王 丰 施玉海 黄 平

（国家新闻出版广电总局广播科学研究院 山东广电网络有限公司）

【摘要】近年来，随着游戏产业迅猛发展，如何基于广播电视网络开展云游戏业务运营成为了广电运营商提升增值能力的关键。本文在介绍云游戏概念、技术原理的基础上，提出了广电可运营云游戏系统架构及网络部署方案，为打造以电视屏幕为载体、以客厅为中心的家庭亲情中心、娱乐中心和健康中心提供技术支撑。【关键词】云游戏 电视游戏 系统架构

1 背景

随着近年来网络游戏产业的突飞猛进，促进网络游戏产业与广播电视产业融合发展，构建以云计算技术为基础，面向广播电视网的电视游戏创新发展模式，已经成为目前广电运营商开拓新的利润增长点不可或缺的重要手段。因此，按照党中央推进媒体融合及游戏产业发展要求，结合广电运营商业务创新发展需求，我们应该积极推进广播电视网云游戏系统研究及应用，拓展电视游戏内容的传播渠道、平台和终端，为打造以电视屏幕为载体、以客厅为中心的家庭亲情中心、娱乐中心和健康中心提供技术支撑。

2 广电云游戏系统概述

2.1 云游戏的概念及特点云游戏是云计算技术在游戏领域创新性应用，在云游戏的运行模式下，所有游戏都在服务器端运行，并将渲染完毕后的游戏画面编码组合后通过网络传送给用户。在客户端，用户的游戏设备不需要任何高端处理器和显卡，只需要基本的音视频解码能力就可以完成游戏业务的呈现。云游戏更好的保护了游戏产业的知识产权，进一步提升了游戏产业和广播电视产业经济效益，促进了行业健康、有序、融合发展。2.2 广电云游戏系统发展思路广电云游戏系统是以内容服务、资源共享为特征，以低时延云编码、业务流化技术为核心，依托广播电视平台、网络和终端等资源优势，构建的面向媒体融合发展的广电创新服务模式。广电云游戏系统将拥有高效执行、海量存储、远程控制、安全可靠、价格低廉等众多优势，并能实现多样化终端适配和服务资源的无限扩充。在技术研发上，云游戏系统要以云端虚拟化和低时延云编码技术为突破，实现游戏执行过程云端化，降低终端设备技术需求和实现成本；在传输方式上，以云端流化技术为载体，基于现有广电有线电视网络和IP网络，实现内容的高效分发；在业务服务上，提供涵盖云游戏为代表的综合云业务；在功能支撑上，实现现有机顶盒等终端设备对云游戏的综合承载；在发展模式上，立足广电云游戏系统，探索广电云系统架构和运维模式，加快云计算技术在广电系统的开发和应用。2.3 广电云游戏系统设计原则广电云游戏系统的设计和开发将遵循以下原则：系统完备性：系统功能完整，设备操作简单直观，易于操作，维护管理方便。所有日常维护工作均全部实现不停机在线式操作。易维护性：提供有效的系统监控手段和软硬件工具，具有检错、纠错能力，提供有效的故障排除手段，在系统出现故障时，应能够在较短的时间内恢复系统运行；可靠性：系统确保7×24小时无故障工作，系统软件的某些模块发生故障时，不影响到其他模块的正常工作。可扩展性：系统间采用松散耦合架构。用户可以根据自己业务增长的实际情况，对相应的业务子系统进行独立升级和扩容；在线平滑升级；系统支持的媒体格式能够随着未来开展新业务而增加。开放性：系统与关联系统通过标准化接口进行对接，系统之间可以实现业务的互联互通。安全性：确保游戏文件、用户个性化信息不被非法修改和非法获取，保证存储安全、设备安全、数据传输安全，内部网络安全保护，软件容错及质量控制等。技术先进性：采用国际上先进的数字视频、计算机及网络技术。系统总体设计要具有一定的超前性，保证系统能够在业界具有领先地位。

