引言
元宇宙如今已成為全球科技業的下一個風口。在元宇宙琳琅滿目的各種應用場景中，無論是如電影《頭號玩家》中的那種體感互動裝置，還是醫生利用 VR 醫療，遠端做手術，元宇宙強互動的基礎是資料的低延遲傳輸和同步。本文將介紹網易雲信解決全球資料低延遲互動問題的方案。
網易雲信的超低延遲傳輸架構
從資料輸入的角度而言，元宇宙中主要的傳輸資料型別分為3類。
- 控制信令
- 音視訊資料
- VR/AR 深度圖資料
控制信令是通訊系統中的控制指令，這類資料的資料量小但十分重要，一條都不能丟。音視訊是元宇宙真實場景實時再現的體驗保障。VR/AR 深度圖相較於音視訊而言資料量要大的多，通常在 15Mbps 以上，這類資料的低延遲傳輸也是當下元宇宙發展的重要瓶頸。
針對這 3 類資料，想把元宇宙的業務在相隔千山萬水的全球使用者間“跑”起來，主要有 2 大難題亟待解決：
- 邊緣接入：第一公里問題是所有實時傳輸系統中最為複雜的，原因在於全球使用者邊緣實時網路千差萬別，且不可預測；
- 大網傳輸：為了降低全球使用者的端到端延遲，跨國傳輸最短路徑是關鍵問題；
邊緣接入
邊緣布點
解決使用者接入最直接的方法就是讓邊緣伺服器離使用者更近。因此，網易雲信在全球主流國家和國內多個省市都進行了邊緣布點。同時，每日對所有伺服器進行網路質量梳理，啟動伺服器間的“賽馬機制”，以此保證優質的伺服器能極限貼近使用者。
智慧排程
在解決了邊緣布點問題後，接下來的問題是如何將使用者排程到最優節點。可能這看起來與邊緣布點原則有些相悖，明明已經極限貼近使用者，為何還需要進行復雜的排程？由於使用者網路和運營商的複雜性，就近並不等同於最優。最典型的例子就是東南亞，各種網路運營商數量繁多，某些印度使用者連線新加坡節點反而比連線印度本地節點更快、更穩定。
為了適配此類問題，網易雲信從 5 個維度綜合篩選出最優節點。
- 靜態排程：根據使用者地理位置選取最近節點
- 使用者歷史登入成功率：接入節點白名單
- 使用者歷史業務狀態：卡頓率、延遲等指標
- 實時探測：RTT、丟包率、抖動
- 流量聚合：95 峰排程，平攤流量
弱網對抗
弱網對抗是整個實時網路系統中最複雜的一環，我們根據不同的業務資料和場景使用不同的策略。
- 控制信令：信令的資料量通常較小，但優先順序很高，我們使用 QUIC 進行傳輸，並加了很高的冗餘，可以抗 80% 丟包。
- 音視訊資料：自研編碼器和擁塞控制技術，可以根據業務型別適配畫質流暢度，同時音訊有空間音效功能。
- AR、VR 深度圖：使用 DataChannel 傳輸，15Mbps 的資料實時傳輸也無壓力。
- 圖片、檔案等靜態資源：雲信的 Http 加速代理服務，提供全球邊緣接入點，中國到美國最短 RTT 可達 160ms。
大網傳輸
為了解決網間傳輸質量的問題，網易雲信推出了 WE-CAN 全球智慧路由網路。WE-CAN（Communications acceleration network）是網易雲信自研的大規模分散式傳輸網路，是一個架設在公共網際網路上，通過對各種資源智慧排程來實現提高資料傳輸質量、降低資料傳輸成本目標的複雜網路系統。
舉例來說，北京和洛杉磯之間的公網鏈路的 RTT 在 250ms 左右，且網路不穩定，很容易出現資料延遲秒級才能投遞成功的現象。
WE-CAN 的解決思路：
- 在北京和洛杉磯之間計算出一條最優公網路由；
- 各節點之間的最短路由不能過度重疊，要用總體規劃和擁塞控制；
- 有一定 QoS 機制對抗弱網；
