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阿里云李松林:全球實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò )GRTN在互動(dòng)直播

發(fā)布時(shí)間:2021-08-21 11:27 來(lái)源:ITPUB博客 閱讀:0 作者: 欄目: 云計算 歡迎投稿:712375056

2021年6月9日,亞太內容分發(fā)大會(huì )暨cdn/' target='_blank'>CDN峰會(huì )在北京舉行,阿里云智能邊緣云技術(shù)專(zhuān)家李松林受邀參加互動(dòng)直播論壇,分享基于阿里云邊緣云節點(diǎn)打造的全球實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò )GRTN的設計思路、技術(shù)原理、特質(zhì)與應用實(shí)踐,以及面向直播應用客戶(hù)提供穩定可靠的業(yè)務(wù)體驗。

當前,主流的直播技術(shù)應用架構主要有兩種:直推和回源拉流 ,產(chǎn)生這兩種架構的原因也比較簡(jiǎn)單:一是業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要連麥,需要低延遲云合流;二是基于UDP的私有協(xié)議推流。為保障主播在弱網(wǎng)情況下能有較好的推流效果,而最重要的原因是目前主流云廠(chǎng)商還沒(méi)有通用成熟的低延遲互動(dòng)場(chǎng)景大規模應用的服務(wù),這就導致了他們需要自建源站。只使用云廠(chǎng)商通用的分發(fā)能力。支持 HTTPFLV 、RTMP 、HLS 大規模分發(fā)。

視頻直播服務(wù)自建面臨的挑戰

隨著(zhù)直播場(chǎng)景和內容越來(lái)越豐富和專(zhuān)業(yè),互動(dòng)的需求也越來(lái)越多,交互的延遲要求也越來(lái)越高。原有的這套架構就很難滿(mǎn)足需求了。由于無(wú)法滿(mǎn)足自己的業(yè)務(wù)需求,許多企業(yè)客戶(hù)紛紛開(kāi)始嘗試自建源站,做協(xié)議優(yōu)化, 但是由于直播技術(shù)門(mén)檻相對較高,不僅需要投入資源,還需要專(zhuān)業(yè)的研發(fā)能力,同時(shí)后續還要長(cháng)期持續運維和管理。

阿里云GRTN的定位

為了能夠降低直播的端到端延時(shí),阿里云從直播、短延時(shí)直播、RTC等應用場(chǎng)景出發(fā),構建了GRTN(Global Realtime Transport Network)全球實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)。李松林介紹,阿里云GRTN的定位是基于公共云中心Region和邊緣云節點(diǎn),構建超低延時(shí)、全分布式下沉的通信級流媒體傳輸網(wǎng)絡(luò )。GRTN目前融合了互聯(lián)網(wǎng)直播和RTC等多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景的音視頻流傳輸和交換?;贕RTN的短延時(shí)直播RTS可以支持標準H5 WebRTC推播,在千萬(wàn)級并發(fā)情況下延時(shí)可以控制在1s以?xún)?;RTC端到端延時(shí)可以控制在250ms左右。GRTN可提供三大原子能力:流的發(fā)布、訂閱、切換,用戶(hù)可以基于這些能力構建通話(huà)場(chǎng)景、直播場(chǎng)景、連麥場(chǎng)景等等。

阿里云GRTN的架構

阿里云GRTN 的整體架構是由原來(lái)的直播體系進(jìn)化而來(lái)。該架構具有控制和數據分離、混合組網(wǎng)、多路徑傳輸、自學(xué)習Qos等技術(shù)特點(diǎn),對外可以支持多種接入協(xié)議(rtc /rtmp / hls/ httpflv/ srt/ quic)。GRTN帶來(lái)的核心價(jià)值有:

  • 降成本 ,GRTN是一個(gè)多業(yè)務(wù)融合的網(wǎng)絡(luò ),可以支持直播、RTC和視頻上云等多種場(chǎng)景,業(yè)務(wù)復用率高,另外GRTN內部鏈路更短,節點(diǎn)內的成本也更低。

  • 提質(zhì)量 ,GRTN內部組網(wǎng)支持采用動(dòng)態(tài)選路的方式來(lái)構建的網(wǎng)狀結構,內部鏈路延時(shí)可以做到20ms左右,并且內部鏈路采用了私有協(xié)議來(lái)進(jìn)行高效傳輸。另外客戶(hù)端的推流和分發(fā)都是基于WebRTC來(lái)構建的,QoS擁塞控制是專(zhuān)門(mén)針對流媒體特性來(lái)進(jìn)行設計的,并且還在基于線(xiàn)上數據建設進(jìn)行持續迭代和打磨。

  • 易擴展 ,GRTN支持了WebRTC協(xié)議,可以在單個(gè)連接通道上進(jìn)行全雙工的通信,從而可以很自由的進(jìn)行發(fā)布和訂閱媒體流,在業(yè)務(wù)的擴展性上帶來(lái)了更大的想象空間。

GRTN關(guān)鍵技術(shù)-分布式異構部署

在談到GRTN部署時(shí),李松林指出,GRTN 的數據面可以在不同的資源上部署,實(shí)現一份代碼,多種資源部署, 滿(mǎn)足了低延遲全球覆蓋的需求。不僅擁有了CDN原有的節點(diǎn)覆蓋資源 ,而且還支持中心Region和 MEC 等資源,讓業(yè)務(wù)體驗更優(yōu)。

GRTN 的關(guān)鍵技術(shù)-對等組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)路徑規劃

