云游戲更智能 . 53 （四）信息安全將愈發受到產業重視 . 55 （五）云游戲技術將實現場景社會化 . 55 圖圖 目目 錄錄 圖 1 2008-2019 年的云游戲發展歷程 . 5 圖 2 云游戲參與角色 . 7 圖 3 云游戲上架部署活動行為分解 . 9 圖 4 云游戲登錄活動行為分解

5、 . 9 圖 5 云游戲運行活動流程 . 11 圖 6 云游戲各要素的功能架構圖 . 12 圖 7 按云計算層級部署的云端架構 . 14 圖 8 云游戲服務平臺部署架構 . 14 圖 9 云游戲運營平臺部署架構 . 15 圖 10 云游戲全局部署架構 . 16 圖 11 邊緣計算實現架構示意圖 . 25 圖 12 系統直連、容器、虛擬機架構示意圖 . 28 圖 13 三種不同的云游戲技術實現架構 . 29 圖 14 宿主型虛擬化架構示意圖 . 31 圖 15 裸機虛擬化架構示意圖 . 31 圖 16 進程虛擬化架構示意圖 . 32 圖 17 GPU 直通、GPU 透傳示意圖 . 35 圖 18

6、 GPU 共享、GPU 虛擬示意圖 . 35 圖 19 云游戲的框架及用到的流媒體技術 . 37 圖 20 5G 云游戲標準體系框架圖 . 41 圖 21 ITU-T G.1032 對游戲 QoE 影響因素的劃分 . 46 圖 22 視頻流云游戲實現流程 . 51 圖 23 指令流云游戲實現流程 . 52 表表 目目 錄錄 表格 1 云游戲角色及構成要素 . 8 表格 2 云游戲邊緣機房管理解決方案比對分析 . 26 表格 3 軟件虛擬化技術實現方案和技術特點比對 . 30 表格 4 云游戲主要推流協議性能對比 . 38 表格 5 云游戲主流編碼算法特點比對 . 38 表格 6 視頻流與指令流

7、云游戲特性比對 . 52 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 1 一、 技術發展歷程 （一）（一） 以以Wi-Fi為傳輸承載力的云游戲雛形初現為傳輸承載力的云游戲雛形初現 云游戲本質是在線交互性流媒體。 云游戲是一種以云計算技術為 基礎的在線游戲。與以往游戲不同，云游戲的運行在云端服務器中進 行，將游戲場景渲染成視頻流和圖片流后，利用網絡傳輸至玩家的游 戲終端，并獲取玩家輸入指令，形成交互。云游戲場景下，玩家不需 要具備強大圖形運算和數據處理能力的游戲終端， 其設備只需要具備 基本的流媒體播放功能和向云端服務器發送指令的功能即可。 云游戲 使得游戲玩家省去下載、安裝、升級等操作，隨時隨地在

8、多平臺通過 網絡體驗游戲。 云游戲初生階段。早在 2000 年，云游戲的雛形以視頻云游戲的 形式出現在大眾視野中。當時的視頻云游戲技術核心為通過 Wi-Fi 技 術將 PC 游戲從云端傳輸到終端手持設備。然而受限于當時各方面技 術的不完善，視頻云游戲這一概念并沒有得到好的反饋。 （二）（二） 虛擬化和編解碼技術助力云游戲產品萌芽虛擬化和編解碼技術助力云游戲產品萌芽 云游戲萌芽階段。2009 年 OnLive、Game String 等公司先后發布 云游戲平臺，學術界也相繼發聲，正式敲定云游戲這一概念。相較于 2000 年初生階段，這一時期的技術更迭給云游戲技術注入了強力的 新生力量。 容器概念

9、的提出以及虛擬化技術的發展融合推動了云計算 技術的發展，在云端高性能服務器對畫面的渲染能力大幅度提高； H.264/AVC 標準的提出進一步提高了視頻編碼效率， AVS 視頻編碼標 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 2 準的制定實現了編碼復雜冗余同編碼效率的折中， 云游戲視頻編碼技 術的發展使得渲染后的畫面質量以及占用帶寬得到了進一步的平衡 優化；OFDM 技術、智能天線技術以及 MIMO 技術等相關核心技術 的發展使得網絡傳輸信號質量以及網絡傳輸容量得到大幅度提升。 這 一時期對于 4G 技術的探索使得網絡傳輸能力得到優化，在時延以及 用戶網絡波動方面得到了很大的提升， 視頻壓縮階段的

