數據潮水般涌入,流量之大在世界互聯網歷史上前所未有

觀察:中國數億人同上網課的背后

 余建斌  王  政  劉詩瑤

2020年06月22日08:25  來源:人民網-人民日報
 

  重慶市南川區三泉鎮馬嘴村一戶村民家的兩個孩子獲贈免費“助學流量”。
  汪 新攝

  中國移動重慶公司石柱分公司基站建設人員連夜搶工開通六塘鄉基站。
  冉 維攝

  在釘釘舉辦的產品體驗會上,中小學生與釘釘教育技術團隊交流。
  喬露琦攝

  核心閱讀

  網絡課堂上,跨越千山萬水又匯聚於小小屏幕的幾億張面孔,見証了一場高效給力的網課保障戰。

  幾億人同上網課的雲淡風輕,背后是網絡世界的波瀾起伏。高效運轉、清晰流暢的網絡課堂,凸顯了以寬帶網絡、移動通信網絡、雲計算、大數據等為代表的數字基礎設施的底氣,也反映了我國網絡應用極其豐富、數字產業蓬勃發展的可喜成就。

  從網絡基礎設施落后到網民規模超過9億,網絡寬帶像水、電一樣隨取隨用,信息網絡水平的不斷提升,為有效助力疫情防控,滿足在線上課這樣的快速增長需求提供了堅實支撐。

  我國信息網絡基礎設施取得跨越式發展,得益於既能遵照通信技術的演進規律,又堅持了適度超前原則,在追趕世界先進的步伐中,敢於超前謀劃布局。正是瞄准前沿敢於創新,我國5G發展取得積極進展,5G基站以每周新增1萬多個的數量在增長,新一代通信技術和數字經濟的融合在不斷加深。

  隨著5G、千兆光纖網絡、數據中心等新基建的加快推進,數字技術和網絡基礎設施將進一步完善,數字鴻溝會不斷縮小,數字化產業和產業數字化將持續發展,為促進高質量發展提供源源不斷的動力。

     

  每天,海量數據的潮起潮落,映射著9億多中國網民的在線作息規律。平時的數據流動井然有序,即使是“雙11”、春節“紅包雨”這種數億人涌入的時刻,也經受住了海量訪問的考驗。

  然而,一場突如其來的疫情,帶來了前所未有的巨大考驗——全國大中小學校2.65億在校生全面轉向線上課程﹔在線教育用戶規模達4.23億,幾乎一半網民使用在線教育。網課需求增長速度之快,時間之緊,流量峰值的難以預測,都屬“中國互聯網上頭一遭”。

  “簡直像打仗一樣。”當數據潮水般涌入,前端的互聯網應用扼守入口,后台的服務器集群嚴陣以待,通暢的通信網絡保駕護航……一場網課保障戰役迅速打響。

  怎麼上好“開學第一課”?

  網課上,無數面孔、聲音轉化成龐大的數字比特流,浩浩蕩蕩經由網絡涌向空中課堂

  時間之緊讓一切都發生了質變。

  在武漢,全市90萬學生定於2月10日8時30分集體登錄空中課堂。沖鋒的時間確定,所有的工作從這個節點開始倒推:

  1月30日必須完成空中課堂的搭建,這距離湖北省發布延期開學公告僅隔7天時間,也是春節放假的7天﹔

  1月24日大年三十,武漢市教育局向各家互聯網公司廣撒英雄帖,緊急提出需求﹔

  1月25日大年初一,已經有技術團隊開始商量項目方案……

  接到這一緊急任務,騰訊教育產品經理聶曉凱大年初三就從老家河北趕回廣州,與同事們開始持續奮戰。武漢那一頭的技術團隊,也正在為空中課堂的上線加班加點。篩選解決方案、進行技術調試、設計課程內容,還要設置直播授課、互動答疑、點播回看、作業、考試等多種功能模塊……時間緊、任務重、上線急,技術人員在枯燥的“測試——改進——測試”中不斷循環往復。

  1月30日,武漢空中課堂如期搭建完成。但等待團隊的是更大的壓力。在廣州,聶曉凱和同事們連續幾天沒有睡過一個囫圇覺,為的是做好應對突發狀況的准備。“每天都在調試。平台承接人數有可能超過90萬人,甚至達到上百萬,萬一崩了怎麼辦?!”

