疫情期間，為響應(yīng)教育部“停課不停教、不停學(xué)”精神，眾多學(xué)校、線下教育培訓(xùn)機構(gòu)紛紛轉(zhuǎn)向線上課程滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。但當(dāng)許多學(xué)校的老師通過在線平臺進(jìn)行在線授課時，就遭遇了一系列難題：延遲、卡頓，甚至出現(xiàn)了平臺崩潰的現(xiàn)象，導(dǎo)致教學(xué)效果質(zhì)量差等問題。
如何構(gòu)建一個高質(zhì)量的在線課堂，成為了眾多學(xué)校及教育培訓(xùn)機構(gòu)近期乃至未來一段時期內(nèi)的重點課題。
2月25日，UCloud優(yōu)刻得互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部研發(fā)總監(jiān)裴志偉進(jìn)行了主題為《疫情之下，如何平穩(wěn)從“線下”過渡到“線上？”》的在線直播課程，講述了如何快速構(gòu)建高質(zhì)量在線課堂，本文根據(jù)其課程進(jìn)行整理，希望對大家有所幫助。
以下為主要內(nèi)容：
1. 三個核心教育場景線上化
2. 在線課堂快速上線之技術(shù)選型
3. 高清實時音視頻URTC背后的技術(shù)解析
4. 一體化實時音視頻RTC解決方案
5. 附Q&A熱點話題討論
三個核心教育場景線上化
通常來說，教育分為三部分：一部分是教，這次疫情期間在線教育主要在做的一件事是用來做教學(xué)，就是如何把知識或者課程傳遞給學(xué)生；第二部分是練習(xí)，現(xiàn)在大家的方式都是拉一個群，把一些作業(yè)讓學(xué)生自己在里面去做；第三部分是輔導(dǎo)，在針對練習(xí)之后還會有一個定向輔導(dǎo)，其實也是教學(xué)的一部分。
對于要從線下過渡到線上的教育行業(yè)用戶來說，要打造一個教學(xué)、練習(xí)、輔導(dǎo)一個完整的在線閉環(huán)，才能確保學(xué)習(xí)效果，就像一些在線教育公司，如我們的客戶學(xué)霸君、一起作業(yè)、作業(yè)盒子等，他們在這方面有比較強的優(yōu)勢。
在疫情特殊時期，社會對于教育的期望已經(jīng)降低為保證基礎(chǔ)教學(xué)?，F(xiàn)在行業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了不少PaaS和SaaS服務(wù)商，它們提供的產(chǎn)品和服務(wù)已經(jīng)經(jīng)過多輪驗證和迭代，在一些產(chǎn)品能力上面會比自建省時省力省心，尤其是本身IT資源儲備較少的小規(guī)模的教培機構(gòu)或者公立校建議使用。
在線課堂快速上線之技術(shù)選型
通常，在線課堂有三種模式，錄播、在線直播和低延遲互動直播。
1. 錄播：提前錄制授課內(nèi)容，學(xué)生的客戶端可以緩沖課程，這種形式對成本相對最低。
2. 在線直播：模擬上課場景，老師單向教學(xué)為主，老師和學(xué)生之間有簡單的文字互動能力，允許3-10秒的延遲。這種形式?jīng)]有實時互動，老師比較不適應(yīng)。
3. 低延遲、互動直播：班課必備，可實現(xiàn)多人連麥、順暢視頻通話，配有白板、IM等教具，延遲要求低于300ms。這種形式最接近線下教學(xué)課堂場景，整個上課體驗有更好的沉浸感，但技術(shù)難度高、成本較高。
那為什么每天都能聽到大量的關(guān)于登陸不上、高卡頓、掉線、系統(tǒng)崩潰等問題的吐槽呢？
要解決這個問題需要了解兩個知識點：1. 任何系統(tǒng)都有容量上限；2. 高可用性的系統(tǒng)背后需要可靠的大型互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)支撐。
受疫情影響，為防止聚集性傳播，年后大多數(shù)企業(yè)采用遠(yuǎn)程復(fù)工方式開工，大家復(fù)工在線辦公或者開會的時間和學(xué)生上課直播使用流量的時間是比較一致的，這兩個流量洪峰疊加起來，目前看是有點超出整個國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施的當(dāng)前承載力的。這次疫情中，很多教育行業(yè)沒有類似的實戰(zhàn)經(jīng)驗，出現(xiàn)預(yù)想和實際的用戶及流量差距較大，IT系統(tǒng)無法支撐的情況，所以引發(fā)了這一系列的問題。
