1、中国信息通信研究院泰尔终端实验室 5G云游戏产业联盟 2021 年 1 月 中国信息通信研究院泰尔终端实验室 5G云游戏产业联盟 2021 年 1 月 云游戏关键技术 研究报告 云游戏关键技术 研究报告 （2020 年）（2020 年） 前前 言言 云游戏是以云计算为基础的游戏方式，其本质为交互性的在线 视频流。云游戏概念自 2000 年被首次提出，历经了初生、萌芽、预 热和全面发展几个阶段，每次阶段性飞跃的背后都是信息通信基础 技术的更迭。5G 的商用开启了云游戏移动化的新篇章，而云游戏也 将作为 5G 落地的重要应用场景之一， 将先进网络技术带来的革新性 体验传达给广大用户。 报告通过对云
2、游戏技术发展历程的回顾、技术架构的概览、关 键技术的剖析以及保障体系的构建， 全面阐释了云游戏是由云计算、 网络和流媒体等多种信息通信技术融合而成的，同时又通过其广泛 的用户群体和优质的内容资源， 可以迅速形成技术落地的应用示范， 从而反向推进产业整体发展的中心思想。报告还归纳了云游戏技术 的几大发展趋势， 并指出由于云游戏技术架构可复用于其他高算力、 大视频流交互场景，未来有望打破场景界限，实现技术资源复用， 创造出更多更新的需求和体验。 云游戏为社会带来的不仅仅是游戏玩家的体验升级，更是全世 界信息通信技术的一场革新。 云游戏，未来可期。 目目 录录 一、技术发展历程 . 1 （一）以 W
3、i-Fi 为传输承载力的云游戏雏形初现 . 1 （二）虚拟化和编解码技术助力云游戏产品萌芽 . 1 （三）云计算技术提升推动云游戏进入预热阶段 . 2 （四）5G 弥补传输短板，云游戏进入全面发展期 . 3 （五）云游戏是信息通信技术融合更迭的领跑者 . 5 二、技术架构总览 . 7 （一）参与角色与构成要素 . 7 （二）生命周期与行为分解 . 8 （三）功能架构与部署实现 . 11 三、关键技术剖析 . 17 （一）5G 技术赋能云游戏移动端便携属性 . 17 （二）边缘计算实现网络带宽与时延的双赢 . 23 （三）虚拟化/容器技术提升资源使用效率 . 27 （四）高密度 GPU 助力云游
4、戏实现算力飞跃 . 33 （五）流媒体技术开启用户视听体验新篇章 . 37 四、保障体系构建 . 40 （一）云游戏标准化体系 . 40 （二）用户体验评价体系 . 43 五、发展趋势展望 . 48 （一）云原生引领云游戏进入新纪元 . 48 （二）指令流与视频流的双路线融合 . 51 （三）人工智能技术让云游戏更智能 . 53 （四）信息安全将愈发受到产业重视 . 55 （五）云游戏技术将实现场景社会化 . 55 图图 目目 录录 图 1 2008-2019 年的云游戏发展历程 . 5 图 2 云游戏参与角色 . 7 图 3 云游戏上架部署活动行为分解 . 9 图 4 云游戏登录活动行为分解
5、 . 9 图 5 云游戏运行活动流程 . 11 图 6 云游戏各要素的功能架构图 . 12 图 7 按云计算层级部署的云端架构 . 14 图 8 云游戏服务平台部署架构 . 14 图 9 云游戏运营平台部署架构 . 15 图 10 云游戏全局部署架构 . 16 图 11 边缘计算实现架构示意图 . 25 图 12 系统直连、容器、虚拟机架构示意图 . 28 图 13 三种不同的云游戏技术实现架构 . 29 图 14 宿主型虚拟化架构示意图 . 31 图 15 裸机虚拟化架构示意图 . 31 图 16 进程虚拟化架构示意图 . 32 图 17 GPU 直通、GPU 透传示意图 . 35 图 18
6、 GPU 共享、GPU 虚拟示意图 . 35 图 19 云游戏的框架及用到的流媒体技术 . 37 图 20 5G 云游戏标准体系框架图 . 41 图 21 ITU-T G.1032 对游戏 QoE 影响因素的划分 . 46 图 22 视频流云游戏实现流程 . 51 图 23 指令流云游戏实现流程 . 52 表表 目目 录录 表格 1 云游戏角色及构成要素 . 8 表格 2 云游戏边缘机房管理解决方案比对分析 . 26 表格 3 软件虚拟化技术实现方案和技术特点比对 . 30 表格 4 云游戏主要推流协议性能对比 . 38 表格 5 云游戏主流编码算法特点比对 . 38 表格 6 视频流与指令流
7、云游戏特性比对 . 52 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 1 一、 技术发展历程 （一）（一） 以以Wi-Fi为传输承载力的云游戏雏形初现为传输承载力的云游戏雏形初现 云游戏本质是在线交互性流媒体。 云游戏是一种以云计算技术为 基础的在线游戏。与以往游戏不同，云游戏的运行在云端服务器中进 行，将游戏场景渲染成视频流和图片流后，利用网络传输至玩家的游 戏终端，并获取玩家输入指令，形成交互。云游戏场景下，玩家不需 要具备强大图形运算和数据处理能力的游戏终端， 其设备只需要具备 基本的流媒体播放功能和向云端服务器发送指令的功能即可。 云游戏 使得游戏玩家省去下载、安装、升级等操作，随时随地在
