クラウドゲームは物理学のために運命づけられていますか?

長年にわたり、PC の計算能力は PC への投資に依存していました。価格が高ければ高いほど、より要求の厳しいハードウェア ゲームを実行できるようにパフォーマンスが向上しました。しかし、ゲーム システムの要件が年々増加するにつれて、そのようなハードウェアへの投資も急速に減価償却されます。さらに、ハードウェアが不足しており、改善されていません。しかし、それが良くなると、多くの費用がかかります。

しかし、解決策があります。クラウド ゲームを使用する場合、PC がどれほど弱いか、または強力であるかを考える必要はありません。サービスからゲームを選択して実行します。コントローラーからのコマンドはサーバーに送信され、ゲーム内で計算され、ビデオおよびオーディオ ストリームに変換されてから返送されます。

手間がかかりすぎたり、時間がかかりすぎたり、複雑すぎたりしませんか?確認してみましょう。

このトピックを分析するとき、私は「クラウド ゲーム」と「 クラウド ゲームは、ping を取得できなければ意味がない」という記事をインスピレーションとして使用しました。

ビデオの品質と遅延

PC やコンソールでゲームをプレイする場合、画像のビデオ アーティファクトと、ボタンを押してから画面上のコマンドを実行するまでの入力遅延を最小限に抑えます。ビデオの品質は、ハードウェアの処理能力とゲーム エンジンの機能に直接関係しています。遅延は主に、ゲームのフレーム レート、ゲーム エンジンがロジックを処理する方法、およびモニターの信号処理時間に依存します。

すべてのゲームとハードウェア構成の合計レイテンシ値を決定することは困難です。ただし、比較を容易にするために、ローカル ゲームとクラウドでのゲームの違いをよりよく理解するために、いくつかの一般化を行います。

ローカル ゲーム入力ラグ

レイテンシーに影響を与える主な要因の 1 つは、ゲームがレンダリングされる 1 秒あたりのフレーム数です。 60 FPS の場合、各フレームは 16.7 ミリ秒表示されます。

だから、私がここに見るもの：

• ユーザーがコントローラーのボタンを押すと、信号がコンソール/PC に送信されます。信号の遅延は特定のコントローラー (有線または無線など) に依存するため、10 ミリ秒はおおよその数値です。

• ゲーム ロジックは、最初に計算され、受信したデータに基づいてディスプレイに送信されます。最新のゲーム用に最適化されたゲーム エンジンは、通常 3 フレームかかります。

• ディスプレイの平均入力遅延は約 30 ミリ秒です。

  
  

そのため、PC であろうとコンソールであろうと、ゲーム デバイスは入力コマンドを更新するのに 90 ミリ秒かかります。これは 5 フレーム、つまりほぼ 10 分の 1 秒です。

クラウド ゲームの入力遅延

より多くのプロセスが考慮されるため、クラウド ゲームの入力レイテンシは異なります。それほど単純ではありません。

• ローカル ゲームと同様に、すべてはユーザーが入力コマンドを送信することから始まります。
• ユーザーのゲーム機器 (PC、コンソール、またはスマートフォン) によって受信され、目的のゲームと共にクラウド サーバーに送信されます。コントローラーがスマートフォンの場合のようにゲーム デバイスである場合、この手順はより速く行われることに注意してください。この点で、非常に興味深いのは、コントローラーがルーターに直接接続され、中間リンクである PC をバイパスするStadia の経験でした。
• ゲーム エンジンは入力コマンドを受け取り、その後、ゲーム ロジックが計算されてレンダリングされます。
• 描画された信号はエンコーダーに送信され、エンコーダーは素材を適切なオーディオおよびビデオ コーデックにエンコードしてから、ユーザーに送り返します。
• 結果のオーディオおよびビデオ コーデックがデコード、レンダリングされ、モニターに送信されます。
• モニターは内部信号処理を行い、画像を画面に表示します。

すべてのコンポーネントを合計すると、遅延は約 130 ミリ秒になります。

それでは、 「Cloud Gaming: Architecture and Performance」調査の結果について説明しましょう。この調査の著者は、多くのゲームの最大対話遅延は 200 ミリ秒を超えてはならず、迅速な応答が必要なゲームでは - いいえ100ミリ秒以上。

この研究からのいくつかの結論:

• シューティング ゲームや格闘ゲームは、特に応答性が要求されるため、レイテンシは 100 ミリ秒未満にする必要があります。

• World of Warcraft などのロールプレイング ゲームでは、遅延が 500 ミリ秒を超えないようにする必要があります。彼らはもはや応答性に敏感ではありませんが、ゲーム世界のイベントや、キャラクターの回復や呪文の詠唱などの信頼できるアクションに対するある程度の応答性が必要です.