10、延遲控制在平 均 15ms 內，服務端到客戶端的延遲控制在 100ms 內基本可以滿足用 戶的游戲體驗。 高畫質體驗與網絡帶寬之間的沖突， 以及大規模用戶與服務器高 負載需求之間的矛盾， 使得這一階段的云游戲依然未能實現質的飛躍。 隨著 OnLive 等公司的離席，云游戲這個“新生兒”再一次陷入成長 的低迷期， 同時也暴露出云游戲發展中的諸多痛點。 首先是技術問題， 當時 Onlive 的技術不能提供超一流的游戲體驗，遠遠比不上游戲機； 其次是成本問題，由于當時還沒有 GPU 虛擬化技術，導致每一個用 戶在游戲過程中都需要一臺實體服務器為其提供支持， 運營成本極高， 嚴重入不敷出；最后是游戲版

11、權問題，Onlive 在其云游戲業務的戰 略布局時，側重于已經較為普及的主機游戲，引發與其他游戲平臺的 惡性競爭，最后因盜版問題失去游戲 CP 的支持。游戲體驗差、運 營成本高、盜版問題使得云游戲的第一次產品化嘗試以失敗告終。 （三）（三） 云計算技術提升推動云游戲進入預熱階段云計算技術提升推動云游戲進入預熱階段 云游戲預熱階段。2012 到 2018 年，索尼、英偉達、微軟等頭部 大廠紛紛探索云游戲服務。 先進的技術理念使得 2009 年到 2012 年這 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 3 一時期的運營失敗并未再次澆滅云游戲這團“星星之火” ，此后的幾 年時間內工業界以及學術界紛紛

12、投入資金、 時間精力進行云游戲相關 技術的研究與優化。2015 年，索尼收購 OnLive 以提供技術支持， 同時推出 Playstation Now， 允許 PS4 以及 PC 用戶通過串流方式運 行 PS2-4 上的高質量游戲。2017 年英偉達為 PC 和 Mac 推出了單獨 的云游戲服務 GeForce Now，2018 年微軟正式公布新云游戲服務 Project xCloud。 這一階段的主要技術迭代在于視頻壓縮技術、云計算技術以及 GPU 服務的優化。游戲市場的蓬勃發展、高清視頻產業的空前繁榮 以及虛擬現實和增強現實等沉浸式視頻應用的新興作為驅動， 加速了 視頻編碼技術的更迭與標準

13、化，HEVC/H.265、FVC 等編碼標準的提 出以及相關視頻編解碼技術的應用使得云游戲視頻畫面傳輸質量以 及編碼效率得到進一步優化。 同一時期互聯網產業的發展對云計算技 術以及相關虛擬化技術提出了新的需求， 隨著國內外對于云計算標準 的制定與完善， 云游戲技術中云端服務器渲染及負載能力得以滿足用 戶需求， 編碼技術的改進以及云端能力的增強使得這一時期的云游戲 技術得以快速發展，用戶體驗良好，在交互時延以及交互質量上達到 了傳統游戲的正常水準，各大廠商也隨之紛紛入局部署。受限于 4G 環境下網絡傳輸能力的不足以及基站部署數量的限制， 這一時期的云 游戲只能在特定環境下小范圍使用，無法實現產業

14、化普及，也未能走 入大眾視野。 （四）（四） 5G彌補傳輸短板，云游戲進入全面發展期彌補傳輸短板，云游戲進入全面發展期 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 4 全面發展階段。 過去十幾年間關于云游戲技術的種種優化理念使 得這一領域的熱度從未有所下降， 然而網絡傳輸能力的限制以及相關 體系的不完善使其一直未走到臺前呈現于大眾， 近年來隨著云計算技 術的成熟，高密度 GPU 服務器及其虛擬化技術的發展、音視頻編碼 技術的成熟、相關網絡協議優化技術的發展，云游戲技術也隨之激發 到新的高度，在用戶體驗以及負載能力方面達到了較高水準。同時 5G 技術的提出與落實彌補了云游戲技術的最后一塊空缺，網絡帶

15、寬 負載以及網絡傳輸能力均得到跳躍式提升， 多接入邊緣計算技術的應 用為云游戲提供了更高的即時性，降低了云端到終端的傳輸時延，網 絡切片技術則提供了更好的安全性以及網絡體驗， 優化了大規模用戶 同時運行的游戲體驗。這一階段的云游戲作為 5G 時代的“殺手級應 用”已經初現端倪，開始被大眾用戶所認知接觸并接受。 2019 年 GDC 大會谷歌發布 Stadia 云游戲平臺， 再次將云游戲 推向風口。Stadia 平臺用戶可以在電腦、筆記本、手機、平板以及電 視五個平臺上通過網頁玩游戲，并且可以隨時切換。支持 4K 游戲， 未來更有望支持 8K。2020 年 9 月，微軟公司云游戲服務 xClou