8、多平台通过 网络体验游戏。 云游戏初生阶段。早在 2000 年，云游戏的雏形以视频云游戏的 形式出现在大众视野中。当时的视频云游戏技术核心为通过 Wi-Fi 技 术将 PC 游戏从云端传输到终端手持设备。然而受限于当时各方面技 术的不完善，视频云游戏这一概念并没有得到好的反馈。 （二）（二） 虚拟化和编解码技术助力云游戏产品萌芽虚拟化和编解码技术助力云游戏产品萌芽 云游戏萌芽阶段。2009 年 OnLive、Game String 等公司先后发布 云游戏平台，学术界也相继发声，正式敲定云游戏这一概念。相较于 2000 年初生阶段，这一时期的技术更迭给云游戏技术注入了强力的 新生力量。 容器概念
9、的提出以及虚拟化技术的发展融合推动了云计算 技术的发展，在云端高性能服务器对画面的渲染能力大幅度提高； H.264/AVC 标准的提出进一步提高了视频编码效率， AVS 视频编码标 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 2 准的制定实现了编码复杂冗余同编码效率的折中， 云游戏视频编码技 术的发展使得渲染后的画面质量以及占用带宽得到了进一步的平衡 优化；OFDM 技术、智能天线技术以及 MIMO 技术等相关核心技术 的发展使得网络传输信号质量以及网络传输容量得到大幅度提升。 这 一时期对于 4G 技术的探索使得网络传输能力得到优化，在时延以及 用户网络波动方面得到了很大的提升， 视频压缩阶段的
10、延迟控制在平 均 15ms 内，服务端到客户端的延迟控制在 100ms 内基本可以满足用 户的游戏体验。 高画质体验与网络带宽之间的冲突， 以及大规模用户与服务器高 负载需求之间的矛盾， 使得这一阶段的云游戏依然未能实现质的飞跃。 随着 OnLive 等公司的离席，云游戏这个“新生儿”再一次陷入成长 的低迷期， 同时也暴露出云游戏发展中的诸多痛点。 首先是技术问题， 当时 Onlive 的技术不能提供超一流的游戏体验，远远比不上游戏机； 其次是成本问题，由于当时还没有 GPU 虚拟化技术，导致每一个用 户在游戏过程中都需要一台实体服务器为其提供支持， 运营成本极高， 严重入不敷出；最后是游戏版
11、权问题，Onlive 在其云游戏业务的战 略布局时，侧重于已经较为普及的主机游戏，引发与其他游戏平台的 恶性竞争，最后因盗版问题失去游戏 CP 的支持。游戏体验差、运 营成本高、盗版问题使得云游戏的第一次产品化尝试以失败告终。 （三）（三） 云计算技术提升推动云游戏进入预热阶段云计算技术提升推动云游戏进入预热阶段 云游戏预热阶段。2012 到 2018 年，索尼、英伟达、微软等头部 大厂纷纷探索云游戏服务。 先进的技术理念使得 2009 年到 2012 年这 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 3 一时期的运营失败并未再次浇灭云游戏这团“星星之火” ，此后的几 年时间内工业界以及学术界纷纷
12、投入资金、 时间精力进行云游戏相关 技术的研究与优化。2015 年，索尼收购 OnLive 以提供技术支持， 同时推出 Playstation Now， 允许 PS4 以及 PC 用户通过串流方式运 行 PS2-4 上的高质量游戏。2017 年英伟达为 PC 和 Mac 推出了单独 的云游戏服务 GeForce Now，2018 年微软正式公布新云游戏服务 Project xCloud。 这一阶段的主要技术迭代在于视频压缩技术、云计算技术以及 GPU 服务的优化。游戏市场的蓬勃发展、高清视频产业的空前繁荣 以及虚拟现实和增强现实等沉浸式视频应用的新兴作为驱动， 加速了 视频编码技术的更迭与标准
13、化，HEVC/H.265、FVC 等编码标准的提 出以及相关视频编解码技术的应用使得云游戏视频画面传输质量以 及编码效率得到进一步优化。 同一时期互联网产业的发展对云计算技 术以及相关虚拟化技术提出了新的需求， 随着国内外对于云计算标准 的制定与完善， 云游戏技术中云端服务器渲染及负载能力得以满足用 户需求， 编码技术的改进以及云端能力的增强使得这一时期的云游戏 技术得以快速发展，用户体验良好，在交互时延以及交互质量上达到 了传统游戏的正常水准，各大厂商也随之纷纷入局部署。受限于 4G 环境下网络传输能力的不足以及基站部署数量的限制， 这一时期的云 游戏只能在特定环境下小范围使用，无法实现产业
