Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метавселенная как она меняет наш мир
.pdf
При целевых настройках MSFS требует почти в 25 раз больше
пропускной способности в час, чем Fortnite, и в пять раз больше,
чем Roblox. Это объясняется тем, что игра отправляет на устройство пользователя не данные о том, как, например, изменить конфигурацию или цвет предварительно загруженного дома, а данные
о точных размерах, плотности и окраске многокилометрового облака
или почти точную копию береговой линии Мексиканского залива.
Однако, чтобы упростить удовлетворение этой потребности в данных, создатели игры используют такие способы, которые не будут
работать для метавселенной.
MSFS требует больших массивов данных, но не требует особой
скорости. Как и в реальном мире, пилоты в MSFS не могут мгновенно телепортироваться из Нью-Йорка в Новую Зеландию, разглядеть в деталях Олбани-стрит на Манхэттене с высоты 10 000км или
снизиться с эшелона на взлетно-посадочную полосу за пару минут.
Это дает пользовательскому устройству довольно много времени
на загрузку необходимых данных — и даже возможность спрогнозировать, какие данные будут необходимы, и начать их загрузку еще
до того, как игрок выберет пункт назначения. Даже если эти данные
не поступят вовремя, последствия этого незначительны: некоторые
здания на Манхэттене могут не сразу быть цифровыми двойниками
своих реальных аналогов, а генерироваться процедурно и по мере поступления данных отрисовываться все более детально и реалистично.
Наконец, виртуальный мир MSFS больше похож на диораму, чем
на бурлящий жизнью и непредсказуемый Стрит Нила Стивенсона.
Отправка пользователям такого рода данных, которые трудно предсказать и которые имеют в разы больший объем, чем визуальные
детали бизнес-парка или леса, будет требовать значительно большей
пропускной способности, чем 1 Г б в час. Это подводит нас к следующему и, возможно, наименее понятному элементу подключения
к интернету — сетевой задержке, или латентности.
Задержка
Понятия пропускной способности и латентности часто смешиваются,
и эта ошибка вполне объяснима: то и другое определяет, сколько
данных может быть отправлено или получено в единицу времени.
Классический способ различить их — сравнить интернет-соединение с автострадой. Пропускная способность — это количество полос,
СЕТ

СОЗДАНЕ МЕТАВСЕЛЕННО
а латентность — скоростной режим. Чем больше на автостраде полос,
тем больше автомобилей могут проехать по ней без заторов. Но если
автострада имеет низкое ограничение по скорости — например, из-за
большого количества поворотов или низкого качества дорожного
покрытия, — поток автомобилей будет двигаться медленно даже
при небольшой загруженности. С другой стороны, на автостраде
с высокой допустимой скоростью, но всего с одной полосой постоянные заторы будут неизбежны, поскольку максимальный скоростной режим только возможен, но не гарантирован.
Проблема с визуализируемыми в реальном времени виртуальными мирами заключается в том, что из одного пункта назначения
в другой отправляется не один автомобиль, а сплошной поток связанных между собой автомобилей (помните о важности непрерывного соединения), причем в обоих направлениях. Отправить эти автомобили заранее невозможно, поскольку их контент генерируется
за миллисекунды до того, как они отправятся в путь. Более того, нам
нужно, чтобы автомобили двигались с максимально возможной скоростью и никогда не направлялись по другому маршруту (это может
увеличить время в пути даже при сохранении максимальной скорости и, таким образом, нарушить непрерывность передачи).
Создание глобальной системы, которая удовлетворяла бы этим
требованиям и поддерживала их, — серьезный вызов. Как я объяснил в части I, сегодня онлайн-сервисы редко нуждаются в сверхнизкой задержке. Неважно, сколько времени пройдет между отправкой
сообщения в WhatsApp и получением уведомления о прочтении —
100 , 200 мс или даже две секунды. Также неважно, сколько времени
пройдет между нажатием пользователем кнопки «пауза» на YouTube
и остановкой видео — 20 , 150 или 300 мс. Большинство пользователей, вероятно, даже не заметят разницы между 20 и 50 мс. Когда
вы смотрите Netfl ix, гораздо важнее, чтобы видео воспроизводилось
стабильно, а не без задержки. И хотя задержка в ходе видеозвонка
в Zoom раздражает, участники легко с ней справляются: они просто
немного ждут после того, как говорящий умолкает. Даже задержка
в 1 секунду (1000 мс) вполне терпима.
Но при интерактивном опыте человеческий порог в отношении
задержки оказывается чрезвычайно низким. Пользователь должен
инстинктивно чувствовать, что его действие немедленно порождает
реакцию, — а ответ с задержкой означает, что игра реагирует на старые решения уже после того, как были приняты новые. Если вы

