Del mismo modo que se ha extendido el consumo de series o películas a través de plataformas de streaming, cada vez más personas se decantan por los videojuegos en línea (cloud-gaming). Pero, a diferencia de otros productos audiovisuales, los videojuegos en línea son interactivos, cosa que supone dificultades técnicas añadidas a las plataformas que los ofrecen a través de Internet para optimizar su funcionamiento a través de la red.

Ante este reto, un estudio de dos investigadores de la UPF, divulgada por un artículo científico recientemente premiado con el Best Paper Award 2022 de la revista Computer Communications, analiza el funcionamiento de una aplicación de cloud-gaming en profundidad. La investigación analiza en detalle como los protocolos de red empleados por la aplicación son capaces de adaptarse a la capacidad variable de Internet.

Se trata del artículo “Cloud-gaming: Analysis of Google Stadia traffic” de Boris Bellalta, director del grupo de investigación Wireless Networking (WN) del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF, y Marc Carrascosa, investigador del WN. La investigación parte del caso de Stadia, la plataforma de cloud-gaming de Google, de la cual se han examinado en profundidad los patrones de generación de tráfico de datos.

A partir del caso de Stadia, el estudio analiza cómo las plataformas de cloud-gaming generan el tráfico (la cantidad de bits por segundo enviados a la red por cada instante de tiempo) de datos de vídeo y audio y cómo se adaptan a la capacidad disponible de Internet en cada momento. Como Internet es una red compartida por muchos usuarios y muchas aplicaciones diferentes, la capacidad de sus enlaces de comunicaciones fluctúa fuertemente a lo largo del tiempo. Por eso, es necesario que las plataformas de cloud-gaming adapten el tráfico generado a estos cambios lo más rápido posible si quieren ofrecer una buena experiencia de juego al usuario final.

Marc Carrascosa, investigador del grupo de investigación Wireless Networking (WN) de la UPF: “Las aplicaciones de cloud-gaming tienen unos requerimientos de rendimiento de red mucho más restrictivos que otras aplicaciones de vídeo actuales a causa de la interacción con los usuarios en tiempo real”.

Marc Carrascosa, autor principal del artículo e investigador del WN, considera que la investigación en este campo es fundamental para mejorar la calidad de los cloud games en el futuro: “Las aplicaciones de cloud-gaming tienen unos requerimientos de rendimiento de red mucho más restrictivos que otras aplicaciones de vídeo actuales a causa de la interacción con los usuarios en tiempo real. Entender y modelar su operación nos permitirá optimizar las redes del futuro para dar un mejor servicio a los usuarios”.

Boris Bellalta, director del WN: “estamos investigando el uso de mecanismos que usen técnicas de inteligencia artificial y aprendizaje automático para mejorar el funcionamiento de los sistemas de cloud-gaming actuales, con el objetivo final de ofrecer una mejor experiencia a los usuarios”

Para optimizar el tráfico de datos de las plataformas de cloud-gaming, también se están usando técnicas de inteligencia artificial. Así lo explica el investigador principal de la investigación y director del WN, Boris Bellalta: “Actualmente, estamos investigando el uso de mecanismos que usan técnicas de inteligencia artificial y aprendizaje automático para mejorar las prestaciones de los sistemas actuales, con el objetivo final de ofrecer una mejor experiencia a los usuarios”.

Para Bellalta, esta línea de investigación también está dirigida a mejorar la calidad de un servicio que facilita el acceso a los videojuegos, que es posible desde cualquier dispositivo con conexión a Internet y no requiere de terminales específicos como una consola. “El modelo de juegos en línea va asociado a mover toda la capacidad de cómputo a la nube, cosa que permite que los terminales de usuario sean mucho más sencillos y económicos. Pero, a cambio, hay que gestionar cómo se hace el intercambio de datos entre la nube y los usuarios y diseñar mecanismos capaces de maximizar el uso del ancho de banda disponible en una situación de gran incertidumbre respecto a cómo esta fluctuará en el futuro. Es en este contexto cuando el uso de técnicas de aprendizaje automático puede tener un alto protagonismo, gracias a su capacidad de hacer predicciones precisas a partir de la experiencia acumulada” -aclara.

A partir del estudio de la plataforma Stadia, se ha definido un modelo de tráfico de datos para optimizar el funcionamiento de los videojuegos en línea

El estudio muestra que Stadia se adapta adecuadamente a los cambios de la capacidad de Internet para transmitir datos. No obstante, hay margen de mejora en cuanto al tiempo de recuperación de Stadia, ante caídas repentinas de la capacidad de la red.

La investigación también concluye que el patrón de tráfico de datos de Stadia es siempre el mismo independientemente de las características del videojuego con el que se esté interactuando en cada momento. Cada videojuego puede generar un volumen diferente a datos (más o menos bits por segundo), pero el ritmo con que se transmite la información (tiempo entre paquetes) a través de Internet siempre sigue un mismo patrón.

El análisis de Stadia ha aportado a los investigadores información valiosa para planificar y dimensionar patrones de generación de tráfico de datos para las plataformas de cloud-gaming en general. A partir de este estudio, han definido un modelo de tráfico de datos para replicar el funcionamiento de Stadia, que se podría generalizar a otros plataformas de cloud-gaming y ser útil para otras investigaciones.

Como reto de futuro, los investigadores de la UPF se plantean examinar y mejorar el funcionamiento de las plataformas de cloud-gaming como Stadia cuando se accede a través de redes Wi-Fi. Habría que examinar con mayor profundidad sus especificidades (como la fuerza de la señal de conexión a Internet, el volumen de usuarios que están conectados a la vez, la presencia o no otras redes Wi-Fi próximas...) para optimizar el uso de los cloud-gaming en las redes inalámbricas. Con este objetivo en concreto, el grupo WN participa en los proyectos MAX-R y WI-XR, financiados por la Comisión Europea y el Gobierno Español, respectivamente, que también estudian la componente de realidad virtual.

Artículo de referencia:

Marc Carrascosa, Boris Bellalta (2022). Cloud-gaming: Analysis of Google Stadia traffic, Computer Communications, Vol. 188, p. 99-116. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2022.03.006