14、化普及，也未能走 入大众视野。 （四）（四） 5G弥补传输短板，云游戏进入全面发展期弥补传输短板，云游戏进入全面发展期 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 4 全面发展阶段。 过去十几年间关于云游戏技术的种种优化理念使 得这一领域的热度从未有所下降， 然而网络传输能力的限制以及相关 体系的不完善使其一直未走到台前呈现于大众， 近年来随着云计算技 术的成熟，高密度 GPU 服务器及其虚拟化技术的发展、音视频编码 技术的成熟、相关网络协议优化技术的发展，云游戏技术也随之激发 到新的高度，在用户体验以及负载能力方面达到了较高水准。同时 5G 技术的提出与落实弥补了云游戏技术的最后一块空缺，网络带
15、宽 负载以及网络传输能力均得到跳跃式提升， 多接入边缘计算技术的应 用为云游戏提供了更高的即时性，降低了云端到终端的传输时延，网 络切片技术则提供了更好的安全性以及网络体验， 优化了大规模用户 同时运行的游戏体验。这一阶段的云游戏作为 5G 时代的“杀手级应 用”已经初现端倪，开始被大众用户所认知接触并接受。 2019 年 GDC 大会谷歌发布 Stadia 云游戏平台， 再次将云游戏 推向风口。Stadia 平台用户可以在电脑、笔记本、手机、平板以及电 视五个平台上通过网页玩游戏，并且可以随时切换。支持 4K 游戏， 未来更有望支持 8K。2020 年 9 月，微软公司云游戏服务 xClou
16、d 正 式上线；同期，亚马逊宣布推出 Luna 云游戏服务。至此，国际互联 网和云服务巨头悉数进入云游戏行业。 未来云游戏发展趋势将会有更 强竞争，行业格局也会逐步明朗；信息通信技术的更迭会为云游戏带 来里程碑式的技术提升，促进云游戏行业不断成熟。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 5 来源：公开资料整理 图 1 2008-2019 年的云游戏发展历程 （五）（五） 云游戏是信息通信技术融合更迭的领跑者云游戏是信息通信技术融合更迭的领跑者 云游戏的进步不是单一技术提升能够促成， 而是需要多种信息技 术融合推动。从云游戏的技术发展史可以看出，云游戏的技术链条从 服务端的云计算技术，到传输过
17、程中的网络技术（尤其是移动网络技 术） ，以及用户接收端的终端技术均有涉及，涵盖 CPU/GPU 性能提 升、虚拟化/容器技术、流媒体处理和传输、5G 网络建设、边缘计算 技术实现/节点布设等多种信息通信核心技术。因此，云游戏的每一 次技术飞跃，背后都是这些基础核心技术的升级迭代。 高新视频是未来 5G 时代应用的风向标。2020 年 8 月，国家广电 总局提出了“5G 高新视频” （5G 环境下具有“更高技术格式、更新应 用场景、更美视听体验”的视频）的概念。其中，“高”是指视频融合 4K/8K、3D、VR/AR/MR、高帧率（HFR） 、高动态范围（HDR） 、广 色域（WCG）等高技术格
18、式；“新”是指具有新奇的影像语言和视觉 体验的创新应用场景，能够吸引观众兴趣并促使其产生消费。在 5G 众多应用场景中，高新视频被公认为是 5G 时代最重要和最早开展的 业务，愈发受到社会各界的广泛关注。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 6 云游戏是 5G 高新视频领域的排头兵。5G 高新视频由云游戏、 互动视频、沉浸式视频和 VR 视频构成。纵观即时通信、影视娱乐、 短视频这些 4G 时代的爆款应用，其繁荣离不开迎合用户、技术实现 和内容三大基本要素。在四类高新视频场景中，互动视频、沉浸式视 频和 VR 视频的内容资源都不够丰富，部分场景（如沉浸式视频和头 显式 VR）还需用户单独购
19、置设备才可使用，导致其用户群体覆盖率 当前均处于较低水平。而云游戏凭借游戏产业雄厚的用户基础，保守 估计已拥有 8kw 的用户群体；依托“游戏云化”技术可快速实现移 动端和主机端游戏的“一键上云” ，使其内容资源得到了极大程度的 丰富。坚实的用户基础加上丰富的内容资源，注定了云游戏是 5G 高 新视频业务落地的先驱，践行信息通信领域新技术的领跑者。 云游戏与信息通信技术的发展共生。 技术的进步离不开大规模部 署与应用，云游戏凭借规模化的用户基础和优质的内容资源，成为了 历代信息通信技术革新最早的承载者和践行者。5G 和其他信息通信 技术的发展为云游戏的实现提供了更好的用户体验， 打开了云游戏移