  2月7日進行線上測壓時,原本計劃5萬學生上線測試,卻突然暴增到近10萬。幸運的是,由於前期准備充分,平台經受住了流量壓力。“扛住了!”看到測壓結果,聶曉凱心底涌起喜悅:3天后的全武漢在線開課有保障了。

  與此同時,湖北省水果湖第一中學副校長羅林一直有個擔憂:“要保証老師們在短時間內學會並順利開課,這個平台的操作流程就不能復雜。”

  為了讓老師們能極速開課,騰訊產品開發團隊以最快的速度響應,不到48小時就重新開發出一套騰訊課堂極速版軟件,陸續安裝在了包括水果湖第一中學老師們在內的全國百萬名老師的電腦上。老師們通過手機號注冊,10秒就能搭建起專屬的空中課堂﹔學生們在手機上收到鏈接后,1秒點擊即可進入上課模式。

  “我們特意召集了兩個班的學生和老師參與測試,聲音清晰、畫面不卡頓,PPT播放流暢,學生還可以舉手發言,對話系統完好。”看到學習效果,羅林的心放了下來。

  2月10日早上7點,聶曉凱早早地坐在電腦前,眼睛緊盯著屏幕上的各種數據,嚴陣以待。

  8時30分,90萬人從包括騰訊在內的4個不同直播端口登錄武漢空中課堂。打開軟件,無數面孔、聲音轉化成龐大的數字比特流,浩浩蕩蕩經由網絡涌向空中課堂。空中課堂平台有條不紊地應答著每一個訪問請求,從容而極速地吞吐著數據需求。學生們幾乎感覺不到時間延遲,如同坐在課堂實時聽講。平台運行穩定,聶曉凱長舒了一口氣,和同事們擊掌慶祝。

  2月10日這一天,類似場景在全國各地同時上演:河南開封全市全學段12個年級的網絡課堂直播間裡,總觀看人數累計超過200萬﹔300多個城市的學校裡,60萬教師變身主播,通過釘釘直播為5000萬學生上課……這種大規模的在線課堂教學,在中國互聯網歷史和教育史上都不曾有過先例。從平台搭建、網絡課堂功能模塊的設計,到師生的使用培訓,一切都是從零開始。

  這是絕無僅有的體驗。來自日本東京一家電視台的記者,在“作業幫直播課”平台觀摩了一堂在線網課后大為驚嘆。“課堂”上,老師隨機點名,身處天南海北的學生們,無論是在大城市還是小縣城,都實時反應、流暢作答。這讓日本記者直呼“你們的支持能力怎麼這麼強!”

  這只是這場網課保障戰的開始。

  怎樣保持清晰流暢?

  大帶寬的視頻直播集中在一個時間點上突然發生,下課后流量又突然消失,對互聯網基礎設施是一個難以判斷的壓力負載

  “寬帶網絡就是高速路,卡頓就像堵車。雲服務器是遠處的一個倉庫。老師將文件傳到雲服務器上,學生再從雲服務器那裡取回來。”騰訊QQ產品總監夏志勇用物流比喻上網課:為了讓整個過程通暢,高速路要夠寬,路上的車要夠快,倉庫也要夠大,能容得下百萬人乃至千萬人存東西、取東西。“我們這些應用APP,相當於物流公司,開著很多貨車把需求運來運去。”