- 遇到網路抖動和機器故障，能快速反應，路由切換；
WE-CAN 架構
WE-CAN 由 4 個模組組成：
- 排程節點：負責接入節點分配
- 接入節點：負責內外協議轉換，服務分級，熱更新等功能
- 轉發節點：核心轉發模組，兩兩之間實時探測，組成 full-mesh 的網路，上報 rtt，loss，jitter 等資訊
- 控制節點：收集轉發節點上報，做路由規劃
這裡重點講一下控制節點的路由規劃策略。
路由規劃
- 鏈路質量分
根據上報資訊（rtt，loss，jitter），算出任意 2 個節點之間的鏈路質量 MOS 分，計算出的質量分為 0-1 之間的小數。
- 最佳路徑選取
a. 使用 dijkstra 演算法計算任意 2 個節點之間的最短路由，多跳的路由得分為每一段鏈路質量分的乘積，跳數越多則乘積越小，相當於做了跳數懲罰。例如 A->B->C->D 這條路由的綜合分是 0.950.950.92 = 0.83。
b. 將最優路徑的中間節點全部排除，重新繼續計算最佳路徑作為次優路徑；以此類推，計算出 k 條最佳路徑。
- 擁塞避免
計算多條最佳路徑的原因是為了避免擁塞。經過第一輪路由計算後，聚合所有最佳路徑，統計各中轉節點是否超過流量閾值，超過則視為擁塞，將途徑的路由遷移到次優路徑上，以此類推，經過多輪計算，得到最終路由表，同步給轉發節點，轉發節點根據路由表投遞資料。
快速避障
除了最短路徑規劃外，一張優秀的傳輸大網，應該具有快速避障的能力，WE-CAN 主要從 3 個角度切入這個問題。
- 控制節點檢測到網路大規模抖動或者機器當機，會立即更新路由表並下發。
- 轉發節點之間有 ARQ 和 FEC 等機制，對抗突發的網路丟包。
- 轉發節點在感知鏈路 RTT 變長超過閾值時，會將傳送路由從最優切換到次優。
傳輸質量對比
WE-CAN和公網在中國到美國的傳輸質量對比:
優質傳輸率：所有統計視窗中到達率大於 95% 的比率
延遲：RTT
元宇宙的應用落地
網易伏羲遙感機械助力傳統產業數字化轉型，在網路環境較差的戶外環境也能通過手機遠端操控挖掘機進行生產工作，同時可適配中低端手機，將複雜的計算和渲染等放在雲端完成，幫助生產效率的提升。
網易瑤臺是國內首個元宇宙落地產品，區別於傳統視訊會議的單一呈現方式，瑤臺更具虛擬的沉浸感，也更能滿足現實世界的切實需求。網易曾將全球投資者大會的舉辦地搬到了瑤臺虛擬世界，來自全球多個國家的 200 多位投資者，通過自己的虛擬形象，交流網易業務的最新動態。整個場景便是基於網易雲信的 WE-CAN 全球智慧路由網路和融合通訊能力打造。
網易雲信的虛擬人解決方案，能適用於金融智慧虛擬客服、網際網路醫療遠端問診、新聞虛擬主播、社交娛樂虛擬偶像、智慧虛擬助手、電商虛擬直播等場景。相比於市場上其他虛擬人方案，網易雲信提供了一站式的 SDK，使用者僅需對接一個 SDK 即可同時擁有虛擬人、RTC、直播等多項能力。同時，首創客戶端和雲端雙渲染技術，以滿足不同客戶和場景的實際需求。
結語
劉慈欣先生認為：人類面前有兩條路，一條向外，通往星辰大海；一條向內，通往虛擬現實。前者志在探索廣袤宇宙，後者積極開拓元宇宙世界。對此，陳策表示，儘管真正的元宇宙何時會向世人呈現其完整面貌仍未可知，但在通往元宇宙的過程中，關鍵技術及產業將會獲得巨大發展契機，對未來人類社會和商業模式變革產生重要影響。在這個過程中，網易雲信也將深入具體場景，洞察企業客戶真實需求，為客戶提供更優質、更穩定的產品能力和服務。