3 广电云游戏系统架构设计

3.1 云游戏技术原理云游戏意在减轻现有终端承载业务时所需的终端本地性能，做到业务的终端无关性。云游戏技术采用基于云计算的虚拟化技术和流化技术，实现业务的云端运行和终端显示，彻底摆脱终端性能对游戏业务部署的约束。云游戏技术原理如下：运营商在机房搭建服务器集群（我们称之为“云端”），云游戏前端系统位于运营商网络内的虚拟化环境中，可以由运营商完全控制，运营商将业务部署和执行全部集中在云端，具备回传（双向回传或外交互）功能的终端将控制操作传送给云端，云端响应后，将所有传输至用户终端的数据（如用户界面，应用程序，其他运营商的服务和实时数据流）组合填充至一个数据包中，该数据包包括多个虚拟实例或多个虚拟进程，所有这些最终都将呈现在用户终端上。直观地理解，就是将我们常见的主机与显示器、鼠标、键盘分离，把主机放到云端，将显示器、鼠标、键盘等留在用户家里，用户不需要独占一台主机，且一台主机的处理能力为多个用户进行共享，从而实现了“按需访问”的需求。因此，云游戏系统主要的任务是将视频、用户界面、云游戏业务进行组合，然后以视频流的方式下发至用户终端，其主要功能如下图所示。

图1. 云游戏系统技术原理

3.2 云游戏系统架构云游戏系统的整体架构分为前端系统、传输网和终端三个部分，架构如下图所示：

图2. 广电云游戏系统架构

其中，前端系统架构分为3层，分别为基础资源层、平台层和业务层。基础资源层提供底层硬件资源和网络资源；平台层负责处理用户的接入请求、业务加载引擎的调度管理、会话管理、业务的渲染、编码和推流等；业务层提供云平台上第三方游戏业务的引入和管理，云服务支撑平台提供了运维网管、数据分析等功能；安全管控平台提供了基于系统、网络、业务等全方位的安全管理。网络层基于现有的广播电视有线网技术体制，并融合了IP传输网，系统可实现基于EOC、LAN+CABLE、CABLE+外交互模式等多种网络接入方式，支持IP-QAM和复用器的广播信道下行推送和基于IP的多模式控制指令上行交互。终端负责完成视频流的解码显示以及与前端业务平台的交互，其仅需具备视频解码能力，即可方便接入各类大型游戏高品质应用。3.2.1 前端系统云游戏前端系统，是利用云计算及视频流化技术提供应用快速承载与终端统一接入功能的开放应用平台，可适用于瘦终端的用户侧部署，可为运营商降低运营成本，实现海量游戏业务的方便引入与快捷部署上线。云游戏前端系统又可具体划分为云服务平台、流化服务平台、云终端接入平台、网络资源调度平台、云游戏服务支撑平台和云游戏安全管控平台。1、云服务平台云服务平台是云游戏前端系统的基础平台，主要为多种云游戏业务提供内容的汇聚、内容集成管理、应用集成管理、门户管理、广告投放、转码等功能。平台将通过云计算技术，构建区域性的云游戏业务资源池，保证各区域平台间的互联互通和资源共享。2、流化服务平台流化服务平台是云游戏系统的支撑能力平台，通过标准接口为上层业务系统提供流化能力。流化服务平台支持对集群化、差异化的流化资源进行管理和调度，可以实现各类游戏业务在云端的虚拟化运行、组合、编码，完成数据流化和内容的分发，并实现终端操控外设映射保障业务的交互体验。3、云终端接入平台云终端接入平台提供基于DVB和IP异构网络的各类终端统一接入、交互、控制等功能。平台提供用户的跨区域、多终端的统一接入，为多用户不同的终端与外设提供统一并行的业务交互控制。4、网络资源调度平台网络资源调度平台主要为云终端接入平台、流化服务平台提供应用交互与业务传输过程所使用到的边缘网络资源的管理、调度与控制，屏蔽异构网络差异简化上层业务逻辑复杂度。它负责提供对中心与边缘的二级资源的管理与控制、支持按业务种类进行不同资源分配能力、提供对用户终端的资源占用状态的管理与控制。5、云游戏服务支撑平台云服务支撑平台主要为运营商的支撑系统提供用户功能开通、话单输出等运营功能，提供终端用户信息与订购管理，云接入认证，服务功能开通控制，用户云接入话单与各类云游戏业务的用户使用话单汇聚输出的功能，提供对前端系统平台统一管理、监控和维护。6、云游戏安全管控平台云游戏安全管控平台基于广电监管系统架构，负责对网络中游戏内容安全和内容运营进行监测和管理，确保云游戏系统的可管理、可控制、可信任。3.2.2 终端终端为用户提供云游戏平台的接入服务，实现云-端交互、画面呈现等功能，并通过USB映射技术实现创新的终端用户和云端服务器的人机交互，使需要更多外设（如键盘、鼠标、游戏手柄、体感游戏手柄、方向盘等）支持的游戏业务能够运行在终端上。云游戏终端软件部分设计为插件的形式，是集成在终端上的软件，配合前端云平台完成各种业务与用户的交互和系统统一控制调度。现有终端平台需要集成虚拟插件才能实现各类云游戏业务的呈现。整个终端软件系统的设计过程严格遵循层间封装、层内模块化的原则，以便使整个软件平台获得更好的可移植性和可维护性。架构由多个功能模块组成，包括键值归属模块、IP、TS数据模块、浏览器控制模块和播放器控制模块，如下图所示。