  其實網課遠遠超出收發快遞的簡單概念。網課的通暢既包括了速度,也包括了高質量的視聽效果。網速的快慢、畫面的質量,都呈現在APP這個“入口”。無論是直播課堂,還是線上交作業、答疑……這些過程都在瞬間完成,人們並不會感知這些數據在信息高速路上的流動,但可以從手機APP直觀感受到網速的快慢、直播的流暢與否。

  巨大的網課需求,讓多個在線教育APP的日活躍用戶數達到千萬以上,對開發這些APP產品的互聯網科技公司來說,挑戰前所未有。

  春節過后,全國范圍內不少老師開始自發使用QQ群功能來上網課。“網課直播的每日峰值有超過百萬的開播量。”騰訊副總裁、QQ負責人梁柱說,如果算上作業等功能,QQ網課的整體覆蓋學生人群有2000萬到3000萬的規模。

  “幾千萬老師和學生同時上課,並不在我們原先的技術架構和服務器儲備的預算之內,純粹是新增的。”梁柱說,大帶寬的視頻直播集中在一個時間點上突然發生,下課后流量又突然消失,對互聯網基礎設施是一個難以判斷的壓力負載。

  騰訊QQ技術負責人邱俊從后台實時曲線的變化中,注意到QQ的群文件功能需求在不斷增加。他擔心很快會“撐破”整個群的容量,於是馬上和團隊商量擴容的可行性,把每個QQ群的群文件容量,從2GB擴大為10GB。這個決策和修改的落地,5小時之內就得完成。

  最大的挑戰,還是時間緊。QQ的版本更新節奏也隨著用戶的各種需求被調快。為了網課需要,QQ的新功能從想法提出到最終上線,更新版本隻花了兩周。

  “就是打仗的感覺。餓了就吃一點,困了就睡一會,醒了就馬上投入工作。”邱俊說,網課帶來的是工作量兩三倍地增長,在高壓下,每個人的戰斗力都被激發出來,因為感覺自己在做一件特別有意義的事情。

  產品研發的過程中,技術人員甚至專門去收集喧囂的公交站、雨水聲等噪音進行人工智能分析處理,以實現智能消除環境聲、鍵盤聲,完美還原人聲的目的。“這就是為什麼能夠實現最低80毫秒的超低延時,即便視頻丟了70%的數據包,也不會花屏和卡頓。”夏志勇說,這些努力,就是為了讓網課更加“真實”。

  “現在沉澱下來最合適的網課解決方案,我們當時根本不知道。情況突發,一切都是未知,隻能備選很多種方案。”長期的技術積累、穩定的視音頻能力和支持海量並發的帶寬等技術底層能力,讓釘釘教育產品經理安步和團隊在有驚無險中完成了對直播網課的支持,但他們還需要以天為單位,去快速響應如潮水般涌來的各種功能需求。

  前一天老師提出沒法在提交的作業照片上批改,安步和團隊馬上改進上線,第二天老師們就驚喜地發現,在手機、平板電腦和電腦上,都可以直接圈畫、批改作業了。為了這個功能,技術人員至少優化了50次。

  疫情防控期間,中國在線教學規模之大、范圍之廣、程度之深,在全球范圍內都無與倫比。僅高等教育領域,截至4月初,全國就有1454所在線開學的普通高校,95萬余名教師開發94.2萬門、713.3萬門次在線課程,在線學習的學生達11.8億人次。這其中,在線課程平台和技術平台功不可沒,為停課不停教、停課不停學提供了有力保証。釘釘和騰訊會議等多款中國APP,也因此被聯合國有關機構推薦給全球的學生使用。

  如何化解網絡“洪峰”?