技術(shù)是揉不得沙子的，投入和回報一定成正比。我們建議教育行業(yè)的用戶盡可能準(zhǔn)確評估最高同時在線人數(shù)，并留足冗余、設(shè)計好突發(fā)預(yù)案；技術(shù)層面要更好的進(jìn)行架構(gòu)優(yōu)化、加強全節(jié)點監(jiān)控，避免因架構(gòu)缺陷、監(jiān)控不全等原因無法穩(wěn)定支撐業(yè)務(wù)運行，比如最近湖北等疫情嚴(yán)重地區(qū)明顯流量漲幅高于其他地區(qū)，各省市也會有不同的政策，需要良好的監(jiān)控和運營體系。
在線課堂的音視頻質(zhì)量好壞是由系統(tǒng)的端到端決定的。所以，在做好產(chǎn)品平臺側(cè)工作之外，還需要注重用戶端所有細(xì)節(jié)，才能達(dá)到較好的上課體驗。
1. 設(shè)備端：音視頻質(zhì)量與老師/學(xué)生設(shè)備性能、機型、平臺有很大關(guān)系。很多第一次上網(wǎng)課的老師學(xué)生就在這里踩了坑，因為高清的視頻是對設(shè)備性能有要求較高，如果使用純音頻或者低分辨率視頻直播，設(shè)備性能要求較低。
2. 設(shè)備端網(wǎng)絡(luò)：音視頻質(zhì)量和老師、學(xué)生側(cè)的家庭網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。尤其是老師側(cè)，相對來說，有線網(wǎng)絡(luò)好于Wi-Fi連接，Wi-Fi連接好于 4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
高清實時音視頻URTC背后的技術(shù)解析
事實上，和實時音視頻互動質(zhì)量強相關(guān)的主要是RTC平臺。UCloud實時音視頻產(chǎn)品URTC，依托UCloud強大的計算能力和網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過智能公網(wǎng)動態(tài)路由調(diào)度、三種算法動態(tài)智能聯(lián)動、網(wǎng)絡(luò)變化自適應(yīng)無縫調(diào)整碼率等方式，實現(xiàn)了高質(zhì)量、抗弱網(wǎng)、低延遲的網(wǎng)絡(luò)音視頻通信，并支持萬人直播推送。
1. 基于羅馬網(wǎng)絡(luò)，公網(wǎng)動態(tài)路由調(diào)度
基于UCloud在全球部署的32個可用區(qū)、28條專線、500+加速節(jié)點，UCloud在全球范圍內(nèi)構(gòu)建了一張高速網(wǎng)，通過全球接入點就近接入、自研HTTP DNS調(diào)度算法，URTC可提供全球覆蓋的音視頻服務(wù)，國內(nèi)平均時延70ms，國際平均時延不超過300ms，弱網(wǎng)下也能實現(xiàn)高質(zhì)量音視頻通信。
同時，通過對延時和丟包率的深度學(xué)習(xí)化我們可以精準(zhǔn)的預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的波動變化，URTC能做到更早發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞、更早適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化。
2. 抗丟包算法，NACK+FEC+ARQ
互聯(lián)網(wǎng)是一種盡力而為的傳輸（Best-effort）網(wǎng)絡(luò)，因為帶寬變化在流媒體的傳輸過程中丟包、抖動、時延等情況時有發(fā)生，這就意味著還需要抗丟包算法。URTC利用NACK+FEC+ARQ三種算法動態(tài)智能聯(lián)動，通過動態(tài)調(diào)整重傳和冗余數(shù)據(jù)包的比例，實現(xiàn)在通話質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)延時之間達(dá)到很好的平衡。目前在網(wǎng)絡(luò)丟包率40%的情況下，URTC還能穩(wěn)定的傳輸視頻，網(wǎng)絡(luò)丟包率高達(dá)70%時，URTC也還能保證音頻的傳輸。
3. 網(wǎng)絡(luò)變化自適應(yīng)，無縫調(diào)整碼率