20、 动化的新篇章；而云游戏也为 5G 和高新视频产业提供了真正被用起 来、能走进千家万户的“抓手” 。随着云游戏移动场景用户规模的不 断扩大，以 5G 为代表的各类信息通信技术也将被广泛应用。大规模 使用和实践将暴露新的问题， 而市场会驱动产业界集中精锐力量解决 问题，进而实现新一轮的技术迭代。如此周而复始，云游戏与信息通 信技术将形成相互促进，协同发展的正向循环。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 7 二、 技术架构总览 本章将遵循“谁、用什么、做什么和怎么做”的逻辑思路，通过 分析云游戏活动的参与角色、构成要素、生命周期及其活动行为，最 终给出出云游戏的技术部署架构。 （一）（一） 参
21、与角色与构成要素参与角色与构成要素 云游戏参与角色可分为游戏开发商、 云游戏运营商、 方案提供商、 网络提供商、终端厂商和云游戏玩家。其中，云游戏运营商又称云游 戏平台商或渠道提供商； 方案提供商可根据云计算的层级划分为硬件 厂商和云服务提供商。 来源：5G 云游戏产业联盟 图 2 云游戏参与角色 云游戏构成要素包括云游戏开发平台、云游戏运营平台、云游戏 服务平台、网络资源、终端设备和游戏应用。参与者与构成要素的行 为对应关系为： 游戏开发商在游戏开发平台上完成游戏内容和技术实 现的开发； 服务运营者以云游戏平台或渠道的形式对云游戏进行分发、 运营； 方案提供商以云游戏服务平台和云服务的形式提
22、供业务管理服 务和云端基础资源；网络提供商提供网络资源；终端企业生产可以用 于云游戏的不同终端产品；而用户则使用云游戏应用产品来玩游戏。 游戏开发商 云服务提供商 硬件厂商 云游戏运营商 云 游 戏 玩 家 终 端 厂 商 网 络 提 供 商 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 8 表格 1 云游戏角色及构成要素 角色 角色 构成要素 构成要素 云游戏用户 云游戏实例/云游戏应用 终端厂商 终端产品如手机、PC、VR/AR、大屏、手柄 等 网络运营商 网络资源如移动网络、固定网络 方案提供商 云服务提供商 云游戏服务平台（中心云、边缘云） 硬件厂商 云服务（提供基础资源如 CPU、GPU
23、和其他 硬件） 云游戏运营商 云游戏运营平台（各种云游戏平台、渠道 等） 游戏开发商 云游戏开发平台 来源：5G 云游戏产业联盟 （二）生命周期与行为分解（二）生命周期与行为分解 云游戏的整个生命周期历经游戏开发、上架部署和登陆运行。游 戏开发流程相对封闭，且各企业有所不同，在此不做过多探讨。在此 对云游戏的上架部署、 用户登录和游戏运行三个生命周期节点所涉及 的所有构成要素进行行为分解。 云游戏上架部署活动的主要参与对象包含游戏开发者、 云游戏平 台（可以进一步细分为运营平台、服务平台和云服务）。其具体行为 可分解为：（1）游戏开发者将基于云游戏适配的客户端包体及相关 配置信息传递给云游戏（
24、运营）平台。（2）云游戏（运营）平台对 游戏包体做安全扫描等预处理， 使其满足预定格式、 安全等要求。（3） 云游戏 （运营） 平台向云游戏服务平台启动安装流程， 传递游戏包体、 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 9 部署节点等信息。（4）云游戏服务平台将游戏包体等部署配置到对 应的节点。（5）云游戏（运营）平台运营人员测试、审核云游戏内 容。（6）审核通过后，云游戏（运营）平台发布并上架该款游戏。 来源：5G 云游戏产业联盟 图 3 云游戏上架部署活动行为分解 来源：5G 云游戏产业联盟 云游戏登录活动的主要参与对象有云游戏用户、 终端和云游戏运 营平台。云游戏登录活动流程的行为可分解
25、为：（1）用户输入游戏 云游戏运 营平台 云服务 云游戏服 务平台 游戏开发 者 云游戏配置信 息及游戏包体 云游戏安装 云游戏自动 化安全扫描 云游戏部署与配置 状态返回 状态返回 测试审核 审核通过 上架 终端 云游戏运 营平台 云游戏用 户 登录信息录入 登录请求 登录结果呈现 登录响应 登录信息验证 图 4 云游戏登录活动行为分解 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 10 大厅登录账户及相关信息。（2）终端将登录信息发送给云游戏（运 营）平台验证。（3）云游戏（运营）平台验证后返回给终端，用户 进入登录后的界面。 云游戏运行活动流程主要参与对象包含云游戏用户、终端、云游 戏运营平台