  如果把雲計算看作是一個網絡倉庫的話,這是一個容量大、智能化的倉庫,能夠瞬間讓排隊的幾千萬人順利取到自己的包裹

  從春節期間開始,安步清晰看到,釘釘后台的系統峰值流量不斷增長,最高甚至暴增百倍,很大一部分源於在線網課的“貢獻”。

  雖然頂住了2月10日首個網課流量高峰,安步還無法高枕無憂。他注意到那天其實已觸到了當時的系統峰值,“看到帶寬使用量節節攀升,我們心裡特別緊張。”

  安步意識到,2月10日只是部分高中和初中的使用,等到小學加入進來,預計2月17日會帶來更大的訪問量。

  帶寬用來衡量一個平台能夠承受的最高網絡流量。師生課堂互動、“連麥”實時問答之間,在網絡上都會掀起一陣陣流量“洪峰”。能不能抵御和化解這些“洪峰”,雲計算服務發揮著關鍵作用。

  雲計算既是高性能硬件搭建的數據中心,也可以看作是性能強大的網絡中樞。它釋放出強大的計算能力和存儲資源,像水和電一樣源源不斷地提供給釘釘這樣的前端應用,使其有足夠能力支撐用戶的需求。如果把雲計算看作是一個網絡倉庫的話,這是一個容量大、智能化的倉庫,能夠瞬間讓排隊的幾千萬人順利取到自己的包裹。

  流量到底會多高?安步和團隊難以准確預判。“如果全國60%到70%的老師、學生甚至家長,在同一時刻登錄釘釘,這是一個什麼量級?”安步和團隊迅速去申請帶寬,並尋求阿裡雲的幫助。

  那段時間,每逢周六日是安步和團隊最忙碌的時候。釘釘上不斷有新的學校開設網課,為了周一開課,他們會在前一個周末進行測試,安步他們則要隨時監測並調整帶寬的配比。

  “大部分學校使用直播上課,一般都是早上8點集中開始,同一時間巨大流量涌來,我們的壓力真是非常大。”安步說。

  2月17日早上8點,釘釘后台流量突然瞬間上漲,不斷飆升,60%、70%、80%……時間一分一秒過去,到9點半,還沒突破100%。安步心裡一下子就放寬了。

  實際上,擴容的需求對雲服務來說,並非像擰開水龍頭一樣簡單,而是有很高技術含量。為了不影響白天的網課效果,往往需要技術人員和時間賽跑,即便是千萬人的訪問需求,都是在凌晨幾小時內,完成服務器擴容和鏡像部署。為迎接史無前例的流量“洪峰”,保障網絡授課,釘釘在阿裡雲上連續擴容10余萬台雲服務器,創下了短短2小時內新增超過1萬台雲服務器的快速擴容新紀錄。

  峰值狀態下,釘釘支持的流量達到常態時的百倍,是中國所有視頻、直播流量總和的5—10倍。正是這樣的能力,讓釘釘能夠累計支持全國1.3億學生在線上課。

  “帶寬需求在很短時間內就到了T(1T相當於1000G)級‘水位’。但擴容不可預期,沒法精准地知道明天的增長到底是5倍還是10倍,我們隻有更大膽地去堆資源。”騰訊雲運維中心和客戶服務部門負責人徐勇州帶領團隊,用三天時間完成了平常需要三四個月的數T帶寬擴容。

  這種量級的線上流量洪峰和快速擴容,在全世界也屬首次。值得一提的是,10萬台服務器、數T帶寬,成本折算下來達上億元,但為了保障網課順利進行,這些資源都被不計成本地投入使用。

  怎樣填平網絡窪地?

  在海拔1400米的山上,建成可容納2000多人上網的應急方艙基站,手機4G信號噌一下跳到滿格,就像從羊腸小道開上了高速路一樣通暢無比

  沒有網絡,就沒有網課。目前我國行政村的光纖和4G的覆蓋率都已超過了98%,農村及偏遠地區學校網絡接入條件不斷改善,實現了全球領先的農村網絡覆蓋。但疫情的突發,在線上課的剛需,仍然讓偏遠農村地區的少數網絡窪地顯露出來。所幸,強大的網絡基礎設施建設能力迅速填補了這些缺口。