• RTS はさらに遅延を許容し、場合によっては最大 1000 ミリ秒まで許容されます。そのようなプレイヤーにとって、すべてのアクションをすぐに実行することはもはや重要ではありません。たとえば、プレイヤーは常にゲームを更新しなくても建物を建てることができます。

  
  

これを考慮すると、ローカル コンピューターと比較して 1.5 倍の遅延の増加は重大ではないように見えます。では、なぜクラウド ゲームの第一印象は通常否定的なのでしょうか?

ほとんどの場合、ユーザーのインターネット接続に関する問題です。そして、あなたの 100 Mbps が必ずしも 100 Mbps ではないという事実。

次に、クラウド ゲーマーが最適な入力レイテンシーを達成するのを妨げている原因を見てみましょう。

サーバーからユーザーへ

一般に、デフォルトのインターネットおよび IP ルーティングは、信頼できるデータ配信やサービスの品質を保証しません。また、常に低いpingを維持することを困難にする他のいくつかの制限があります.

レイテンシが発生する原因は多数あります。標準のインターネット パケット (1,500) に対して、ゲーム パケットのサイズが小さい (55 バイト) ため、IP ルーターは処理オーバーヘッドを 27 削減できます。また、パケット サイズが小さいほど、より多くのパケットが破棄されます。それらのサイズ。

その他の遅延の問題は、IP ネットワークがパケット ルーティングを計算する方法から発生します。インターネット上のプライマリ ルーティング プロトコル (BGP) は、必要以上のホップでネットワーク全体に循環パスを作成し、着信トラフィックと発信トラフィックに異なるパスを作成する可能性があります。さらに、トラフィックを他のネットワークにピアリングまたは転送する場合、BGP は受信ネットワークの帯域幅、リアルタイム パフォーマンス、またはネットワーク パフォーマンスを考慮しません。着信トラフィックと発信トラフィックに異なるピアリング ポイントを選択する場合があります。これにより、特に異なるプロバイダーのネットワークに接続しているゲーマーの場合、パフォーマンス結果が異なり、ping レートが低くなる可能性があります。

ピアリングには、ホスト サーバーからそれを使用するゲーマーまでのエンド ツー エンドのパスを理解する必要があります。したがって、最高のゲーム体験を提供するには、リアルタイムのネットワーク分析が必要です。ゲームのトラフィック パターンと、インターネットやその他のネットワークでのトラフィック フローを理解することで、ゲーム会社は、サーバー、コンテンツ配信ネットワーク (CDN)、インターネット、およびエンド ユーザー間のエンド ツー エンドのトラフィック フローを最適化できます。

クラウド ゲーム企業は、ゲーム サーバーをホストするエッジ データ センターとコア データ センターを接続するバックボーン ネットワークを構築しています。これにより、よりきめ細かいエンドツーエンドの制御が可能になり、ゲーム アプリケーションの最高のパフォーマンスが保証されます。インターネットは、ゲーマーにとって「最後の 1 マイル」としてのみ機能します。

データ センター間のこの相互接続構造は、通常、ルーターとファイバー トランクで構成されます。これらの接続が決定論的であることを確認するには、ネットワークの IP 層と光層を調整する必要があります。最新のソフトウェア定義ネットワーク (SDN) では、中央のソフトウェア コントローラーがこの役割を果たします。分析もシステムに組み込まれています。そのため、BGP とは異なり、ピアリング ポイントを含め、エンド ツー エンドのルートのパフォーマンスを把握しています。コントローラは、特定のパフォーマンス ポリシーと SLA に従ってルータと光リンクを設定します。

インターネット接続速度

サーバーから自宅に向かう途中で信号がどうなるか、大まかに把握しました。では、もっとありふれたもの、つまり私たちのアパートのインターネットに戻りましょう。

サービス契約に示されているインターネット速度は、通信事業者がチャネルごとに割り当てることができる最大速度です。家全体でインターネットを使用しているのはあなただけで、信号の邪魔にならない場合はあなたに関係があります。状況はかなりユートピアのようです。たとえば、 speedtest.netを使用して、インターネットの実際の速度を測定できます。

ただし、GFN のインターネット接続のシステム要件は、60 FPS で 720p の場合は 15 Mbit/s から、60 FPS で 1080p の場合は 25 Mbit/s からです。 MY.GAMES Cloud については、720p で 30 FPS でゲームを実行する場合は 10 Mbit/s、120 FPS で 25 Mbit/s です。

インターネットの速度が常に私たちのニーズを満たす理想的な世界では、圧縮されていない高ビットレートの信号がユーザーに送信され、ローカル機器で再生されたものと見分けがつかない超高品質の画像が提供されます。しかし、世界中の帯域幅に制約があるため、低遅延と高品質のビデオを維持しながら、ビットレートを下げる必要があります。すでにお気づきかもしれませんが、これは簡単な作業ではありません。

遅延を最小限に抑えると、ビデオ ストリームに制限が生じます。その場合、遅延が大幅に増加するため、B フレームは使用できないか、使用すべきではありません。ストリームの他の部分は、エンコーダーとデコーダーが高いフレーム レートと解像度をリアルタイムでエンコードおよびデコードできるように、決して複雑にすべきではありません。