26、、云游戏服务平台、云服务和云游戏实例，其运行行为可 分解为：（1）用户点击开始某游戏。（2）终端携带游戏、用户测速 和地址等信息加载请求并发送给云游戏（运营）平台。（3）云游戏 （运营）平台根据用户服务等级，向云游戏服务平台请求用户调度。 （4）云游戏服务平台根据服务节点负载情况、资源配比等信息选择 节点资源，向对应的云服务发送申请。（5）云服务加载对应的实例 和游戏。（6）云游戏服务平台返回为该用户分配的实例信息，并传 递给终端。 （7） 终端启动建立与云游戏实例的安全连接和传输通道。 （8）用户通过终端屏幕、手柄等设备输入指令传递给云端实例，实 例通过本地音视频流采集、 编码再传输给终端，
27、 终端实现音视频播放。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 11 来源：5G 云游戏产业联盟 图 5 云游戏运行活动流程 （三）功能架构与部署实现（三）功能架构与部署实现 1.云游戏功能架构云游戏功能架构 通过对各个要素的主要行为分析， 可得出每个行为活动涉及的功 能点，从而提炼出云游戏各要素的功能架构。云游戏的功能架构可分 为终端、网络、云端、其他和跨层五个不同层级。功能架构的明确为 进一步厘清云游戏的技术架构和部署实现提供了必要的依据。 云游戏运 营平台 云游戏服 务平台 云游戏用 户 云服务 终端 云游戏实 例 点击开始游戏 加载请求 用户调度 云资源申请 加载实现 选择匹配节点资源
28、 云资源响应 调度响应 加载响应 建立云游戏实例连接 连接云游戏实例响应 游戏指令 输入游戏指令 音视频流解码&传输 音视频流 音视频输出 音视频流串流&传输 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 12 来源：5G 云游戏产业联盟 图 6 云游戏各要素的功能架构图 终端功能层是云游戏的表现层。包括用户输入数据的收集、云游 戏画面显示和声音播放等， 用户终端及其支持的设备包括但不仅限于 手机、平板、PC、大屏、机顶盒以及鼠标键盘、游戏手柄等。 网络功能层是云游戏的传输层。 该层将终端用户的操作指令传输 到云端，并将云端的视频流回传给终端。网络包含无线网络和有线网 络，需要高带宽低时延的性能来满
29、足云游戏的传输体验要求。 云端功能层由基础硬件、云计算、云游戏平台及其上运行的云游 戏共同构成。基础硬件是云端功能层的基石。基础硬件主要由基于 x86服务器的虚拟机架构或基于ARM服务器虚拟机架构和GPU以及 其他硬件共同实现。基础硬件提供图形处理、运算处理能力，并配合 提供云主机、云容器引擎、弹性伸缩等服务。云计算主要分为中心云 和边缘云，边云协同实现数据的存储、计算等功能。云游戏平台主要 终端 网络 云端 其他 无 线 网 络 固 定 网 络 游戏 1 游戏 2 游戏 N 云计算 中心云 边缘云 硬件 ARM/X86 GPU 其他 云游戏服务平台 接入管理 流化管理 游戏管理 云游戏运营平
30、台 用户服务 开发者服务 内容服务 云游戏平台 渠 道 直 播 APP 浏览器 手 机 、 PC 、 电 视 跨层功能 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 13 包含云游戏运营平台功能和云游戏服务平台。 云游戏服务平台主要提 供接入管理、流化管理和游戏管理等功能；云游戏运营平台主要提供 用户服务、开发者服和内容服务等功能。 其他功能层包括了云游戏渠道和直播功能。 跨层功能层包括了一系列功能组件。 这些功能组件与其上方三层 组件进行交互以提供支撑能力。 这些支撑能力包括但不限于监控服务、 授权和安全策略、认证和身份管理。 2.云游戏部署实现云游戏部署实现 云游戏是基于云计算的交互视频流， 其
31、云端功能层的部署是重中 之重。 从云计算层级看，可将云端部署分为 SaaS、PaaS 和 IaaS 的三层 架构。SaaS 层面向云游戏（运营）平台，专注于面向用户做游戏推 广，与游戏内容开发商合作游戏内容运营等。PaaS 层面向云游戏服 务平台，以云端串流、运行实例和游戏管理、智能调度、组员管理为 核心功能，承载了云游戏算力带宽成本和游玩体验的诉求。IaaS 层面 向基础设施云服务，主要用于提供基础计算、存储、网络资源，包括 中心云和边缘云。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 14 来源：5G 云游戏产业联盟 图 7 按云计算层级部署的云端架构 从云游戏要素看，可将云端部署分为云游戏服