在服務(wù)端, URTC針對每個用戶做了一個緩沖區(qū)，針對網(wǎng)絡(luò)不好的終端用戶，采用先通知遠(yuǎn)端降低碼率，碼率達(dá)到下限，在緩存區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)的丟棄，以保證接收端的低延時；同時針對不同網(wǎng)絡(luò)情況的用戶，服務(wù)端也根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行冗余數(shù)據(jù)的下發(fā)，最終實現(xiàn)抵抗網(wǎng)絡(luò)抖動，最大支持800ms網(wǎng)絡(luò)抗抖動。
在下行推流端，URTC實時音視頻采用抖動緩沖去抖動，并采用智能播放策略，獲取區(qū)采用狀態(tài)機策略，分為填充、播放、慢放、等待、快放等，根據(jù)不同的狀態(tài)機進(jìn)行數(shù)據(jù)的不同的處理邏輯，這樣保證數(shù)據(jù)播放的平穩(wěn)和延時，同時NACK 變?yōu)楹蚏TT相關(guān)的策略，根據(jù)投遞的成功率進(jìn)行投遞間隔的改變，防止NACK 投遞引起的重傳風(fēng)暴和帶寬浪費。
一體化RTC實時音視頻解決方案
僅僅一個實時音視頻產(chǎn)品是不夠的，用戶的需求非常多，從服務(wù)器設(shè)備的部署、開發(fā)到后期的運維都耗時耗力。UCloud結(jié)合自身公有云平臺其他產(chǎn)品推出了一體化實時音視頻解決方案。實時音視頻只是一個線下場景線上化的入口，后端可以承載VR、AR、存儲、AI、旁路推流、截圖等各類應(yīng)用接口，支持如金融雙錄、遠(yuǎn)程診療、電商快直播帶貨、視頻物聯(lián)網(wǎng)、音視頻社交等場景。
UCloud音視頻URTC產(chǎn)品可以導(dǎo)出視頻流、圖片等文件，這些文件通過UCloud RTC實時集群的轉(zhuǎn)碼中心、AI處理平臺和視頻水印算法等操作，利用RTC直播集可實現(xiàn)音視頻連麥互動推送萬人直播，也可以直接轉(zhuǎn)換成文件存儲在云端。
除了在線教育外，URTC還可以廣泛應(yīng)用于智能家居、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會議、娛樂直播、安防監(jiān)控等場景。疫情期間，也出現(xiàn)了云蹦迪等創(chuàng)新的場景，這些場景推動了音視頻的發(fā)展以及云計算平臺。
提問 & 解答
Qustions Answers
如何實現(xiàn)快速在線擴容？
答：流量洪峰來臨前，如何儲備、儲備多少，要如何分配現(xiàn)有資源？是否需要擴容、擴多少？最大流量洪峰可能在哪？計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源成本比較高，任何一家公司都不可能無限冗余資源，這個時候云資源的獨有優(yōu)勢就會展現(xiàn)出來了，可大大降低企業(yè)自建數(shù)據(jù)中心的成本，彈性可擴容等也可讓用戶迅速的提升自己的承載能力。
這次疫情期間，沒有使用公有云平臺的用戶反應(yīng)比較遲緩，受限于春節(jié)期間機房進(jìn)不去、很多的供應(yīng)商、物流、施工方都因疫情而無法開工。
除了選擇公有云平臺之外，教育行業(yè)用戶加強自身IT平臺的技術(shù)能力，架構(gòu)要支持分布式部署，同時可以利用容器技術(shù)將應(yīng)用容器化，這會讓擴容更容易一些。
如何解決卡頓、掉線等問題？
答：教育行業(yè)用戶加強自身IT能力和技術(shù)儲備。技術(shù)層面要更好的進(jìn)行架構(gòu)優(yōu)化、加強全節(jié)點監(jiān)控，避免因架構(gòu)缺陷、監(jiān)控不全等原因無法穩(wěn)定支撐業(yè)務(wù)運行。
同時，一定要做柔性降級的預(yù)案準(zhǔn)備，一旦遇到全網(wǎng)流量超出基礎(chǔ)設(shè)施資源能力的情況下，犧牲掉一些無關(guān)緊要的，提供臨時有損服務(wù)，最大程度的保障用戶的可用度；如視頻類網(wǎng)站，網(wǎng)絡(luò)情況好的時候可以看超清、1080P、藍(lán)光等，但網(wǎng)絡(luò)信號一旦變?nèi)趸蛘哔Y源受限的情況下，就會建議通過一些降低碼率、幀率甚至是采取降級為純音頻的手段，保障授課的連續(xù)性。
（轉(zhuǎn)載）