16、d 正 式上線；同期，亞馬遜宣布推出 Luna 云游戲服務。至此，國際互聯 網和云服務巨頭悉數進入云游戲行業。 未來云游戲發展趨勢將會有更 強競爭，行業格局也會逐步明朗；信息通信技術的更迭會為云游戲帶 來里程碑式的技術提升，促進云游戲行業不斷成熟。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 5 來源：公開資料整理 圖 1 2008-2019 年的云游戲發展歷程 （五）（五） 云游戲是信息通信技術融合更迭的領跑者云游戲是信息通信技術融合更迭的領跑者 云游戲的進步不是單一技術提升能夠促成， 而是需要多種信息技 術融合推動。從云游戲的技術發展史可以看出，云游戲的技術鏈條從 服務端的云計算技術，到傳輸過

17、程中的網絡技術（尤其是移動網絡技 術） ，以及用戶接收端的終端技術均有涉及，涵蓋 CPU/GPU 性能提 升、虛擬化/容器技術、流媒體處理和傳輸、5G 網絡建設、邊緣計算 技術實現/節點布設等多種信息通信核心技術。因此，云游戲的每一 次技術飛躍，背后都是這些基礎核心技術的升級迭代。 高新視頻是未來 5G 時代應用的風向標。2020 年 8 月，國家廣電 總局提出了“5G 高新視頻” （5G 環境下具有“更高技術格式、更新應 用場景、更美視聽體驗”的視頻）的概念。其中，“高”是指視頻融合 4K/8K、3D、VR/AR/MR、高幀率（HFR） 、高動態范圍（HDR） 、廣 色域（WCG）等高技術格

18、式；“新”是指具有新奇的影像語言和視覺 體驗的創新應用場景，能夠吸引觀眾興趣并促使其產生消費。在 5G 眾多應用場景中，高新視頻被公認為是 5G 時代最重要和最早開展的 業務，愈發受到社會各界的廣泛關注。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 6 云游戲是 5G 高新視頻領域的排頭兵。5G 高新視頻由云游戲、 互動視頻、沉浸式視頻和 VR 視頻構成?？v觀即時通信、影視娛樂、 短視頻這些 4G 時代的爆款應用，其繁榮離不開迎合用戶、技術實現 和內容三大基本要素。在四類高新視頻場景中，互動視頻、沉浸式視 頻和 VR 視頻的內容資源都不夠豐富，部分場景（如沉浸式視頻和頭 顯式 VR）還需用戶單獨購

19、置設備才可使用，導致其用戶群體覆蓋率 當前均處于較低水平。而云游戲憑借游戲產業雄厚的用戶基礎，保守 估計已擁有 8kw 的用戶群體；依托“游戲云化”技術可快速實現移 動端和主機端游戲的“一鍵上云” ，使其內容資源得到了極大程度的 豐富。堅實的用戶基礎加上豐富的內容資源，注定了云游戲是 5G 高 新視頻業務落地的先驅，踐行信息通信領域新技術的領跑者。 云游戲與信息通信技術的發展共生。 技術的進步離不開大規模部 署與應用，云游戲憑借規?；挠脩艋A和優質的內容資源，成為了 歷代信息通信技術革新最早的承載者和踐行者。5G 和其他信息通信 技術的發展為云游戲的實現提供了更好的用戶體驗， 打開了云游戲移

20、 動化的新篇章；而云游戲也為 5G 和高新視頻產業提供了真正被用起 來、能走進千家萬戶的“抓手” 。隨著云游戲移動場景用戶規模的不 斷擴大，以 5G 為代表的各類信息通信技術也將被廣泛應用。大規模 使用和實踐將暴露新的問題， 而市場會驅動產業界集中精銳力量解決 問題，進而實現新一輪的技術迭代。如此周而復始，云游戲與信息通 信技術將形成相互促進，協同發展的正向循環。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 7 二、 技術架構總覽 本章將遵循“誰、用什么、做什么和怎么做”的邏輯思路，通過 分析云游戲活動的參與角色、構成要素、生命周期及其活動行為，最 終給出出云游戲的技術部署架構。 （一）（一） 參

21、與角色與構成要素參與角色與構成要素 云游戲參與角色可分為游戲開發商、 云游戲運營商、 方案提供商、 網絡提供商、終端廠商和云游戲玩家。其中，云游戲運營商又稱云游 戲平臺商或渠道提供商； 方案提供商可根據云計算的層級劃分為硬件 廠商和云服務提供商。 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 2 云游戲參與角色 云游戲構成要素包括云游戲開發平臺、云游戲運營平臺、云游戲 服務平臺、網絡資源、終端設備和游戲應用。參與者與構成要素的行 為對應關系為： 游戲開發商在游戲開發平臺上完成游戲內容和技術實 現的開發； 服務運營者以云游戲平臺或渠道的形式對云游戲進行分發、 運營； 方案提供商以云游戲服務平臺和云服務的形式提