играете против пользователя, имеющего меньшее время задержки,
у вас может возникнуть впечатление, будто ваш противник обладает
суперскоростью или даром предвидеть будущее, благодаря чему способен парировать удар, который вы еще даже не нанесли.
Вам когда-нибудь доводилось смотреть видео, где видеоряд
и аудиоряд немного рассинхронизированы? Обычный человек не замечает рассинхронизации, если звук опережает видео менее чем на
45мс или отстает менее чем на 125 мс (что в сумме дает нам 170мс).
Пороги приемлемости, как их обычно называют, еще шире и составляют 90 мс для опережения и 185 мс для запаздывания (всумме
275мс). Имея дело с цифровыми кнопками, такими как кнопка
паузы на YouTube, обычный человек считает, что его клик не сработал,
только если ответ запаздывает на 200–250 мс. Однако в играх, таких
как Fortnite, Roblox или Grand Theft Auto, заядлые геймеры замечают
уже задержку в 50 мс (большинство издателей игр рассчитывают, что
задержка будет составлять не более 20 мс) и даже обычные игроки
винят в своих промахах не собственную неопытность, а задержку,
если та превышает 110 мс 3. При задержке в 150 мс и больше игры,
требу ющие быстрого отклика, попросту неиграбельны.
Как обстоит ситуация с сетевой латентностью на практике? В США
медианное время, которое занимает отправка данных из одного города в другой и обратно, составляет 35 мс. Между многими парами
городов — особенно с высокой плотностью населения и пиками
интенсивного трафика (например, между Сан-Франциско и НьюЙорком по вечерам) — оно заметно больше. Более того, этот показатель относится только к транзитному времени между городами
или крупными центрами обработки данных. К нему нужно добавить
еще транзитное время на участке между центром и пользователем,
где проблемы со скоростью встречаются чаще всего. Сети в густонаселенных городских кварталах, локальные сети, сети в кондоминиумах часто прокладываются из медного кабеля с ограниченной пропускной способностью, а не из оптоволокна и легко перегружаются
в часы пик. Те, кто живет за пределами крупного города, могут находиться на самом конце такой медной кабельной сети длиной в десятки и даже сотни километров. Если же последний отрезок пути
приходится на беспроводную связь, то 4G добавляет еще до 40дополнительных миллисекунд.
Несмотря на эти проблемы, время передачи туда-обратно в США
обычно находится в пределах порога приемлемости. Однако все
СЕТ

СОЗДАНЕ МЕТАВСЕЛЕННО
соединения страдают от джиттера — колебаний задержки в доставке пакетов относительно медианы. Хотя б льшая часть джиттера плотно распределена вокруг медианной задержки, нередки
и резкие скачки, когда задержка превышает медиану в несколько раз
из-за непредвиденной перегрузки где-то по пути , в том числе в сети
конечного пользователя в результате помех от других электронных
устройств или потому , что кто-то из членов семьи или соседей запустил стриминговую передачу или загрузку видео. Даже кратковременный всплеск джиттера может помешать в динамичной игре или
привести к разрыву сетевого соединения. Еще раз повторю: сегодняшние сети ненадежны.
Чтобы справиться с задержкой, индустрия онлайн-игр разработала целый ряд частичных и обходных решений. Например, многопользовательские игры с самой высококачественной визуализацией
организуются «поматчам» на основе региональных серверов. Ограничивая список игроков только теми, кто живет на северо-востоке
США, в Западной Европе или Юго-Восточной Азии, издатели игр
могут свести к минимуму задержку в каждом регионе. Поскольку
игра — это развлечение и в онлайн-игры обычно играют с однимтремя друзьями, такая кластеризация работает достаточно хорошо.
Люди редко стремятся играть с конкретным человеком, живущим
на расстоянии нескольких часовых поясов, и обычно им все равно,
где живут их неизвестные противники (вбольшинстве случаев с ними
не удается даже поговорить).
Чтобы обеспечить синхронизацию и последовательность игрового процесса и удержать игроков в игре, многопользовательские
онлайн-игры также используют так называемый сетевой код. Например, сетевой код может дать команду устройству игрока (скажем,
консоли PlayStation 5)искусственно задерживать рендеринг вводов
его владельца до прибытия вводов противника с самой долгой задержкой. Это раздражает игроков, поскольку их мышечная память
настроена на низкую задержку, но это решение работает. Метод отката работает более изощренно. Если ввод оппонента задерживается,
устройство игрока продолжает игру исходя из ожидаемых им действий оппонента. Если же оказывается, что оппонент сделал что-то
другое, устройство пытается отмотать анимацию назад и затем воспроизвести ее «правильно».
Хотя эти обходные решения довольно эффективны, они плохо
масштабируются. Сетевой код хорошо работает для игр, где действия

