当你在游戏世界里激战正酣、在直播间互动正兴，屏幕画面突然卡顿，是不是感觉很“崩溃”？近日，中国科学院计算技术研究所研究员李振宇及其带领的国际合作团队一系列研究成果，正试图帮助人们纾解这种“卡顿之痛”。
李振宇告诉《中国科学报》，研究团队主要针对移动网络环境下的“协同传输”展开研究，并从机制和协议层面提出了优化方案。记者了解到，目前相关研究成果已经用于互联网企业，上亿用户受益。
从“卡点”出发，优化网络传输机制
为什么会出现卡顿？一般来说，如视频直播、云游戏等交互式应用对端到端实时传输的要求极高，而在移动网络环境下，现行的网络传输机制无法满足这些高要求，从而导致频繁的卡顿现象。
李振宇率领研究团队聚焦于低时延网络传输展开了一系列探索，并从“多路径协同传输”和“端—边—云协同传输”两个层面提出了相应的解决方案。
首先，研究团队提出了多路径协同传输协议。移动终端通常可连接Wi-Fi、蜂窝网络等多种网络，存在多条传输路径。但多路径传输的一大挑战在于，路径传输质量存在差异，这常常导致传输时延受限于较慢的传输路径。研究团队据此提出了基于用户体验质量（QoE）感知的多路径传输调度机制，并根据应用QoE需求，动态调整数据包分配和发送策略，以极少的冗余传输实现高吞吐、低时延传输。研究人员同时设计了基于机器学习的多路径传输拥塞控制机制，用以实时感知瓶颈链路并挑选最优的拥塞控制算法，进一步降低传输时延。
其次，团队提出了端—边—云协同传输机制。移动互联网传输的瓶颈链路往往卡在“最后一公里”，即靠近客户端的移动网络侧。在这种网络环境下，传统的传输机制经常面临网络拥塞反馈周期长、丢包恢复慢等问题，进而导致较高的网络传输时延。研究团队提出的新机制将拥塞控制从服务器侧卸载到靠近客户端的边缘节点，此举可大幅缩短拥塞反馈周期，并提高了丢包恢复效率。据介绍，该团队设计的协同传输机制，可在云端服务器端没有拥塞控制算法的情况下，仍然能准确计算拥塞窗口。
目前，该创新成果已在一家大型互联网企业的前端服务器上成功部署，显著降低了传输时延，满足了视频直播等业务需求，上亿用户因此受益。
优化“对应用软件和硬件环境改动不大”
值得提出的是，这一方案主要是在机制层面实现优化，无需软硬件环境“大动干戈”，仅部分工作需要客户端程序更新与配合。
“我们目前的方案都可以看作是在设计和优化中间适配层的处理逻辑，对上层应用软件和底层硬件环境改动不大。但不排除后续随着更低时延的需求，在网络设备和器件上做工作。”李振宇告诉《中国科学报》。
据了解，李振宇团队从2013年起就开始关注低时延传输。随着视频直播业务的兴起，他们注意到已有传输协议和技术在支撑视频直播等应用时会面临较大挑战，因此投入精力从端到端直播时延角度解决问题。
“相比于提出解决方案的时间，集成、部署和验证花费的时间往往更长。”李振宇说，相关方案主要是软件协议栈的更新，一般需伴随着合作方的版本升级部署。由于线上环境的特殊性，“部署工作以合作方主导、我们配合，并监测效果及进一步完善。”
李振宇团队长期从事互联网体系结构与互联网测量等领域的研究工作，并始终坚持聚焦，致力于为构建更加高效和安全的互联网基础设施服务。李振宇告诉记者，团队未来工作会进一步聚焦于沉浸式视频传输等，因为这类业务对现有网络架构、网络接入、网络分发等造成了极大的挑战。
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10355608
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