針對豐富的資源實(shí)現高效利用是核心。傳統的路徑規劃主要關(guān)注質(zhì)量 ,對節點(diǎn)的屬性和水位等情況考慮較少,同時(shí)由于流媒體的復用性,當一個(gè)流已經(jīng)出現在某一個(gè)節點(diǎn)的時(shí)候,整個(gè)路徑選擇就面臨新的調整。目前的策略是通過(guò)探測選路尋找優(yōu)質(zhì)的節點(diǎn)和路徑集合。建立節點(diǎn)路徑狀態(tài)表。對每條路徑的不同維度進(jìn)行量化打分。綜合權重和策略得到一個(gè)新的最優(yōu)解。
GRTN采用了混合組網(wǎng)方式,即層級結構和對等圖形方式相結合的組網(wǎng)的方式。選路中心會(huì )周期性收集內部鏈路探測的結果,為了配合動(dòng)態(tài)組網(wǎng),流媒體大腦模塊需要對流信息進(jìn)行管理,同時(shí)還需要支持路徑切換、容量規劃以及在成本和質(zhì)量之間做綜合的調度。

GRTN的關(guān)鍵技術(shù)-雙向實(shí)時(shí)消息網(wǎng)

有了控制面的路徑規劃和策略控制,如何快速準確的下發(fā)到數據面的每一個(gè)節點(diǎn),每一個(gè)機器也是挑戰。 在RTC場(chǎng)景下有一個(gè)比較常用的功能是客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )的Mobility,比如用戶(hù)在開(kāi)會(huì )的過(guò)程中回家或是離開(kāi)家的時(shí)候手機網(wǎng)絡(luò )需要在4G和wifi之間切換,另外考慮客戶(hù)端接入的CDN節點(diǎn)出現異常的時(shí)候,這兩種情況都會(huì )造成客戶(hù)端在和GRTN通信過(guò)程中切換接入節點(diǎn),GRTN構建的雙向的實(shí)時(shí)信令網(wǎng)能夠做到切網(wǎng)消息的毫秒級傳遞,當有一個(gè)發(fā)布端的媒體流發(fā)生網(wǎng)絡(luò )切換后,訂閱的客戶(hù)端對GRTN內部發(fā)生的切換行為是完全無(wú)感知的。

GRTN的關(guān)鍵技術(shù)-流媒體孿生

李松林介紹:GRTN借鑒數字孿生的思想設計了一個(gè)流媒體孿生(Streamimg Media Digital Twin)系統,用于容量評估、算法訓練、事件復盤(pán)和模擬壓測等。通過(guò)將系統分成現實(shí)和虛擬兩個(gè)環(huán)境?,F實(shí)環(huán)境復雜收集真實(shí)的場(chǎng)景和數據,虛擬環(huán)境負責做容量評估和算法訓練。當修改了新的策略之后可以通過(guò)現實(shí)的歷史數據輸入到虛擬環(huán)境中應用新的算法。通過(guò)數據處理,生成數據報表對比之前這些數據在真實(shí)環(huán)境中的情況。這樣就可以指導新的算法調優(yōu),也可以評估新算法是否有效。

GRTN的關(guān)鍵技術(shù)-可編程

媒體技術(shù)的上層業(yè)務(wù)場(chǎng)景非常豐富,比如電商直播、視頻會(huì )議、在線(xiàn)教育、企業(yè)直播、新零售等,因此有很多定制化開(kāi)發(fā)的需求??删幊袒脑焓荊RTN在提升系統穩定性上的一次嘗試,目前GRTN的中心流媒體大腦,節點(diǎn)側的業(yè)務(wù)模塊,媒體數據發(fā)送模塊、媒體信令處理模塊等都已經(jīng)進(jìn)行了可編程化改造,大部分情況下都可以避免二進(jìn)制的發(fā)布。

GRTN的關(guān)鍵技術(shù)-全鏈路可視化監測

李松林認為,可觀(guān)測性是評估一個(gè)系統是否可以對外服務(wù)的基礎。當線(xiàn)上出現問(wèn)題可以及時(shí)快速的定位和處理,避免影響擴大。同時(shí)也可以通過(guò)觀(guān)測系統收集數據,不斷優(yōu)化系統。

基于GRTN打造超低延時(shí)直播RTS

為了更加方便客戶(hù)和行業(yè)擁抱GRTN,阿里云基于GRTN打造了超低延時(shí)直播服務(wù)RTS,其有四個(gè)技術(shù)特性:

  • 秒級延時(shí)和卓越的抗弱網(wǎng)能力 ,在相同卡頓率下延時(shí)可以降低80%,相比于傳統的RTMP和FLV的5-10s延時(shí),RTS的延時(shí)可以達到1s以?xún)?,并且還在基于線(xiàn)上的大數據,在自我學(xué)習和持續迭代中。

  • 成熟穩定 ,RTS歷經(jīng)2年多時(shí)間的潛心研發(fā),并經(jīng)歷了淘寶直播618大促的線(xiàn)上考驗,目前已經(jīng)在淘寶直播上線(xiàn)。

  • 開(kāi)放標準 ,為了能夠方便自研播放器的客戶(hù)使用我們的RTS服務(wù),阿里云的WebRTC接入的信令協(xié)議的完全開(kāi)放的、透明的。

  • 廣覆蓋和高并發(fā) ,RTS服務(wù)是構建在阿里云2800+邊緣節點(diǎn)之上,可以支持千萬(wàn)級并發(fā)播放。

李松林還分享了具體案例:淘寶直播在2020年雙11首次大規模使用全球實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò )GRTN的技術(shù),交互體驗得到了極大的改善,成交轉化率得到提高,直播帶貨GMV提升了5%。
面向未來(lái),越來(lái)越多的直播應用到人們的生活中,阿里云將持續加碼直播領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng )新,打通直播的最后一公里,依托遍布全球2800+邊緣云節點(diǎn),提供穩定、可靠、安全的直播服務(wù),面向用戶(hù)打造更接近真實(shí)場(chǎng)景的直播體驗。


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