22、供業務管理服 務和云端基礎資源；網絡提供商提供網絡資源；終端企業生產可以用 于云游戲的不同終端產品；而用戶則使用云游戲應用產品來玩游戲。 游戲開發商 云服務提供商 硬件廠商 云游戲運營商 云 游 戲 玩 家 終 端 廠 商 網 絡 提 供 商 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 8 表格 1 云游戲角色及構成要素 角色 角色 構成要素 構成要素 云游戲用戶 云游戲實例/云游戲應用 終端廠商 終端產品如手機、PC、VR/AR、大屏、手柄 等 網絡運營商 網絡資源如移動網絡、固定網絡 方案提供商 云服務提供商 云游戲服務平臺（中心云、邊緣云） 硬件廠商 云服務（提供基礎資源如 CPU、GPU

23、和其他 硬件） 云游戲運營商 云游戲運營平臺（各種云游戲平臺、渠道 等） 游戲開發商 云游戲開發平臺 來源：5G 云游戲產業聯盟 （二）生命周期與行為分解（二）生命周期與行為分解 云游戲的整個生命周期歷經游戲開發、上架部署和登陸運行。游 戲開發流程相對封閉，且各企業有所不同，在此不做過多探討。在此 對云游戲的上架部署、 用戶登錄和游戲運行三個生命周期節點所涉及 的所有構成要素進行行為分解。 云游戲上架部署活動的主要參與對象包含游戲開發者、 云游戲平 臺（可以進一步細分為運營平臺、服務平臺和云服務）。其具體行為 可分解為：（1）游戲開發者將基于云游戲適配的客戶端包體及相關 配置信息傳遞給云游戲（

24、運營）平臺。（2）云游戲（運營）平臺對 游戲包體做安全掃描等預處理， 使其滿足預定格式、 安全等要求。（3） 云游戲 （運營） 平臺向云游戲服務平臺啟動安裝流程， 傳遞游戲包體、 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 9 部署節點等信息。（4）云游戲服務平臺將游戲包體等部署配置到對 應的節點。（5）云游戲（運營）平臺運營人員測試、審核云游戲內 容。（6）審核通過后，云游戲（運營）平臺發布并上架該款游戲。 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 3 云游戲上架部署活動行為分解 來源：5G 云游戲產業聯盟 云游戲登錄活動的主要參與對象有云游戲用戶、 終端和云游戲運 營平臺。云游戲登錄活動流程的行為可分解

25、為：（1）用戶輸入游戲 云游戲運 營平臺 云服務 云游戲服 務平臺 游戲開發 者 云游戲配置信 息及游戲包體 云游戲安裝 云游戲自動 化安全掃描 云游戲部署與配置 狀態返回 狀態返回 測試審核 審核通過 上架 終端 云游戲運 營平臺 云游戲用 戶 登錄信息錄入 登錄請求 登錄結果呈現 登錄響應 登錄信息驗證 圖 4 云游戲登錄活動行為分解 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 10 大廳登錄賬戶及相關信息。（2）終端將登錄信息發送給云游戲（運 營）平臺驗證。（3）云游戲（運營）平臺驗證后返回給終端，用戶 進入登錄后的界面。 云游戲運行活動流程主要參與對象包含云游戲用戶、終端、云游 戲運營平臺

26、、云游戲服務平臺、云服務和云游戲實例，其運行行為可 分解為：（1）用戶點擊開始某游戲。（2）終端攜帶游戲、用戶測速 和地址等信息加載請求并發送給云游戲（運營）平臺。（3）云游戲 （運營）平臺根據用戶服務等級，向云游戲服務平臺請求用戶調度。 （4）云游戲服務平臺根據服務節點負載情況、資源配比等信息選擇 節點資源，向對應的云服務發送申請。（5）云服務加載對應的實例 和游戲。（6）云游戲服務平臺返回為該用戶分配的實例信息，并傳 遞給終端。 （7） 終端啟動建立與云游戲實例的安全連接和傳輸通道。 （8）用戶通過終端屏幕、手柄等設備輸入指令傳遞給云端實例，實 例通過本地音視頻流采集、 編碼再傳輸給終端，

27、 終端實現音視頻播放。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 11 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 5 云游戲運行活動流程 （三）功能架構與部署實現（三）功能架構與部署實現 1.云游戲功能架構云游戲功能架構 通過對各個要素的主要行為分析， 可得出每個行為活動涉及的功 能點，從而提煉出云游戲各要素的功能架構。云游戲的功能架構可分 為終端、網絡、云端、其他和跨層五個不同層級。功能架構的明確為 進一步厘清云游戲的技術架構和部署實現提供了必要的依據。 云游戲運 營平臺 云游戲服 務平臺 云游戲用 戶 云服務 終端 云游戲實 例 點擊開始游戲 加載請求 用戶調度 云資源申請 加載實現 選擇匹配節點資源