игрока достаточно предсказуемы, таких как симуляторы вождения,
или где требуется синхронизация для относительно небольшого
числа игроков, как в большинстве файтингов. Однако , когда нужно
правильно спрогнозировать и синхронизировать поведение десятков игроков, особенно в случае виртуального мира в жанре песочницы с облачным стримингом данных об окружа ющей среде и объектах, сложность возрастает экспоненциально. По оценкам компании
Subspace, занима ющейся созданием современных сетевых технологий, только три четверти американских домохозяйств с широкополосным доступом в интернет имеют возможность стабильно (нодалеко не без проблем) находиться в сегодняшних виртуальных мирах
с высококачественной визуализацией в реальном времени, таких как
Fortnite и Call of Duty, а на Ближнем Востоке доля таких домохозяйств
не превышает одной четверти. Причем соответствовать требованиям
по приемлемому порогу задержки здесь недостаточно. Subspace
установила, что увеличение или уменьшение задержки в среднем
на 10мс соответственно уменьшает или увеличивает еженедельное
игровое время на 6%. Более того, эта корреляция сохраняется даже
ниже того порога, на котором задержку сети могут почувствовать
самые заядлые геймеры: если латентность соединения снижается
с 25 до 15мс, они тоже начинают тратить на игру в среднем на 6%
больше времени. Другие виды бизнеса редко имеют дело с такой
чувствительностью; а поскольку успех видеоигр зависит от вовлеченности игроков, латентность заметно влияет на доходы индустрии.
Может показаться, что эта проблема имеет отношение только
к играм, но не к метавселенной. Кроме того, она затрагивает только
часть игр. Многие популярные игры, такие как Hearthstone или Words
with Friends, либо используют ходы по очереди, либо асинхронны,
тогда как синхронные игры, например Honor of Kings и Candy
Crush, не нуждаются ни в идеальной визуализации, ни в миллисекундной реакции на ввод. Однако метавселенная требует минимальной задержки. Для человеческого общения невероятно важны
даже небольшие изменения в выражении лица. Мы также очень
чувствительны к малейшим несоответствиям в мимике и проблемам с синхронизацией — вот почему мы спокойно воспринимаем
мимику персонажей мультфильмов Pixar, но нас мгновенно отталкивает сгенерированное компьютерной графикой фотореалистичное лицо человека с, например, не совсем правильным движением
губ (аниматоры называют это «эффектом зловещей долины»). Даже
СЕТ

СОЗДАНЕ МЕТАВСЕЛЕННО
разговор с собственной матерью с 100-миллисекундной задержкой может вызвать неприятные чувства. Взаимодействия в метавселенной могут не быть такими же чувствительными ко времени,
как полет пули, однако они требуют передачи намного б льших
объемов данных. А как вы помните, пропускная способность сети
вместе с задержкой определяют, сколько информации может быть
передано в единицу времени.
Социальные продукты также напрямую зависят от того, сколько
человек ими пользу ется. Хотя в большинстве многопользовательских
игр люди играют с людьми, находящимися в том же часовом поясе,
интернет-коммуникация часто охватывает весь земной шар. Как
уже было сказано выше, доставка данных с северо-востока на юговосток США может занимать 35 мс. Доставка с континента на континент занимает еще больше времени. Медианное время доставки
с северо-востока США в Северо-Восточную Азию составляет целых
350–400 мс, а от пользователя к пользователю еще больше: от 700мс
до целой секунды. Что, если бы FaceTime или Facebook позволяли
вам общаться только с членами семьи и друзьями, находящимися
в пределах 500км от вас, или работали бы только тогда, когда вы
находитесь дома? Если компания хочет использовать иностранную
или удаленную рабочую силу в виртуальном мире, задержка в полсекунды неприемлема. А ведь каждый дополнительный пользователь, присутству ющий в виртуальном мире, только увеличивает
сложность синхронизации.
Опыт, связанный с использованием устройств дополненной реальности, предъявляет особенно строгие требования к задержке,
поскольку он основан на движениях головы и глаз. Если вы носите
очки, то считаете само собой разумеющимся, что при повороте головы глаза немедленно адаптируются, получают фотоны за 0,00001мс
и показывают вам новую картинку. А если бы эта новая визуальная
информация поступала с задержкой в 10–100 мс?..
Задержка — самое большое препятствие на пути к созданию
метавселенной. Отчасти проблема заключается в том, что сегодня
очень немногие сервисы и приложения требуют доставки данных
со сверхнизкой задержкой и это усложняет задачу для сетевых
операторов и технологических компаний, ориентированных на обмен информацией в реальном времени. Хорошая новость в том,
что по мере строительства метавселенной инвестиции в интернетинфраструктуру с более низкой задержкой данных будут расти.