图3. 云插件架构

4 广电云游戏系统部署方案

广电云游戏系统基于广电现有网络资源实现系统部署，分别面向IP网和广电Cable网完成流化内容分发，考虑到流化业务对网络资源的占用，云游戏系统整体部署架构分为中心系统和分前端系统两部分。中心服务系统主要部署系统管理服务器部分，包括云终端接入平台、云服务支撑平台、云服务平台、流化服务平台中心部分。中心服务系统完成自身服务器群物理部署外，与中心已有业务系统、运维系统（BOSS系统）、新增应用系统（承载业务）实现对接，运营商为云游戏前端系统平台提供机房资源、网络资源。分前端系统中，包含CDN缓存、流化服务平台分前端部分（分前端管理和流化服务器）。用户接入网络部分，用户终端通过集成云终端软件，实现系统接入。运营商提供用户接入网资源，包括IP网络资源（用于云前端系统与终端间的指令交互），IPQAM资源（系统视频流下行通道）。

图4. 云游戏系统部署

云游戏系统按照网络部署可以采用集中式和分布式两种方式，实际部署可以根据用户规模及运营商网络情况来选择。云游戏前端系统分为中心服务系统和服务分节点，每个区域包含1个中心服务系统和多个分节点，中心服务系统和分节点按照不同的部署方式部署在不同的地理位置，分发系统按照各节点拟覆盖的用户情况进行部署，每一个分发系统只能被一个分节点管理。中心服务系统作为用户接入点，该接入点支持主备机的方式进行部署，以确保系统中无单点故障，中心服务系统会话根据负载规则分配终端到相应的分节点进行接入和业务使用。业务初期建议采用集中式方式进行部署。后续随着用户量增加，业务并发率提高再平滑过渡为分布式方式。

5 业务规划

云游戏面向家庭用户，承载客厅文化。广电运营商通过开展云游戏业务，可将云游戏系统打造成为新一代的家庭数字娱乐核心，最终通过海量精品内容，满足家庭中各角色的独特需求，持续创造价值，引领家庭数字娱乐新方向。云游戏业务定位于提供炫酷、有趣的电视互动游戏，满足部分遥控器游戏用户和手柄游戏用户的需求，让用户可以通过零门槛即可通过机顶盒使用多种类型的游戏业务，避免了各类游戏终端的维护工作，充分发挥碎片时间去享受游戏。目前电视云游戏方面建议部署的类型分为大型3D游戏、休闲互动游戏和教育类游戏，如下图所示。

图5. 云游戏业务

6 总结

本文重点对广电云游戏相关概念及技术架构进行了介绍。广电云游戏是媒体融合大背景下广播电视发展的新业态，是游戏技术、广播电视技术和云计算技术相结合而诞生的新兴产物。广电云游戏系统将成为电视游戏的载体，是家庭互动娱乐和云生活的中心，其发展必将提升广电运营商增值服务能力，为广播电视产业升级发展做出贡献。 参考文献

[1] Diaz-Sanchez, Almenares, Marin and Proserpio. Media Cloud: Sharing contents in the large. 2011 IEEE International Conference on Consumer Electronics (ICCE). Las Vegas, 2011.

[2] Alexandra Mikityuk and Jean-Pierre Seifert. The Virtual Set-Top Box: On the shift of IPTV Service Execution, Service & UI Composition into the Cloud. 17th International Conference on Intelligence in Next Generation Networks (ICIN). 2013.

编辑：中国新闻技术工作者联合会