28、 云資源響應 調度響應 加載響應 建立云游戲實例連接 連接云游戲實例響應 游戲指令 輸入游戲指令 音視頻流解碼&傳輸 音視頻流 音視頻輸出 音視頻流串流&傳輸 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 12 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 6 云游戲各要素的功能架構圖 終端功能層是云游戲的表現層。包括用戶輸入數據的收集、云游 戲畫面顯示和聲音播放等， 用戶終端及其支持的設備包括但不僅限于 手機、平板、PC、大屏、機頂盒以及鼠標鍵盤、游戲手柄等。 網絡功能層是云游戲的傳輸層。 該層將終端用戶的操作指令傳輸 到云端，并將云端的視頻流回傳給終端。網絡包含無線網絡和有線網 絡，需要高帶寬低時延的性能來滿

29、足云游戲的傳輸體驗要求。 云端功能層由基礎硬件、云計算、云游戲平臺及其上運行的云游 戲共同構成?；A硬件是云端功能層的基石?；A硬件主要由基于 x86服務器的虛擬機架構或基于ARM服務器虛擬機架構和GPU以及 其他硬件共同實現?；A硬件提供圖形處理、運算處理能力，并配合 提供云主機、云容器引擎、彈性伸縮等服務。云計算主要分為中心云 和邊緣云，邊云協同實現數據的存儲、計算等功能。云游戲平臺主要 終端 網絡 云端 其他 無 線 網 絡 固 定 網 絡 游戲 1 游戲 2 游戲 N 云計算 中心云 邊緣云 硬件 ARM/X86 GPU 其他 云游戲服務平臺 接入管理 流化管理 游戲管理 云游戲運營平

30、臺 用戶服務 開發者服務 內容服務 云游戲平臺 渠 道 直 播 APP 瀏覽器 手 機 、 PC 、 電 視 跨層功能 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 13 包含云游戲運營平臺功能和云游戲服務平臺。 云游戲服務平臺主要提 供接入管理、流化管理和游戲管理等功能；云游戲運營平臺主要提供 用戶服務、開發者服和內容服務等功能。 其他功能層包括了云游戲渠道和直播功能。 跨層功能層包括了一系列功能組件。 這些功能組件與其上方三層 組件進行交互以提供支撐能力。 這些支撐能力包括但不限于監控服務、 授權和安全策略、認證和身份管理。 2.云游戲部署實現云游戲部署實現 云游戲是基于云計算的交互視頻流， 其

31、云端功能層的部署是重中 之重。 從云計算層級看，可將云端部署分為 SaaS、PaaS 和 IaaS 的三層 架構。SaaS 層面向云游戲（運營）平臺，專注于面向用戶做游戲推 廣，與游戲內容開發商合作游戲內容運營等。PaaS 層面向云游戲服 務平臺，以云端串流、運行實例和游戲管理、智能調度、組員管理為 核心功能，承載了云游戲算力帶寬成本和游玩體驗的訴求。IaaS 層面 向基礎設施云服務，主要用于提供基礎計算、存儲、網絡資源，包括 中心云和邊緣云。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 14 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 7 按云計算層級部署的云端架構 從云游戲要素看，可將云端部署分為云游戲服

32、務平臺和運營平臺 兩方面來部署。 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 8 云游戲服務平臺部署架構 云游戲服務平臺部署架構主要包含三個部分。一是終端 APP 上 的 SDK；二是部署在邊緣云和中心云的業務面功能，負責用戶接入 管理 （含鑒權管理、 多協議傳輸、 控制通道、 網絡監控、 安全防護等） 、 流化管理 （音視頻采集、 音視頻編碼、 視頻轉碼和智能碼率控制等） ； 三是部署在中心云的管理面，負責游戲管理（實例管理、鏡像管理、 部署與配置、資源計量、費用與賬單、游戲狀態管理、游戲調度、用 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 15 戶體驗管理等）。 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 9 云游戲

33、運營平臺部署架構 云游戲運營平臺部署架構由用戶服務、開發者服務、游戲內容管 理構成。用戶服務是面向終端用戶的相關服務。主要包含賬號管理、 認證與鑒權、用戶調度、訂購計費、用戶社區、防沉迷等。開發者服 務是面向游戲內容開發者的相關服務。主要包含開發者簽約、云游戲 開發與測試、聯合運營、運營報表、財務結算等。游戲內容管理主要 包含游戲上下架、搜索與推薦。 云游戲的全局部署架構應基于成本、 用戶體驗和可靠性等多方面 進行綜合考慮。一是對游戲時延、用戶體驗要求高的云游戲服務平臺 算力下沉邊端靠近用戶側，縮短時延，提升用戶體驗；中心云部署用 于時延不敏感的云游戲或者邊緣云資源池儲備備選。 二是云游戲服務

