¿Están condenados los juegos en la nube debido a la física?

Durante muchos años, la potencia de cómputo de la PC dependía de la inversión realizada en ella. Cuanto más caro era, mayor rendimiento tenía para poder ejecutar juegos de hardware más exigentes. Pero a medida que los requisitos del sistema de juego aumentan cada año, dicha inversión en hardware también se deprecia rápidamente. Además, el hardware es escaso, lo que no mejora. Pero cuando mejora, cuesta mucho.

pero hay una solución. No tiene que pensar en cuán débil o poderosa es su PC con los juegos en la nube. Eliges un juego del servicio y lo ejecutas. Los comandos de su controlador se envían al servidor, se computan en el juego, se convierten en transmisiones de video y audio y luego se envían de regreso.

¿Parece demasiado trabajo, demasiado tiempo y demasiado complicado? Vamos a averiguar.

Al analizar este tema, utilicé los artículos " Juegos en la nube " y "Los juegos en la nube no significan nada si no tienes ese ping " como inspiración.

Calidad de video y latencia

Al jugar juegos en PC y consolas, los artefactos de video en la imagen y la latencia de entrada desde que se presiona un botón hasta que se ejecuta un comando en la pantalla se reducen al mínimo. La calidad del video está directamente relacionada con la potencia de procesamiento de su hardware y las capacidades de su motor de juego. La latencia depende principalmente de la velocidad de fotogramas del juego, la forma en que el motor del juego procesa la lógica y el tiempo de procesamiento de la señal del monitor.

Es difícil determinar el valor de latencia total para todos los juegos y configuraciones de hardware. Sin embargo, haré algunas generalizaciones para comprender mejor la diferencia entre los juegos locales y los juegos en la nube para facilitar la comparación.

Retraso de entrada de juego local

Uno de los principales factores que afectan la latencia es la cantidad de fotogramas por segundo a los que se procesa el juego. Cuando 60 FPS, ve cada fotograma durante 16,7 ms.

Entonces, lo que veo aquí:

• El usuario presiona un botón en el controlador y luego se envía una señal a la consola/PC. 10 ms es un número aproximado porque el retraso de la señal depende del controlador específico, ya sea con cable o inalámbrico, etc.

• La lógica del juego se calcula primero y luego se transmite a la pantalla en función de los datos recibidos. Un motor de juego optimizado para juegos modernos suele tardar 3 fotogramas.

• El retardo de entrada medio para la pantalla es de unos 30 ms.

  
  

Por lo tanto, su dispositivo de juego, ya sea una PC o una consola, tardará 90 ms en actualizar su comando de entrada. Son 5 fotogramas o casi una décima de segundo.

Retraso de entrada de juegos en la nube

La latencia de entrada en los juegos en la nube es diferente porque se consideran muchos más procesos. Ya no es tan simple:

• Al igual que con los juegos locales, todo comienza cuando el usuario debe enviar un comando de entrada.
• Lo recibe el equipo de juego del usuario (PC, consola o teléfono inteligente) y luego lo transmite a los servidores de la nube con el juego deseado. Tenga en cuenta que este paso será más rápido cuando su controlador sea el dispositivo de juego, como en el caso de los teléfonos inteligentes. En este aspecto, bastante interesante fue la experiencia de Stadia , cuyo controlador se conectaba directamente al enrutador, sin pasar por el enlace intermedio - PC.
• El motor del juego recibe el comando de entrada, después de lo cual se calcula y representa la lógica del juego.
• La señal extraída se envía al codificador, que codifica el material en un códec de audio y video adecuado y luego se envía de vuelta al usuario.
• El códec de audio y video resultante se decodifica, procesa y envía al monitor.
• El monitor realiza el procesamiento interno de la señal y muestra la imagen en la pantalla.

Si suma todos los componentes, el retraso será de unos 130 ms.

Y ahora, analicemos los resultados de un estudio "Juegos en la nube: arquitectura y rendimiento" , cuyos autores argumentan que el retraso máximo de interacción para muchos juegos no debe ser más de 200 ms, y para los juegos que requieren una respuesta rápida, no. más de 100 ms.

Algunas conclusiones de este estudio:

• Los juegos de disparos y lucha deberían tener una latencia de menos de 100 ms, ya que son particularmente exigentes en términos de capacidad de respuesta.

• Los juegos de rol, como World of Warcraft, deben tener una latencia de no más de 500 ms. Ya no son sensibles a la capacidad de respuesta, pero aún requieren cierta capacidad de respuesta a los eventos del mundo del juego y acciones confiables, como curar a un personaje o lanzar hechizos.

• Los RTS son aún más indulgentes con la latencia y, a veces, permiten hasta 1000 ms. Ya no es crucial que tales jugadores realicen todas sus acciones inmediatamente. Por ejemplo, los jugadores pueden construir sin actualizar constantemente el juego.

  
  

Considerando esto, un aumento en la latencia de 1,5 veces en comparación con la computadora local no parece crítico. Pero entonces, ¿por qué la primera impresión de los juegos en la nube suele ser negativa?