32、务平台和运营平台 两方面来部署。 来源：5G 云游戏产业联盟 图 8 云游戏服务平台部署架构 云游戏服务平台部署架构主要包含三个部分。一是终端 APP 上 的 SDK；二是部署在边缘云和中心云的业务面功能，负责用户接入 管理 （含鉴权管理、 多协议传输、 控制通道、 网络监控、 安全防护等） 、 流化管理 （音视频采集、 音视频编码、 视频转码和智能码率控制等） ； 三是部署在中心云的管理面，负责游戏管理（实例管理、镜像管理、 部署与配置、资源计量、费用与账单、游戏状态管理、游戏调度、用 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 15 户体验管理等）。 来源：5G 云游戏产业联盟 图 9 云游戏
33、运营平台部署架构 云游戏运营平台部署架构由用户服务、开发者服务、游戏内容管 理构成。用户服务是面向终端用户的相关服务。主要包含账号管理、 认证与鉴权、用户调度、订购计费、用户社区、防沉迷等。开发者服 务是面向游戏内容开发者的相关服务。主要包含开发者签约、云游戏 开发与测试、联合运营、运营报表、财务结算等。游戏内容管理主要 包含游戏上下架、搜索与推荐。 云游戏的全局部署架构应基于成本、 用户体验和可靠性等多方面 进行综合考虑。一是对游戏时延、用户体验要求高的云游戏服务平台 算力下沉边端靠近用户侧，缩短时延，提升用户体验；中心云部署用 于时延不敏感的云游戏或者边缘云资源池储备备选。 二是云游戏服务
34、 平台管理面以及云游戏(运营)平台应以中心云部署为主，实现全局资 源信息统一管理和高可用性。三是应能实现边边协同，边云协同，能 够满足弹性资源调度和高可靠性需求。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 16 来源：5G 云游戏产业联盟 图 10 云游戏全局部署架构 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 17 三、 关键技术剖析 （一）（一）5G技术赋能云游戏移动端便携属性技术赋能云游戏移动端便携属性 第五代移动通信（5G）技术代表了现今网络发展的主要方向。 5G 将驱动社会从人与人之间的宽带互联逐步扩展到万物互联，从而 更加深刻地影响未来人类社会的生活和工作方式。增强移动宽带 （eMBB）
35、 、 超高可靠低时延通信 （uRLLC） 和海量机器类通信 （mMTC） 是 5G 典型的三大应用场景。增强移动宽带的典型应用包括超高清视 频、虚拟现实、增强现实等。超高可靠低时延通信的典型应用包括工 业控制、无人机控制、智能驾驶控制等。海量机器类通信的典型应用 包括智能家居、智能健康等。 1.5G技术赋能云游戏技术赋能云游戏 5G 赋能移动通信技术填补云游戏移动场景短板。 4G 使得随时随 地看视频成为可能，并让以移动互联网为平台，手机为载体的手游火 遍大江南北。可见，玩家对游戏的需求除了游戏内容、画质、交互等 因素之外，对其移动性的要求也很高。手游的走红完美地证明了，移 动场景为游戏带来了
36、随时可玩的便利， 填补了用户在工作生活中各种 等待场景下的缝隙时间，既能使内容简易传送也能为玩家所接受。云 游戏可在瘦客户端上支持 3A 大作的畅玩，如若其能同时兼备手游的 移动便利性，则云游戏将更加契合玩家的需求。5G 之前的网络由于 传输能力的限制，无法支持云游戏的移动场景，导致云游戏因可移动 性和便携体验较差，而无法为广大玩家所熟识。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 18 5G 提供的高质量网络传输能力是决定云游戏移动端运行的关键。 大带宽（码率） 、低时延响应和高网络稳定性是 5G 技术为云游戏提 供的保证其运行的基石。 （1）云游戏高带宽需求）云游戏高带宽需求 云游戏的多媒体
37、流较传统网络游戏而言，需要消耗更多带宽。游 戏场景渲染的多媒体流质量取决于网络通信带宽， 画质越高的多媒体 流，消耗的带宽资源也会越高。高清云游戏(1080P 30fps)在 H264 编 码条件下，码率可达 8000Kbps 左右，网络带宽需达到 10Mbps 才能 稳定流畅运行。随着应用终端扩展到大屏电视、VR 等设备，对分辨 率和帧率的要求逐步提高(4K/8K，60fps/120fps)，码率也随之提高。 初步估算，4K 60fps 的超高清云游戏码率(H264 编码)大概在 60Mbps 到 70Mbps，考虑网络抖动因素后，需至少 80Mbps 网络带宽才能保 持稳定流畅运行。 4G
38、 网络环境下的带宽值远远不能满足云游戏对网络带宽的需求， 网络传输能力成为云游戏过去十年间发展的最大阻碍。 从理论值上看， 大规模商用的 TDD-LTE 和 FDD-LTE 的 4G 服务理论下行带宽是 100150Mbit/s；在实际运营中，单基站提供的 4G 专用下行带宽会缩 水至 80Mbit/s 左右，而这 80Mbit/s 并不是由一个终端用户独享的， 是由接入基站的终端共享， 这就导致用户实际体验到的下行带宽往往 在 1030Mbit/s。根据网络信号监测公司 Open Signal 对全球 77 个国 家调查的数据可知， 截至2018年2月， 全球4G平均网速为16.9Mbit/