Однако борьба с задержкой затрагивает не только наши кошельки,
но и законы физики. Как сказал генеральный директор одного ведущего издателя видеоигр с облачным стримингом: «Мыведем постоянную битву со скоростью света. Но скорость света была и останется непреодолимой». Подумайте, как трудно отправить даже один
байт из Нью-Йорка в Токио или Мумбаи со сверхнизкой задержкой. Чтобы преодолеть расстояние в 11 000 или 12 500км, даже
свету требуется 40–45 мс. Физика Вселенной превзошла целевой
минимум для видеоигр всего на 10–20%. Звучит так, будто мы
не сильно проигрываем законам физики. Но на практике мы значительно отстаем от идеала в 40–45 мс. Средняя задержка пакета,
отправленного из центра обработки данных Amazon на северо-востоке США (который обслуживает Нью-Йорк) в центр обработки
данных Юго-Восточной Азии и Тихоокеанского региона (Мумбаи
или Токио), составляет 230 мс.
Причин такой задержки много. Одной из них является кварцевое
стекло. Многие считают, что данные по оптоволоконным кабелям передаются со скоростью света, однако они одновременно правы и нет.
Сами световые лучи движутся со скоростью света — которая, как известно, является постоянной, — однако они движутся не по прямой
линии, даже если сам кабель проложен по прямой. Это связано с тем,
что все стеклянные волокна, в отличие от космического вакуума, преломляют свет. Таким образом, луч все время отскакивает от одного
края волокна к другому, из-за чего траектория его движения похожа
на частый зигзаг. В результате пройденный им путь удлиняется почти на 31%. Это дает нам задержку в 58–65 мс.
Кроме того, большинство интернет-кабелей прокладывают
не по прямой. Их маршрут определяется международным правом,
географическими препятствиями и анализом затрат и выгод. В результате между многими странами и крупными городами нет прямой
связи. Например, Нью-Йорк соединен прямым подводным кабелем
с Францией, но не с Португалией. Трафик из США идет напрямую
в Токио, но, чтобы добраться до Индии, ему нужно переключиться
с одного подводного кабеля на другой в Азии или Австралии. Теоретически из США в Индию можно проложить прямой кабель, но для
этого его придется прокладывать по суше через Таиланд или по дну
моря вокруг него, что увеличит расстояние на сотни или даже тысячи километров — и решит только проблему передачи от побережья до побережья.
СЕТ

СОЗДАНЕ МЕТАВСЕЛЕННО
Рис.1. Карта подводных кабелей
Глобальный доступ в интернет обеспечивают почти
500 подводных кабелей и 1250 наземных станций
TeleGeography
Как ни странно, улучшить интернет-инфраструктуру внутри страны
сложнее, чем международную. Прокладывая кабель по суше, необходимо обходить стороной обширную транспортную инфраструктуру (автострады и железные дороги), многочисленные населенные
пункты (каждый со своими политическими процессами, интересами
и мотивациями) и природоохранные территории. Проложить кабель
под водой в международных водах куда проще, чем через горный
массив, находящийся местами в государственной и местами в частной собственности.
Термин «опорная сеть интернета» может создавать впечатление,
будто речь идет о в значительной степени спланированной и частично
объединенной кабельной сети. На самом же деле опорная сеть интернета представляет собой вольное объединение частных сетей. Эти
сети создавались не с прицелом на эффективность в национальном
масштабе, а исходя из местных потребностей. Например, частная
сетевая компания-оператор могла проложить оптоволоконную линию между двумя пригородами или даже между двумя бизнес-парками. Учитывая стоимость разрешений и экономию от встраивания
в уже начатый проект, кабель между городами часто прокладывался
не по прямой линии и не единовременно, а вместе со строительством
другой инфраструктуры.

