什么是低时延？

什么是时延？

时延是指数据从网络中的一个点传输到另一个点所花费的时间。低时延是网络以最小的时延传输数据的能力。低时延一般以毫秒或微秒为单位，但具体的低时延指标，取决于具体的应用、用户的期望和行业标准等。

低时延网络是指经过设计和优化以尽可能减少时延的网络。但是，低时延网络并不能改善由网络外部因素造成的时延。

什么原因会导致时延？

业务信号通过网络传输不可避免的会产生时延。从用户发送请求，到用户收到响应，数据在网络中传输的每个过程都会产生或多或少的时延，这些时延累加起来就会给用户带来明显的等待时间。

通常网络中存在下面几个因素会影响时延，从而影响系统和网络在处理数据和执行操作时的响应能力和效率。

• 网络带宽：更高的带宽允许在给定的时间范围内通过网络传输更多的数据。较低的带宽将增加时延，因为它不能让尽可能多的数据在网络中快速传输。但是，高带宽并不一定保证低时延，因为数据的实际传输时间还取决于其他因素。
• 传输距离：数据需要传输的距离也是时延的主要原因之一。通信设备之间的距离越远，传播延迟越大，时延越高。
• 传输介质：传输介质本身，无论是光纤、铜缆，还是无线，也发挥着至关重要的作用。因为每种介质都有其固有的传播速度和对干扰的敏感性，这可能会影响信号的传输时间。例如，由于玻璃或塑料中的光速较高，光纤电缆通常提供比铜缆更低的时延。
• 网络设备：数据在网络中需要通过各种网络设备进行传输，例如路由器和交换机的处理时间也会影响时延。这是因为信号经过的每个设备都需要时间来处理和转发该信号。源和目标之间的跳数或中间设备的数量，以及每个设备的处理速度，都会影响整体时延。
• 网络丢包：网络拥塞丢包也会带来应用时延的增加和吞吐的下降。在拥塞网络中，多个数据包竞争有限的传输资源，这可能会导致在网络中传输的消息延迟或丢失数据。

为什么需要低时延？

低时延对于用户的体验至关重要。随着移动互联网、云计算、专线业务的纵深发展和爆炸式增长，以及如IoT、5G、VR/AR、大视频等新兴业务的不断涌现，对网络时延的指标要求越发苛刻。即使毫秒、甚至微秒级别的差异也会对这些业务造成巨大的影响。

目前正在发展中的，明确提出低时延需求的四类业务：

• 金融/交易类业务，包括高频交易、股票期货交易等实时性要求极高的业务。
• 互动娱乐类业务，包括4K/8K高清视频、VR、AR等高通量业务。
• 物联网和实时性云服务，特别是数据热备份，云桌面，同城灾备等。
• 5G移动承载业务，5G时代对传送网的时延指标非常严苛。

无论对于企业还是个人，低时延的网络都至关重要。低时延网络已成为网络产品的重要竞争力之一，华为智能无损网络解决方案能够构建高品质低时延网络。

如何实现低时延？

改善时延涉及到优化网络通信和系统性能的各个方面。可以通过考虑以下策略实现网络低时延：

1. 使用有线连接：与无线连接相比，有线连接通常提供更低的时延，时延会受到干扰和信号强度的影响。
2. 优化网络配置：确保您的网络设备（如路由器和交换机）配置正确，并且能够在没有瓶颈的情况下处理所需的流量。
3. 减少网络拥塞：最大限度地减少共享网络的设备数量，并优先处理关键流量，从而减少拥塞和时延。
4. 利用CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）技术：用户可以从最近的CDN服务器获取所需的数据文件，从而减少数据传输所需的距离，提高用户访问网络资源的响应速度，并改善用户访问内容的时延。
5. 实现缓存：在本地缓存经常访问的数据可以减少从远程服务器获取数据的需求，从而改善时延。
6. 优化协议效率：选择尽可能减少开销和减少时延的通信协议，例如对实时应用程序使用UDP而不是TCP。
7. 使用QoS（Quality of Service）技术：实施QoS机制，将关键流量优先于对时间不敏感的数据，确保时延敏感的应用程序获得足够的带宽和资源。
8. 优化应用程序设计：设计应用，尽量减少往返和不必要的数据传输，优化数据传输。
9. 部署边缘计算：利用边缘计算资源处理距离最终用户更近的数据，减少数据需要传输的距离。
10. 监控和分析性能：持续监控网络性能和时延指标，以确定瓶颈和需要改进的领域，从而实现主动优化。

低时延网络的应用场景

对于任何涉及网络上大量流量的场景，低时延都至关重要。下面是一些目前低时延网络的主要应用场景：

• 音频和视频流：

  对于音频和视频直播，1~5秒的低时延能够保持音频和视频轨道之间的同步，保障内容创作者和观众之间的实时互动。高时延会导致内容交付延迟，从而影响用户体验。这种低时延在现场活动中尤其严重，因为观众期望实时互动和参与。

• 即时通讯：

  对于聊天和视频通话，需要将单向时延保持在150毫秒以下，才能保障流畅和自然的对话。高时延会导致尴尬的停顿和串音，严重影响通信质量。这种低时延水平对于保持对话的流畅性和确保清晰连贯的通信至关重要，尤其是在清晰度和即时性至关重要的专业环境中。

• 远程医疗：

  远程医疗需要低时延以确保及时有效的患者护理。无论是简单的会诊、远程监控，还是机器人辅助的手术，都需要最小的低时延。例如，低时延网络有助于确保外科医生在操作时保持对手术系统的精确控制。远程医疗应用程序中的高时延可能会导致医嘱的错误传达、医疗评估的不足，甚至可能导致医疗事故。

• 在线游戏：

  对于在线游戏，低于100毫秒的低时延能够确保游戏的公平和迅速响应。高时延会导致输入延迟、以及玩家操作和游戏响应之间的差异，从而产生不公平的优势，影响玩家的游戏体验。尤其是在竞技类游戏中，即使是轻微的延迟也会对玩家的表现和游戏结果产生重大影响。

• 网页浏览：

  在用户浏览网页时，时延低于100毫秒能够确保页面快速加载和用户交互快速响应。高时延会导致网站渲染速度变慢、对用户输入的响应延迟，从而导致用户体现变差，甚至可能导致用户放弃该网站。快速响应的网页对于用户满意度至关重要。

• 增强现实（AR）和虚拟现实（VR）：

  AR和VR应用程序依靠低时延来实现快速响应并创造沉浸式体验。如果要确保AR和VR体验具有身临其境的真实感，低于20毫秒的低时延至关重要。AR和VR应用中的高时延可能会导致用户的眩晕或其他不适，这是因为用户的动作与他们收到的视觉反馈之间存在较大差异。

• 金融交易：

  在金融交易中，尤其是高频交易，超低时延至关重要，因为微秒级的时延可能会因价格波动而导致巨大的财务损失。金融市场中的交易者依靠接收和处理市场数据，并比竞争对手更快地执行交易来获得优势。在这样的环境中，即使是时延的细微减少也会导致交易性能和盈利能力的显着提高。

• 工业自动化和物联网（IoT）：

  在实时制造过程中，低时延对控制机器人至关重要。在智能家居、智慧城市以及工业和家庭物联网设备中，对传感器数据的快速响应才能保证物联网设备的正常运行。

• 应急响应系统：

  紧急服务，如消防、警察和救护车服务，依赖于低时延连接。确保可靠、实时的通信，对于协调应急响应至关重要。

一般来说，较低的时延会带来更好的用户体验和系统性能，但实现超低时延可能会带来更高的复杂性和成本。