Y lo más frecuente es que se trate de la conexión a Internet del usuario. Y el hecho de que tus 100 Mbps no son necesariamente 100 Mbps.

A continuación, veamos qué puede impedir que los jugadores en la nube logren una latencia de entrada óptima.

Del servidor al usuario

En términos generales, el enrutamiento predeterminado de Internet e IP no garantiza la entrega confiable de datos o la calidad del servicio. También tienen algunas otras limitaciones que hacen que mantener un ping bajo en todo momento sea un desafío.

Hay muchas maneras en que puede ocurrir la latencia. El tamaño pequeño de los paquetes de juego (55 bytes) en comparación con los paquetes de Internet estándar (1500) hace que los enrutadores IP reduzcan su sobrecarga de procesamiento en 27. El tamaño de paquete más pequeño también elimina más paquetes porque los límites del búfer generalmente se establecen en función de la cantidad de paquetes, no su tamaño.

Otros problemas de latencia surgen de la forma en que las redes IP calculan el enrutamiento de paquetes. El protocolo de enrutamiento primario en Internet (BGP) puede crear rutas circulares a través de la red con más saltos de los necesarios y crear diferentes rutas para el tráfico entrante y saliente. Además, cuando se trata de interconexión o transferencia de tráfico a otras redes, BGP no tiene en cuenta el ancho de banda de la red receptora, el rendimiento en tiempo real ni el rendimiento de la red. Puede elegir diferentes puntos de interconexión para el tráfico entrante y saliente. Esto puede generar resultados de rendimiento diferentes y tasas de ping bajas, especialmente para los jugadores conectados a redes con diferentes proveedores.

La interconexión requiere una comprensión de las rutas de un extremo a otro desde el servidor host hasta los jugadores que lo utilizan. Por lo tanto, se requieren análisis de red en tiempo real para brindar la mejor experiencia de juego. Al comprender los patrones de tráfico de juegos y cómo fluye el tráfico a través de Internet y otras redes, las empresas de juegos pueden optimizar los flujos de tráfico de extremo a extremo entre sus servidores, redes de distribución de contenido (CDN), Internet y los usuarios finales.

Cada vez más, las empresas de juegos en la nube están construyendo sus redes troncales para conectar los centros de datos centrales y de borde que alojan servidores de juegos. Esto permite un control más granular de extremo a extremo, lo que garantiza el mejor rendimiento para las aplicaciones de juegos. Internet actúa entonces solo como la "última milla" para los jugadores.

Esta estructura de interconectividad entre los centros de datos generalmente consta de enrutadores y troncales de fibra. Las capas IP y óptica de la red deben estar coordinadas para garantizar que estas conexiones sean deterministas. Un controlador de software central desempeña esta función en las redes modernas definidas por software (SDN). Los análisis también están integrados en el sistema. Entonces, a diferencia de BGP, conocemos el rendimiento de la ruta de extremo a extremo, incluidos los puntos de interconexión. El controlador configura los enrutadores y los enlaces ópticos de acuerdo con políticas de rendimiento y SLA específicos.

Velocidades de conexión a Internet

Lo que sucede con la señal en el camino desde el servidor hasta nuestros hogares, lo hemos averiguado más o menos. Ahora volvamos a las cosas más mundanas: Internet en nuestro apartamento.

La velocidad de Internet indicada en el contrato de servicio es la máxima velocidad posible que el operador asigna por canal. Será relevante para usted si es el único en toda la casa que usa Internet y no hay obstáculos en el camino de la señal. La situación parece bastante utópica. Puede medir la velocidad real de su Internet, por ejemplo, usando speedtest.net .

Sin embargo, los requisitos del sistema para la conexión a Internet de GFN desde 15 Mbit/s para 720p a 60 FPS y desde 25 Mbit/s para 1080p a 60 FPS. En cuanto a MY.GAMES Cloud: 10 Mbit/s para ejecutar juegos en 720p a 30 FPS, 25 Mbit/s a 120 FPS.

En un mundo ideal donde las velocidades de Internet siempre satisfagan nuestras necesidades, se transmitiría al usuario una señal de alta tasa de bits sin comprimir, proporcionando una imagen de ultra alta calidad indistinguible de la que se reproduce en el equipo local. Pero debido a las limitaciones de ancho de banda en todo el mundo, es necesario reducir las tasas de bits y mantener una baja latencia y una alta calidad de video. Como probablemente ya te habrás dado cuenta, esta no es una tarea fácil.

Mantener la latencia al mínimo introduce restricciones en las transmisiones de video. En ese caso, los cuadros B no pueden o no deben usarse porque entonces el retraso aumentaría significativamente. Otras partes de la transmisión no deberían ser complicadas de ninguna manera, de modo que el codificador y el decodificador puedan codificar y decodificar una alta velocidad de fotogramas y resolución en tiempo real.

Con estas limitaciones, aumentar la tasa de bits resuelve el problema de calidad. Sin embargo, aumenta el problema de la entrega porque la mayoría de los hogares en todo el mundo aún no tienen acceso a conexiones de Internet estables y baratas que tengan un gran ancho de banda. Y ni siquiera se trata de Full HD y 7-8 Mbps. Se trata de más de 30 Mbps. Y ese número solo aumenta con velocidades de cuadro y resoluciones más altas.