Таким образом, передача данных между двумя городами, например Нью-Йорком и Сан-Франциско или Лос-Анджелесом и Сан-Франциско, может осуществляться по нескольким различным соединенным между собой сетям, где ни один из сегментов (так называемый
хоп) не был проложен так, чтобы минимизировать расстояние или
транзитное время между двумя пунктами. В результате данные могут проходить значительно бóльший путь, чем фактическое географическое расстояние между сервером и пользователем.
Эта проблема усугубляется протоколом граничного шлюза BGP,
одним из основных протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.
Протокол BGP (см . главу 3)служит своего рода авиадиспетчером
для передаваемых в интернете данных, помогая каждой сети определить, через какую сеть маршрутизировать данные дальше. Однако
он делает это, не зная, что это за данные, в каком направлении они
передаются и насколько они важны. Он использует довольно стандартизированную методологию, где основной приоритет отдается
дешевизне.
Набор правил BGP отражает исходный асинхронный характер
интернета. Его цель — обеспечить передачу всех данных успешно
и недорого. В результате многие маршруты оказываются намного
длиннее, чем могли бы быть, — причем каждый раз их длина может разниться. Например, два игрока, находящиеся в одном здании
на Манхэттене, могут играть в одном матче Fortnite, управляемом
сервером Fortnite в Вир гинии, однако их пакеты данных могут передаваться через Огайо, что увеличивает их время в пути на 50%.
Обратно данные одному из игроков могут быть отправлены по еще
более длинному сетевому маршруту, проходящему через Чикаго.
И любое из этих соединений может страдать от повторя ющихся
скачков задержки до 150 мс или вовсе быть прервано, чтобы пропустить трафик, не нужда ющийся в доставке в реальном времени,
например электронную почту.
Все вместе эти факторы объясняют, почему пакету данных требуется в среднем в четыре с лишним раза больше времени, чем свету,
чтобы попасть из Нью-Йорка в Токио, в пять раз больше времени,
чтобы попасть из Нью-Йорка в Мумбаи, и в зависимости от времени
дня в два — четыре раза больше времени, чтобы попасть из НьюЙорка в Сан-Франциско.
Сокращение времени доставки будет невероятно дорогостоящим,
трудным и медленным делом. Замена или модернизация кабельной
СЕТ

СОЗДАНЕ МЕТАВСЕЛЕННО
инфраструктуры потребует не только больших затрат, но и множества правительственных разрешений — как правило, на нескольких
уровнях. Получить эти разрешения будет не так-то просто, потому
что более прямой путь, скорее всего, будет пролегать через жилую
застройку, коммерческую и государственную собственность или особо
охраняемые природные территории.
Обновить беспроводную инфраструктуру гораздо проще. Сети 5G
рекламируются в первую очередь как предлага ющие беспроводным
пользователям «сверхнизкую задержку» с потенциально возможным
значением в 1 мс и более реалистичным — в 20 мс. Это на 20–40 мс
меньше, чем у современных сетей 4G. Однако это касается только
последних нескольких сотен метров передачи данных. Прежде чем
попасть на вышку, обслужива ющую беспроводного пользователя,
данные все равно перемещаются по стационарным сетям.
Система спутникового интернета Starlink компании SpaceX обещает обеспечить широкополосный высокоскоростной доступ в интернет с низкой задержкой по всей территории США и в конечном
итоге по всему миру. Однако спутниковый интернет не способен
обеспечить сверхнизкой задержки, особенно на больших расстояниях. В 2021г. передача данных между вашим домом и спутником
Starlink и обратно в среднем занимала 18–55 мс, но при передаче,
скажем, между Нью-Йорком и Лос-Анджелесом и обратно это время
заметно возрастало, поскольку данные проходили через несколько
спутников или традиционных наземных сетей.
В некоторых случаях Starlink только усугубляет проблему расстояния. От Нью-Йорка до Филадельфии около 160км по прямой
и около 200км по кабелю, но с учетом пути к низкоорбитальному
спутнику и обратно это расстояние возрастает до 1200км. Мало
того, при распространении света по оптоволоконному кабелю потери гораздо меньше, чем при передаче через атмосферу, особенно
в пасмурные дни. По этой причине густонаселенные городские районы с их обилием шума наиболее подвержены помехам. В 2020г.
Илон Маск подчеркнул, что Starlink ориентирована «наклиентов
в труднодоступных районах, до которых не могут добраться телекоммуникационные компании» 4. Таким образом, спутниковая связь
полезна способностью обеспечить минимальную задержку, требуемую для метавселенной, для как можно большего количества людей,
а не предложить улучшения тем, чей доступ в интернет уже удовлетворяет этому требованию.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
