疫情期間，為響應(yīng)教育部“停課不停教、不停學”精神，眾多學校、線下教育培訓(xùn)機構(gòu)紛紛轉(zhuǎn)向線上課程滿足學生的學習需求。但當許多學校的老師通過在線平臺進行在線授課時，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，就是如何把知識或者課程傳遞給學生；第二部分是練習，現(xiàn)在大家的方式都是拉一個群，把一些作業(yè)讓學生自己在里面去做；第三部分是輔導(dǎo)，在針對練習之后還會有一個定向輔導(dǎo)，其實也是教學的一部分。
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、練習、輔導(dǎo)一個完整的在線閉環(huán)，才能確保學習效果，就像一些在線教育公司，如我們的客戶學霸君、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?，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，老師單向教學為主，老師和學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節(jié)，才能達到較好的上課體驗。
1. 設(shè)備端：音視頻質(zhì)量與老師/學生設(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習化我們可以精準的預(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，采用先通知遠端降低碼率，碼率達到下限，在緩存區(qū)進行數(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)當前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行冗余數(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)投遞的成功率進行投遞間隔的改變，防止NACK 投遞引起的重傳風暴和帶寬浪費。
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）