34、 平臺管理面以及云游戲(運營)平臺應以中心云部署為主，實現全局資 源信息統一管理和高可用性。三是應能實現邊邊協同，邊云協同，能 夠滿足彈性資源調度和高可靠性需求。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 16 來源：5G 云游戲產業聯盟 圖 10 云游戲全局部署架構 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 17 三、 關鍵技術剖析 （一）（一）5G技術賦能云游戲移動端便攜屬性技術賦能云游戲移動端便攜屬性 第五代移動通信（5G）技術代表了現今網絡發展的主要方向。 5G 將驅動社會從人與人之間的寬帶互聯逐步擴展到萬物互聯，從而 更加深刻地影響未來人類社會的生活和工作方式。增強移動寬帶 （eMBB）

35、 、 超高可靠低時延通信 （uRLLC） 和海量機器類通信 （mMTC） 是 5G 典型的三大應用場景。增強移動寬帶的典型應用包括超高清視 頻、虛擬現實、增強現實等。超高可靠低時延通信的典型應用包括工 業控制、無人機控制、智能駕駛控制等。海量機器類通信的典型應用 包括智能家居、智能健康等。 1.5G技術賦能云游戲技術賦能云游戲 5G 賦能移動通信技術填補云游戲移動場景短板。 4G 使得隨時隨 地看視頻成為可能，并讓以移動互聯網為平臺，手機為載體的手游火 遍大江南北?？梢?，玩家對游戲的需求除了游戲內容、畫質、交互等 因素之外，對其移動性的要求也很高。手游的走紅完美地證明了，移 動場景為游戲帶來了

36、隨時可玩的便利， 填補了用戶在工作生活中各種 等待場景下的縫隙時間，既能使內容簡易傳送也能為玩家所接受。云 游戲可在瘦客戶端上支持 3A 大作的暢玩，如若其能同時兼備手游的 移動便利性，則云游戲將更加契合玩家的需求。5G 之前的網絡由于 傳輸能力的限制，無法支持云游戲的移動場景，導致云游戲因可移動 性和便攜體驗較差，而無法為廣大玩家所熟識。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 18 5G 提供的高質量網絡傳輸能力是決定云游戲移動端運行的關鍵。 大帶寬（碼率） 、低時延響應和高網絡穩定性是 5G 技術為云游戲提 供的保證其運行的基石。 （1）云游戲高帶寬需求）云游戲高帶寬需求 云游戲的多媒體

37、流較傳統網絡游戲而言，需要消耗更多帶寬。游 戲場景渲染的多媒體流質量取決于網絡通信帶寬， 畫質越高的多媒體 流，消耗的帶寬資源也會越高。高清云游戲(1080P 30fps)在 H264 編 碼條件下，碼率可達 8000Kbps 左右，網絡帶寬需達到 10Mbps 才能 穩定流暢運行。隨著應用終端擴展到大屏電視、VR 等設備，對分辨 率和幀率的要求逐步提高(4K/8K，60fps/120fps)，碼率也隨之提高。 初步估算，4K 60fps 的超高清云游戲碼率(H264 編碼)大概在 60Mbps 到 70Mbps，考慮網絡抖動因素后，需至少 80Mbps 網絡帶寬才能保 持穩定流暢運行。 4G

38、 網絡環境下的帶寬值遠遠不能滿足云游戲對網絡帶寬的需求， 網絡傳輸能力成為云游戲過去十年間發展的最大阻礙。 從理論值上看， 大規模商用的 TDD-LTE 和 FDD-LTE 的 4G 服務理論下行帶寬是 100150Mbit/s；在實際運營中，單基站提供的 4G 專用下行帶寬會縮 水至 80Mbit/s 左右，而這 80Mbit/s 并不是由一個終端用戶獨享的， 是由接入基站的終端共享， 這就導致用戶實際體驗到的下行帶寬往往 在 1030Mbit/s。根據網絡信號監測公司 Open Signal 對全球 77 個國 家調查的數據可知， 截至2018年2月， 全球4G平均網速為16.9Mbit/

