De la mateixa manera que s’ha estès el consum de sèries o pel·lícules a través de plataformes de streaming, cada cop més persones es decanten pels  videojocs en línia (cloud-gaming). Però, a diferència d’altres productes audiovisuals, els videojocs en línia són interactius, cosa que suposa dificultats tècniques afegides a les plataformes que els ofereixen a través d’Internet per optimitzar el seu funcionament a través de la xarxa.

Davant d’aquest repte, una recerca de dos investigadors de la UPF, divulgada per un article científic recentment premiat pel Best Paper Award 2022 de la revista Computer Communications, estudia el funcionament d'una aplicació de cloud-gaming en profunditat. La investigació analitza en detall com els protocols de xarxa emprats per l’aplicació són capaços d’adaptar-se a la capacitat variable d’Internet.

Es tracta de l’article “Cloud-gaming: Analysis of Google Stadia traffic” de Boris Bellalta, director del grup de recerca Wireless Networking (WN) del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la UPF, i Marc Carrascosa, investigador del WN. La recerca parteix del cas de Stadia, la plataforma de cloud-gaming de Google, de la qual s’han examinat amb profunditat els patrons de generació de tràfic de dades.

A partir del cas de Stadia, l’estudi analitza com les plataformes de cloud-gaming generen el tràfic (la quantitat de bits per segon enviats a la xarxa per cada instant de temps) de dades de vídeo i àudio i com s’adapten a la capacitat disponible d’Internet en cada moment. Com Internet és una xarxa compartida per molts usuaris i moltes aplicacions diferents, la capacitat dels seus enllaços de comunicacions fluctua fortament al llarg del temps. Per això, cal que les plataformes de cloud-gaming adaptin el tràfic generat a aquests canvis el més ràpid possible si volen oferir una bona experiència de joc a l’usuari final.

Marc Carrascosa, investigador del grup de recerca Wireless Networking (WN) de la UPF:  “Les aplicacions cloud-gaming tenen uns requeriments de rendiment de xarxa molt més restrictius que d’altres aplicacions de vídeo actuals a causa de la interacció amb els usuaris en temps real”

Marc Carrascosa, autor principal de l’article i investigador del WN, considera que la recerca en aquest camp és fonamental per millorar la qualitat dels cloud games en el futur: “Les aplicacions de cloud-gaming tenen uns requeriments de rendiment de xarxa molt més restrictius que d’altres aplicacions de vídeo actuals a causa de la interacció amb els usuaris en temps real. Entendre i modelar la seva operació ens permetrà optimitzar les xarxes del futur per tal de donar un millor servei als usuaris”.

Boris Bellalta, director del WN: “estem investigant l’ús de mecanismes que facin servir tècniques d'intel·ligència artificial i aprenentatge automàtic per millorar el funcionament dels sistemes de cloud-gaming actuals, amb l’objectiu final d’oferir una millor experiència als usuaris”

Per tal d’optimitzar el tràfic de dades de les plataformes de cloud-gaming, també s’estan fent servir tècniques d’intel·ligència artificial. Així ho explica l’investigador principal de la recerca i director del WN, Boris Bellalta: “Actualment estem investigant l’ús de mecanismes que facin servir tècniques d'intel·ligència artificial i aprenentatge automàtic per millorar les prestacions dels sistemes actuals, amb l’objectiu final d’oferir una millor experiència als usuaris”.

Per a Bellalta, aquesta línia de recerca també està adreçada a millorar la qualitat d’un servei que facilita l’accés als videojocs, que és possible des de qualsevol dispositiu amb connexió a Internet i no requereix de terminals específics com una consola. “El model de jocs en línia va associat a moure tota la capacitat de còmput al núvol, cosa que permet que els terminals d’usuari siguin molt més senzills i econòmics. A canvi, però, cal gestionar com es fa l’intercanvi de dades entre el núvol i els usuaris, i dissenyar mecanismes capaços de maximitzar l’ús de l’amplada de banda disponible en una situació de gran incertesa respecte a com aquesta fluctuarà en el futur. És en aquest context quan l’ús de tècniques d’aprenentatge automàtic pot tenir un alt protagonisme, gràcies a la seva capacitat de fer prediccions acurades a partir de l’experiència acumulada” -aclareix.

A partir de l’estudi de la plataforma Stadia, s’ha definit un model de tràfic de dades per optimitzar el funcionament dels videojocs en línia

L’estudi mostra que Stadia s’adapta adequadament als canvis de la capacitat d’Internet per transmetre dades. Això no obstant, hi ha marge de millora pel que fa al temps de recuperació de Stadia, davant de caigudes sobtades de la capacitat de la xarxa.

La recerca també conclou que el patró de tràfic de dades de Stadia és sempre el mateix independentment de les característiques del videojoc amb què s’estigui interactuant en cada moment. Cada videojoc pot generar un volum diferent de dades (més o menys bits per segon), però el ritme amb què es transmet la informació (temps entre paquets) a través d’Internet sempre segueix un mateix patró.

L’anàlisi de Stadia ha aportat als investigadors informació valuosa per planificar i dimensionar patrons de generació de tràfic de dades per a les plataformes de cloud-gaming en general.  A partir d’aquest estudi, han definit un model de tràfic de dades per replicar el funcionament de Stadia, que es podria generalitzar a d’altres plataformes de cloud-gaming i ser útil per a d’altres recerques.

Com a repte de futur, els investigadors de la UPF es plantegen examinar i millorar el funcionament de les plataformes de cloud-gaming com Stadia quan s’hi accedeix a través de xarxes Wi-Fi. Caldria examinar amb major profunditat les seves especificitats (com la força de la senyal de connexió a Internet, el volum d’usuaris que hi estan connectats alhora, la presència o no d’altres xarxes Wi-Fi properes...) per optimitzar l’ús dels cloud-gaming a les xarxes sense fils. Amb aquest objectiu en concret, el grup WN participa als projectes MAX-R i WI-XR, finançats per la Comissió Europea i el Govern Espanyol, respectivament, que també estudien la component de realitat virtual.

Article de referència:

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