39、s； 根据宽带发展联盟发布的中国宽带速率状况报告可知，我国 2018 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 19 第四季度移动宽带用户使用 4G 网络访问互联网的平均下载速率为 22.05Mbit/s。 相较于 4G，5G 提供了充足的带宽空间，为云游戏的运行提提供 了保障。 国际电信联盟 （ITU） 发布的关于 5G 网络的技术规范显示， 5G 用户端下行速理论值可达 20Gbit/s，上行速可达 10Gbit/s，为目前 商用 4G 带宽的 100 倍；即使考虑到大规模商业化时的性能缩减和带 宽共享，也能满足 3550Mbit/s 的云游戏要求。目前，华为在实地测 试中已实现的 5G 网
40、速记录为 3.67Gbit/s，随着技术的不断成熟，实 际可用的网速将进一步提升， 云游戏对网速的需求在移动端将有望得 到满足。高速率不仅可以轻松实现 4K 超高清游戏画面传输，也能将 游戏延迟从 4G 时代的 4050 毫秒降低至 1020 毫秒，从而带来更流 畅的交互体验。 （2）云游戏低延迟需求）云游戏低延迟需求 首先， 传统意义上的交互延迟只是多人在线游戏系统的一个问题， 单人游戏通常不考虑交互延迟的问题， 而云游戏则彻底改变了这一点。 现在所有游戏都可以远程渲染，并流回到玩家的瘦客户端。因此，即 使对于单人游戏，我们也必须考虑交互延迟的问题。其次，传统的在 线游戏系统通常会在操作者到
41、达游戏服务器之前就在其本地系统上 呈现操作，从而隐藏交互延迟所带来的影响。例如，玩家在操控游戏 中的角色移动时，本地游戏可以立即在本地渲染并执行，即使游戏服 务器在几毫秒内都没有进行位置更新， 也丝毫不影响用户的操控体验。 而云游戏的渲染过程全部在云平台中实现， 客户端无法通过本地操作 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 20 来协助向玩家隐藏交互延迟。 云游戏的产品和技术特点导致其与传统游戏相比， 对延时的要求 更为苛刻。若使用目前已有的 4G 网络和 Wi-Fi，在网络正常的情况 下，云游戏的响应延迟大约在 50ms-140ms 范围内波动。对操作响 应延迟要求较高的游戏（例如:动作类
42、、格类、MOBA 类、第一人 称射击类、赛车类等） ，仍和本地游戏在体验上有较为明显的差距， 需要进一步降低操作响应延迟。 而 VR 设备由于其头显的特殊性， 延 迟较大时会使人产生晕动症 (motion sickness)，需要把延迟控制在 20ms 以内才能有效控制排斥反应。 云游戏整体时延中网络传输时延占比超 70%。 据学者研究， 以某 云游戏 Demo 166ms 时延为例，包括输入、操作网络传输、云端游戏 渲染、 视频网络传输和解码等时延， 其中网络传输时延竟高达 120ms， 占比总延迟的 70%以上。 虽然对于不同的游戏类别， 不同的网络环境 会造成该数值和比例的波动，但网络时
43、延若不能得到有效的降低，那 么云游戏必然还会卡在 “时延” 这一关， 无法进行大规模应用与发展。 由此可见， 5G 时代无线+核心网络整体的优化改善已成为降低时延的 关键。 5G 通过物理实现、网络升级和软件优化多重技术可大幅提升传 输速率，降低时延。一是 5G 技术引入了更为丰富的频谱资源以及大 规模天线技术（MIMO） ，能够有效提升网络速率。二是 5G 网络技 术中提出的全光网是实现低时延的重要支撑技术， 新型的多址技术可 以节省调度开销，同时基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 21 （NFV）实现网络切片，并采用 FlexE 技术使业务流
44、以最短、最快的 路由到达目的用户。三是 5G 技术改善了接入侧的网络时延，30KHz 的子载波间隔、 上行免调度以及两个符号微时隙的配置方案可使空中 接口双向时延降低至 1ms 以下； 同时边缘计算节点可改善核心网 TTL 时延，将核心网下沉到接入层可实现基站到核心网的延迟在 13ms 以内。 （3）云游戏网络稳定性（低抖动）需求）云游戏网络稳定性（低抖动）需求 在当前硬件编解码相对可控的条件下， 网络抖动会造成游戏画面 帧间隔不均衡的问题，从而导致游戏画面不流畅。具体现象一般表现 为以下两种情况：一是相连帧到达终端的时间差变大，可能导致终端 显示完当前帧， 但下一帧却没有及时到达， 从而造成