39、s； 根據寬帶發展聯盟發布的中國寬帶速率狀況報告可知，我國 2018 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 19 第四季度移動寬帶用戶使用 4G 網絡訪問互聯網的平均下載速率為 22.05Mbit/s。 相較于 4G，5G 提供了充足的帶寬空間，為云游戲的運行提提供 了保障。 國際電信聯盟 （ITU） 發布的關于 5G 網絡的技術規范顯示， 5G 用戶端下行速理論值可達 20Gbit/s，上行速可達 10Gbit/s，為目前 商用 4G 帶寬的 100 倍；即使考慮到大規模商業化時的性能縮減和帶 寬共享，也能滿足 3550Mbit/s 的云游戲要求。目前，華為在實地測 試中已實現的 5G 網

40、速記錄為 3.67Gbit/s，隨著技術的不斷成熟，實 際可用的網速將進一步提升， 云游戲對網速的需求在移動端將有望得 到滿足。高速率不僅可以輕松實現 4K 超高清游戲畫面傳輸，也能將 游戲延遲從 4G 時代的 4050 毫秒降低至 1020 毫秒，從而帶來更流 暢的交互體驗。 （2）云游戲低延遲需求）云游戲低延遲需求 首先， 傳統意義上的交互延遲只是多人在線游戲系統的一個問題， 單人游戲通常不考慮交互延遲的問題， 而云游戲則徹底改變了這一點。 現在所有游戲都可以遠程渲染，并流回到玩家的瘦客戶端。因此，即 使對于單人游戲，我們也必須考慮交互延遲的問題。其次，傳統的在 線游戲系統通常會在操作者到

41、達游戲服務器之前就在其本地系統上 呈現操作，從而隱藏交互延遲所帶來的影響。例如，玩家在操控游戲 中的角色移動時，本地游戲可以立即在本地渲染并執行，即使游戲服 務器在幾毫秒內都沒有進行位置更新， 也絲毫不影響用戶的操控體驗。 而云游戲的渲染過程全部在云平臺中實現， 客戶端無法通過本地操作 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 20 來協助向玩家隱藏交互延遲。 云游戲的產品和技術特點導致其與傳統游戲相比， 對延時的要求 更為苛刻。若使用目前已有的 4G 網絡和 Wi-Fi，在網絡正常的情況 下，云游戲的響應延遲大約在 50ms-140ms 范圍內波動。對操作響 應延遲要求較高的游戲（例如:動作類

42、、格類、MOBA 類、第一人 稱射擊類、賽車類等） ，仍和本地游戲在體驗上有較為明顯的差距， 需要進一步降低操作響應延遲。 而 VR 設備由于其頭顯的特殊性， 延 遲較大時會使人產生暈動癥 (motion sickness)，需要把延遲控制在 20ms 以內才能有效控制排斥反應。 云游戲整體時延中網絡傳輸時延占比超 70%。 據學者研究， 以某 云游戲 Demo 166ms 時延為例，包括輸入、操作網絡傳輸、云端游戲 渲染、 視頻網絡傳輸和解碼等時延， 其中網絡傳輸時延竟高達 120ms， 占比總延遲的 70%以上。 雖然對于不同的游戲類別， 不同的網絡環境 會造成該數值和比例的波動，但網絡時

43、延若不能得到有效的降低，那 么云游戲必然還會卡在 “時延” 這一關， 無法進行大規模應用與發展。 由此可見， 5G 時代無線+核心網絡整體的優化改善已成為降低時延的 關鍵。 5G 通過物理實現、網絡升級和軟件優化多重技術可大幅提升傳 輸速率，降低時延。一是 5G 技術引入了更為豐富的頻譜資源以及大 規模天線技術（MIMO） ，能夠有效提升網絡速率。二是 5G 網絡技 術中提出的全光網是實現低時延的重要支撐技術， 新型的多址技術可 以節省調度開銷，同時基于軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 21 （NFV）實現網絡切片，并采用 FlexE 技術使業務流

44、以最短、最快的 路由到達目的用戶。三是 5G 技術改善了接入側的網絡時延，30KHz 的子載波間隔、 上行免調度以及兩個符號微時隙的配置方案可使空中 接口雙向時延降低至 1ms 以下； 同時邊緣計算節點可改善核心網 TTL 時延，將核心網下沉到接入層可實現基站到核心網的延遲在 13ms 以內。 （3）云游戲網絡穩定性（低抖動）需求）云游戲網絡穩定性（低抖動）需求 在當前硬件編解碼相對可控的條件下， 網絡抖動會造成游戲畫面 幀間隔不均衡的問題，從而導致游戲畫面不流暢。具體現象一般表現 為以下兩種情況：一是相連幀到達終端的時間差變大，可能導致終端 顯示完當前幀， 但下一幀卻沒有及時到達， 從而造成