これらの制限があるため、ビットレートを上げると品質の問題が解決します。ただし、世界中のほとんどの家庭では、帯域幅の広い安価で安定したインターネット接続にまだアクセスできないため、配信の問題が増加しています。そして、それはフル HD と 7-8 Mbps についてでさえありません。約30Mbps以上です。その数は、フレーム レートと解像度が高くなるほど増加します。

この問題を解決する別の方法は、より効率的なコーデックを使用することです。今日、H.264 は最も一般的なコーデックです。信号のデコードを専用機器に依存しないクラウドゲームサービスでの利用に最適です。これは、最新のデバイスのほとんどに、特定の H.264 プロファイルをオンザフライでデコードできるチップが搭載されているためです。ただし、ユーザーが、より高性能なコーデック (H.265 HEVC など) のデコードをサポートする新しいチップを搭載したデバイスを持っているとします。その場合、同じ帯域幅を使用して品質を大幅に向上させることができます。

正確な帯域幅要件から、家庭用インターネットがクラウド経由のゲームに常に適しているとは限らない場合、モバイルは技術的特徴のためにまったく適していないと推測できます.しかし、クラウドゲームの質の向上が期待される5Gの普及が待たれます。

ルーターからPCへの信号

インターネット信号には、「ラストマイル」を含め、必然的に損失があります-すでにアパートや家の中にあります.

損失の一部を取り除く最適な接続は、イーサネット ケーブルを介して、単独で使用する PC に直接接続することです。ただし、すべてのラップトップ モデルにそのようなコネクタがまったくないわけではありません。一般に、WiFiルーターは長い間、家庭やオフィスの標準的なソリューションであり、複数のデバイスから同じネットワークに接続すると同時に、ワイヤーに絡まることはありません.

ただし、WiFi ルーターを使用する場合は、いくつかのニュアンスがあります。

• 前に述べたように、ネットワークに接続する人が増えるほど、特定の人の接続速度が遅くなります。

• ほとんどのインターネット ルーターは 2.4 GHz で動作します。これは、コンピューター コントローラーやヘッドセットなどの Bluetooth デバイスと同じ周波数です。通常の電子レンジでもこの周波数に影響します。解決策は、5 GHz などの他の周波数で WiFi に接続することです。ただし、すべてのデバイスがサポートしているわけではないため、まず PC とルーターが対応していることを確認する必要があります。

• ルーターからの信号は、アパート内を移動し、天井、壁、ドア、家具などのさまざまな障害物と衝突すると、必然的に「フェード」します。 PC がルーターの「見通し内」にある場合、信号ははるかに良好になります。

  
  

イーサネット ケーブル経由の接続は、WiFi によるワイヤレス接続よりも優れています。

パソコンの問題

したがって、高い ping と高い遅延は、PC とゲーム サーバー間の接続品質が低いことが原因です。また、一部の問題はインターネット サービス プロバイダーとクラウド ゲーム サービスの側でのみ解決されますが、ゲームをより簡単にするためにユーザーができることはまだいくつかあります。

たとえば、接続に問題がある場合は、ルーターをリセットするか、インターネットに接続するケーブルを再接続できます。ルーターの場合、電話、テレビ、「スマート」機器、Bluetooth 経由で接続されたデバイスなど、ネットワークから他のデバイスを一時的に切断する必要もあります。最後に、ファイルのダウンロードを無効にし、ブラウザの不要なタブを閉じて、オペレーティング システムの負荷を可能な限り減らします。これにより、ネットワーク帯域幅が減少する可能性があります。これらすべてにより、クラウド ゲームプレイの速度がいくらか低下することに注意してください。

ゲームの実行中のフレーム レートを上げることで、入力レイテンシの短縮を部分的になくすことができます。当然、これにより、ストリームのエンコードとデコードの要件も増加し、より多くのデータが必要になるにつれて、さらに高い帯域幅が必要になります。

より高速な信号処理または「ゲームモード」を備えたモニターを購入すると、問題が軽減され、数ミリ秒の入力遅延が節約されます.ただし、「ゲームモード」では信号処理の頻度が低くなるため、画質が低下することに注意してください。

結論

では、クラウド ゲームについてはどうでしょうか。遅延はそんなに悪いのでしょうか?それはすべてあなたが誰に尋ねるかによります。しかし、その将来は間違いなく有望に見えます。その理由は次のとおりです。

まず、ほとんどのゲーマーは、余分な入力遅延に気付かないゲームを選択します。より要求の厳しいプロジェクト (競争力のある、または最新のリアルなグラフィックスを使用する) に関しては、クラウド ゲームにはまだ道のりがあります。

ただし、入力遅延に関連するリクエストの割合は著しく減少しています。これは、インターネットの品質が向上していることを意味し、そのさらなる成長と 5G の開発により、ネットワークに関する問題はさらに少なくなります。

2 つ目の要因は、サーバーの地理的位置情報です。サービス自体がそれを決定します。