Otra forma de resolver el problema es usar un códec más eficiente. Hoy H.264 es el códec más común. Es óptimo para usar en servicios de juegos en la nube que no dependen de su equipo dedicado para la decodificación de señales. Esto se debe a que la mayoría de los dispositivos modernos están equipados con chips capaces de decodificar ciertos perfiles H.264 sobre la marcha. Sin embargo, suponga que el usuario tiene un dispositivo con chips más nuevos que admiten la decodificación de códecs de mayor rendimiento (como H.265 HEVC). En ese caso, la calidad se puede mejorar significativamente utilizando el mismo ancho de banda.

A partir de los requisitos exactos de ancho de banda, podemos adivinar que si el Internet doméstico no siempre es adecuado para jugar a través de la nube, el móvil no es adecuado en absoluto debido a las características técnicas. Sin embargo, estamos esperando la expansión de 5G, ya que se espera que mejore la calidad de los juegos en la nube.

Señal del enrutador a la PC

La señal de Internet inevitablemente tiene una pérdida, incluso en la "última milla", ya dentro de su apartamento o casa.

La conexión óptima, que elimina parte de la pérdida, es directamente a través de un cable Ethernet a su PC, que usa solo. Sin embargo, no todos los modelos de computadoras portátiles tienen dicho conector. En general, el enrutador WiFi ha sido durante mucho tiempo una solución estándar para el hogar y la oficina, que le permite conectarse a la misma red desde múltiples dispositivos y al mismo tiempo no enredarse en los cables.

Sin embargo, hay algunos matices al usar enrutadores WiFi:

• Como hemos dicho antes, cuantas más personas se conecten a la red, más lenta será la velocidad de conexión de una persona en particular.

• La mayoría de los enrutadores de Internet funcionan a 2,4 GHz, la misma frecuencia que los dispositivos Bluetooth, como los controladores de computadora y los auriculares. Incluso un microondas regular afecta esta frecuencia. La salida podría ser conectarse a WiFi en otras frecuencias, como 5 GHz. Pero no todos los dispositivos lo admiten, por lo que primero debe asegurarse de que su PC y su enrutador puedan funcionar con él.

• La señal del enrutador inevitablemente se "desvanece" cuando se mueve por el apartamento y choca con varios obstáculos: techos, paredes, puertas y muebles. La señal será mucho mejor si su PC está dentro de la "línea de visión" del enrutador.

  
  

La conexión por cable Ethernet es mejor que la conexión inalámbrica con WiFi.

problemas con la pc

Por lo tanto, el ping alto y la latencia alta se deben a la mala calidad de la conexión entre la PC y los servidores del juego. Y aunque algunos de los problemas se resuelven solo del lado del proveedor de servicios de Internet y el servicio de juegos en la nube, todavía hay algunas cosas que el usuario puede hacer para facilitar el juego.

Por ejemplo, si la conexión deja mucho que desear, puedes resetear el router o volver a conectar el cable por el que te conectas a Internet. En el caso de un enrutador, también debe desconectar temporalmente otros dispositivos de la red: teléfonos, televisores, equipos "inteligentes" y dispositivos conectados a través de Bluetooth. Finalmente, debe deshabilitar las descargas de archivos, cerrar pestañas innecesarias en el navegador y, en general, reducir la carga en el sistema operativo tanto como sea posible, lo que puede reducir el ancho de banda de la red. Recuerda que todo esto le quita algo de velocidad al juego en la nube.

La reducción de la latencia de entrada se puede eliminar parcialmente aumentando la velocidad de fotogramas a la que se ejecuta el juego. Naturalmente, esto también aumentará los requisitos de codificación y decodificación de los flujos y la necesidad de un ancho de banda aún mayor a medida que se necesiten más datos.

Comprar un monitor con un procesamiento de señal más rápido o "modo de juego" también reducirá el problema, ahorrando unos pocos milisegundos de retraso de entrada. Pero tenga en cuenta que el "modo de juego" minimizará la calidad de la imagen ya que el procesamiento de la señal se realizará con menos frecuencia.

Conclusión

Entonces, ¿qué pasa con los juegos en la nube? ¿Es tan malo con la latencia? Todo depende de a quién le preguntes. Pero su futuro definitivamente parece prometedor, y he aquí por qué.

En primer lugar, la mayoría de los jugadores eligen juegos que normalmente ni siquiera notan el retraso de entrada adicional. En cuanto a los proyectos más exigentes (competitivos o con gráficos modernos y realistas), los juegos en la nube aún tienen mucho camino por recorrer.

Sin embargo, la proporción de solicitudes relacionadas con retrasos en la entrada ha disminuido notablemente. Esto significa que la calidad de Internet está creciendo y, con su mayor crecimiento y el desarrollo de 5G, habrá incluso menos problemas con la red.

El segundo factor es la geolocalización del servidor. Los propios servicios lo deciden.