45、畫面的停頓現象； 二是相連幀同時到達終端，這可能會導致終端只顯示最新幀，從而造 成畫面的跳幀現象。 4G 時代的共享型網絡模式不能滿足云游戲對網絡穩定性的需求。 4G 時代的網絡是共享模式，對業務來說，網絡其實是不確定的，體 驗是時好時壞的（取決于接入的人數和你能搶到的帶寬） ；真實網絡 環境下，網速不斷波動，穩定性較差，游戲中平均下載速率尚難以有 效維持，高清、重度游戲的流暢運行更是難以得到保證。如何解決網 絡共享帶來的抖動問題， 也是云游戲在網絡技術上需要解決的一個痛 點。 5G 切片技術可為云游戲提供其運行所需的穩定網絡。網絡切片 是在物理網絡基礎上， 利用虛擬化技術切分出多個端到端的虛

46、擬網絡。 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 22 網絡間采用邏輯隔離，每個個體都擁有獨立的設備、接入、傳輸和核 心網，可以實現業務和資源的互不影響。網絡切片利用網絡虛擬化技 術，可根據云游戲場景的網絡需求，實現定制化的云游戲專用網絡環 境，從而滿足無抖動的網絡需求。 5G 網絡切片是端到端的網絡業務能力，需要產業鏈全方位支持 才能得以實現，產業拉通和推動難度較大。5G 網絡切片作為一種全 新的業務能力，可實現端到端切片功能，需要終端操作系統、終端應 用程序、終端通信協議的全方位支持，才能得以實現。同時，5G 網 絡切片還涉及 5 大國際標準組織 （3GPP、 ITU、 IETF、 ETS

47、I、 GSMA） 的多領域研究，缺少跨領域協同，目前進展相對較慢。想要打通全產 業鏈 （OS 廠商、 芯片廠商、 終端廠商、 APP 開發商以及標準化組織） 共同探索，就需要一個可以實現市場化推動的應用抓手，而云游戲正 式承擔該角色的不二之選。 2.云游戲踐行云游戲踐行5G落地落地 通過技術場景落地獲得用戶認可，進而形成市場化驅動力是 5G 發展所必須的源泉。 任何技術的更迭和發展都是在實踐與應用中完成 的。自 2019 年 5G 商用后，坊間曾流傳過 5G 最大的應用是用來“測 速”的玩笑，而玩笑的背后暗藏的則是 5G 技術雖然實現了“速度提 升” ，但是卻“無人使用”的尷尬。對 5G 技術

48、而言，如何讓先進的 技術真正的、快速的為廣大用戶所接受和使用，獲得 C 端的認同， 也是其發展推廣面臨的難題。 云游戲也是 5G 技術落地的重要應用場景。云游戲的出現，恰到 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 23 好處的解決了 5G 技術應用落地的問題。5G 高速率、低延遲的特性 為云游戲的發展提供了良好的條件；而實際上，云游戲也逐漸成為 5G 技術的重要應用場景。自動駕駛、智慧醫療、在線教育等 5G 規 劃的應用場景給人們帶來了無限的幻想， 然而現有的技術水平和用戶 既定的生活習慣不是一時半會能提升和改變的， 美好的愿景還需要時 間的積累；然而云游戲憑借游戲產業多年來的積淀，其需求和用

49、戶群 體已成規模，無論從技術可行性還是需求迫切性來看，它都是 5G 離 用戶最近、離落地最近、離實現商業化價值最近的選擇，云游戲也因 此被稱為應用層面最先火起來的“5G 風口” 。 5G 與云游戲是先進技術與場景落地的互促共生關系。 5G 助力云 游戲發展，而云游戲的率先落地也將樹立 5G 行業的應用標桿。5G 發展初期，SA 標準和網絡部署均需要一定的時間，C 端的超高清視 頻、云游戲、VR/AR 等成為體現 5G 網絡優勢的重要特色業務。云游 戲等娛樂內容有望成為 5G 商用最先落地的場景之一，云游戲的率先 落地將會為其他行業在技術標準、 商業模式等方面帶來一定的借鑒意 義，更好地推進 5

50、G 在無人駕駛、智能能源、智能制造、智慧城市等 各領域的落地應用。因此，5G 與云游戲不是一方成就了另一方，而 是緊密相連，共同進步，互促共生的關系。 （二）邊緣計算實現網絡帶寬與時延的雙贏（二）邊緣計算實現網絡帶寬與時延的雙贏 邊緣計算是云計算的延伸，是云計算下沉到戶側的觸點。邊緣計 算區別于傳統的中心式計算， 將計算節點部署在更加靠近用戶的小型、 微型機房。這些機房規模雖小，但分布更廣泛、地理位置更為下沉， 云游戲關鍵技術研究報告（2020 年） 24 相比將所有資源都部署到中心節點，能更好的觸及用戶，提供優質的 訪問資源。 同時， 邊緣計算依靠開放平臺為載體， 為用戶提供云環境、 Paa