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華為雲如何實現實時音視頻全球低時延網絡架構

2022-06-23 11:17:00 【大前端之旅】

華為雲如何實現實時音視頻全球低時延網絡架構

摘要：本文主要介紹華為雲的SparkRTC全球低時延網絡架構如何做到全實時，低延時，做到實時播放，時延小於200ms。雙向交互端到端時延小於200ms，操控指令小於30ms的實現，主要從三個方面入手，最後側重於低時延技術的九大絕招，揭秘華為雲SparkRTC全球低時延網絡架構。

本文就帶大家來了解華為雲的SparkRTC全球低時延網絡架構

本文主要分為以下三個部分，

媒體網絡業務目標
SparkRTC全球網絡架構
低時延技術解析入手

接下來我們就從這三個方面來了解。

1.低時延網絡技術提供Global級E2E互動與雲邊加速能力，Edge邊緣實時加速能力

低時延網絡技術提供主要提供的是三種服務:

1.1Global服務：E2E實時互動

提供全球170+國家澄蓋的RTC服務
適用於雲會議、文娛、社交、教育等應用
平均全球200ms端到端時延，國內120ms端到端時延

1.2Global服務:雲邊互動加速

提供邊緣至Region的實時上下行加速
適用於雲手機，雲桌面、雲渲染等應用
平均全球130ms傳輸時延，國內50ms傳輸時延

1.3Edge服務:邊緣互動加速

提供就近接入服務和LastMile弱網對抗能力
業務場景:雲遊戲、雲XR等基於邊緣技術棧構建,超低時延訴求的應用
本地流量閉環，30ms傳輸時延

1.4總結

總之，SparkRTC全球媒體網絡的最終目標，就是基於華為雲Region/WiseWan節點/IEC節點/CDN中心節點部署，解决跨區域、跨國、跨運營商的高品質、低成本互聯的問題。如下圖所示：

2.SparkRTC全球網絡架構

華為SparkRTC在公共互聯網基礎上重構骨幹網絡

自建骨幹網:共享華為公有雲和消費者雲業務基礎設施，節點全球覆蓋、區域專線互通;
共享CDN:實現全球用戶本地域覆蓋;
運營商簽約:實現全球首都/TOP1經濟圈一跳接入骨幹網;

華為SparkRTC的骨幹網是如何搭建的？

可能很多人還不知道，華為SparkRTC的骨幹網絡是重構過的。它是共享了華為的公有雲和消費者雲業務的基礎設施，才得以實現節點全球覆蓋、區域專線互通的目標。在此基礎上，面向不可靠的互聯網，華為又將網絡架構進行分層，以面向不同SLA訴求的實時業務。

分層架構將其分為雲，邊，端，三個層級，使其分管自己的領域

關於OverLay網絡。它是利用Overlay技術在物理網絡基礎上構建的，主要是為數據轉發提供最優路徑。那為什麼華為要花力氣去構建一個OverLay網絡呢？

主要原因是在Underlay模式下，數據只要是可走通的，那就可以一直走這條鏈路，但實際上這可能並不是最優解。因此就需要感知網絡狀態的OverLay網絡，通過中心控制器，結合QoS數據動態選擇最優傳輸路徑。這也是為什麼華為的SparkRTC全球媒體網絡即高效又節能的主要原因之一。

利用RTN技術在物理網絡基礎上構建OverLay網絡，為數據轉發提供最優路徑

方案描述:

基於邊緣容器技術靈活部署加速節點;
基於Underlay構建Overlay平面並智能選路;
終端通過SDK/AIP等豐富方式接入加速網絡;

了解了SparkRTC的網絡架構，對於華為的低時延技術進行了詳細解析，分享了低時延技術的九大絕招：

3.低時延技術的九大絕招

1.傳輸技術，端管邊雲協同提供端到端低時延方案

端管邊雲協同，為開發者提供端到端加速方案:

多徑接入:端側WIFI、LTE同時工作，雲側部署代理網絡傳輸對應用開發者透明，簡化開發複雜度;
無線加速:統一支持中國移動、聯通、電信全國各省用戶加速，統一支持5G切片、 MEC下沉、4/5G QoS加速

在公共互聯網的基礎上重構網絡:

自建骨幹網:節點全球覆蓋、區域專線互通、運營商接入網絡一-跳接入;
控制面:基於全球網絡質量狀態提前預測和實時更新路由
數據面:分段重傳和冗餘傳輸，多路徑並行傳輸

2.創新的RTC端-網協同能力, 無線網絡擁塞場景减少卡頓22%

通過手機端的App上，按需調用無線網絡加速能力，减少卡頓22%

3.多徑接入，Wifi與4G/5G通訊能力共享，終端更快接入邊緣節點

主要原理是：

音頻選用冗餘模式，雙鏈路互補;視頻選用動態主備模式，自動選擇優質鏈路;
開啟WIFI+LTE或WIFI+ 5G雙通道模式，在弱網環境下(如機場、商場等網絡信號較差的場景)時延改善最高可達61%。

4.弱網對抗算法，自適應複雜網絡，快速感知網絡狀態，避免服務器超發導致的雪崩效應，從而保證弱網低時延體驗

華為專利的抗弱網丟包技術，實現在弱網環境下自適應地找到延遲和流暢的最佳契合點

5.AI預測和智能路由，突破跨域通信路由的挑戰

全景測量:端管邊雲各分段各層級的網絡質量探測、細粒度&低開銷的測量技術
規律預測:利用全球網絡在時間和地域上周期性、此起彼伏的變化規律,避開網絡局部擁塞,提供優質鏈路，最大程度發揮網絡性能
跨域控制&調度:基於AI規律預測進行智能路由調度、解决運營商自治域間存在路徑迂回、丟包率高等問題

6.極致編碼，在保證用戶感知的前提下盡量降低媒體碼率，同等網絡條件下數據傳輸時間隨之降低

時域分層編碼，自適應網絡狀况，减少重傳帶來的時延

ROl感知編碼，智能檢測人眼感興趣的區域和運動部分，提昇質量;其餘部分采用高壓縮比，降低整體碼率。

調整幀參考關系，基於已經收到的幀做參考解碼。

7.信源信道協同編碼，基於强化學習預測帶寬，實現幀級別探測與碼控

8.多方包轉發技術，具備分段抗丟包能力，使用一套架構兼顧兩方和多方傳輸

9.分段傳輸網絡場景下全鏈路QoS協同編碼

總結

本文主要從媒體網絡業務目標入手，然後進一步了解到SparkRTC全球網絡架構，最後對低時延技術解析入手，詳細介紹了華為在低時延技術方面的九大絕招。最後要說的就是實現實時音視頻技術就是實現一張網，主要在於如何基於視頻流融合，支持所有場景業務的無縫流轉，突破技術限制，隨需擴展，而通過本文，大家對華為在這方面的實現也是有了一定的深入理解。