45、画面的停顿现象； 二是相连帧同时到达终端，这可能会导致终端只显示最新帧，从而造 成画面的跳帧现象。 4G 时代的共享型网络模式不能满足云游戏对网络稳定性的需求。 4G 时代的网络是共享模式，对业务来说，网络其实是不确定的，体 验是时好时坏的（取决于接入的人数和你能抢到的带宽） ；真实网络 环境下，网速不断波动，稳定性较差，游戏中平均下载速率尚难以有 效维持，高清、重度游戏的流畅运行更是难以得到保证。如何解决网 络共享带来的抖动问题， 也是云游戏在网络技术上需要解决的一个痛 点。 5G 切片技术可为云游戏提供其运行所需的稳定网络。网络切片 是在物理网络基础上， 利用虚拟化技术切分出多个端到端的虚
46、拟网络。 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 22 网络间采用逻辑隔离，每个个体都拥有独立的设备、接入、传输和核 心网，可以实现业务和资源的互不影响。网络切片利用网络虚拟化技 术，可根据云游戏场景的网络需求，实现定制化的云游戏专用网络环 境，从而满足无抖动的网络需求。 5G 网络切片是端到端的网络业务能力，需要产业链全方位支持 才能得以实现，产业拉通和推动难度较大。5G 网络切片作为一种全 新的业务能力，可实现端到端切片功能，需要终端操作系统、终端应 用程序、终端通信协议的全方位支持，才能得以实现。同时，5G 网 络切片还涉及 5 大国际标准组织 （3GPP、 ITU、 IETF、 ETS
47、I、 GSMA） 的多领域研究，缺少跨领域协同，目前进展相对较慢。想要打通全产 业链 （OS 厂商、 芯片厂商、 终端厂商、 APP 开发商以及标准化组织） 共同探索，就需要一个可以实现市场化推动的应用抓手，而云游戏正 式承担该角色的不二之选。 2.云游戏践行云游戏践行5G落地落地 通过技术场景落地获得用户认可，进而形成市场化驱动力是 5G 发展所必须的源泉。 任何技术的更迭和发展都是在实践与应用中完成 的。自 2019 年 5G 商用后，坊间曾流传过 5G 最大的应用是用来“测 速”的玩笑，而玩笑的背后暗藏的则是 5G 技术虽然实现了“速度提 升” ，但是却“无人使用”的尴尬。对 5G 技术
48、而言，如何让先进的 技术真正的、快速的为广大用户所接受和使用，获得 C 端的认同， 也是其发展推广面临的难题。 云游戏也是 5G 技术落地的重要应用场景。云游戏的出现，恰到 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 23 好处的解决了 5G 技术应用落地的问题。5G 高速率、低延迟的特性 为云游戏的发展提供了良好的条件；而实际上，云游戏也逐渐成为 5G 技术的重要应用场景。自动驾驶、智慧医疗、在线教育等 5G 规 划的应用场景给人们带来了无限的幻想， 然而现有的技术水平和用户 既定的生活习惯不是一时半会能提升和改变的， 美好的愿景还需要时 间的积累；然而云游戏凭借游戏产业多年来的积淀，其需求和用
49、户群 体已成规模，无论从技术可行性还是需求迫切性来看，它都是 5G 离 用户最近、离落地最近、离实现商业化价值最近的选择，云游戏也因 此被称为应用层面最先火起来的“5G 风口” 。 5G 与云游戏是先进技术与场景落地的互促共生关系。 5G 助力云 游戏发展，而云游戏的率先落地也将树立 5G 行业的应用标杆。5G 发展初期，SA 标准和网络部署均需要一定的时间，C 端的超高清视 频、云游戏、VR/AR 等成为体现 5G 网络优势的重要特色业务。云游 戏等娱乐内容有望成为 5G 商用最先落地的场景之一，云游戏的率先 落地将会为其他行业在技术标准、 商业模式等方面带来一定的借鉴意 义，更好地推进 5
50、G 在无人驾驶、智能能源、智能制造、智慧城市等 各领域的落地应用。因此，5G 与云游戏不是一方成就了另一方，而 是紧密相连，共同进步，互促共生的关系。 （二）边缘计算实现网络带宽与时延的双赢（二）边缘计算实现网络带宽与时延的双赢 边缘计算是云计算的延伸，是云计算下沉到户侧的触点。边缘计 算区别于传统的中心式计算， 将计算节点部署在更加靠近用户的小型、 微型机房。这些机房规模虽小，但分布更广泛、地理位置更为下沉， 云游戏关键技术研究报告（2020 年） 24 相比将所有资源都部署到中心节点，能更好的触及用户，提供优质的 访问资源。 同时， 边缘计算依靠开放平台为载体， 为用户提供云环境、 Paa
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