  3月2日下午4點半,重慶移動石柱分公司接到石柱土家族自治縣六塘學校打來的緊急求助電話:當天是重慶市中小學生全面實施國家課程線上教學的第一天,但初二學生馬孝英等幾個學生,家住在七曜山脈深處海拔1400米的山上,沒法上網課,孩子們都急得哭了。

  “山裡孩子學習的勁頭這麼足,我們是既感動又心疼。”石柱分公司迅速行動起來,當晚8點,技術人員緊急會商,在地圖中明確了當地山村周圍基站的分布情況,討論出初步的建設預案。

  3月3日一早7點多,石柱分公司建設維護部的向世清、冉維等先頭隊員在盤山路上開行了2個小時,9點半左右到達現場實地勘察。看到孩子們為了上網課,在半山腰搭起臨時雨棚,棚子裡外的泥地上踩的都是腳印子,他們鼻子一酸,“還在倒春寒,山上陰冷潮濕,穿著羽絨服都覺得冷。這種環境下還堅持學習,孩子們做得已經很不錯了,我們一定想辦法幫他們。”

  向世清發現,施工的挑戰不小。這裡地處山坳,位置偏僻,坡陡林密,建設基站有很大難度。距離最近的基站有4公裡,山體阻擋是信號過不來的主要原因。改造原有基站不大可能,新建基站又怕耽誤學生們上網課。現場最終敲定,安裝一個可容納2000多人上網的應急方艙基站。為了尋找最合適的基站架設點,向世清等人又步行2個多小時山路,最終選定建站位置。

  當天下午,重達1.5噸的應急方艙基站通過皮卡車運送到山上公路邊,再由多人協力運到安裝地點。短短兩天內,16人的安裝隊伍鑽進密林,布放線纜累計超過3公裡。他們分工明確,接入電源、安裝無線設備、制作基站數據、調試開通……山上溫度低,冷了餓了,就啃一口面包或方便面緩一緩。天亮開工、天黑收工,48小時內應急基站順利投入使用,覆蓋范圍達到2公裡左右。

  基站開通,引來強勁的網絡信號,馬孝英的手機4G信號噌一下跳到滿格,網速體驗,就像從羊腸小道開上了高速路一樣通暢無比。

  在雪山環繞的西藏昌都卡若區埃西鄉波格村,中國移動西藏公司昌都分公司派出的6名網絡建設人員,通過肩扛、手抬的方式,將緊急調運的基站設備和光纜徒步運至施工現場,冒著零下20多攝氏度的低溫連夜開工,迅速建成開通了一座新基站。江蘇食品藥品學院大一學生斯朗巴珍,再不用每天帶著手機、爬到雪山上去上網課了。在湖北恩施巴東縣,湖北恩施聯通巴東縣分公司建維中心團隊的一支小分隊隻用了4個小時,就把穩定的網絡信號送到了2個學生家裡,讓他們不用在廢舊草棚裡找網絡信號……五湖四海的不懈努力,隻為在線課堂流暢運行,而這背后都是同樣的念頭:“想盡一切辦法接通網絡,不能因為網絡的問題耽誤孩子們的學業。”

  “面對網絡爆炸式的高負荷,我們的網上視頻一直是高清視頻,而且還很流暢。”工信部新聞發言人、信息通信發展司司長聞庫說。

  在疫情防控中,我國互聯網流量較去年年底相比增加了50%,但流量的激增並沒有導致網絡堵塞。監測顯示,全國“停課不停學”在線教育平台下載速率平均是97.7兆,各省區市內平台下載速率平均是89.2兆,保持著良好的網速。全球范圍內,為緩解視頻需求量暴增帶來的網絡壓力,不少地區採取了降低視頻畫質的措施。如美國付費電視網絡奈飛,為優先保障用戶的網絡通暢,降低了其在相關服務區域的視頻畫質,一些流媒體視頻公司也將默認視頻清晰度從高清變成標清,以減少對網絡帶寬的流量壓力。

  “疫情防控期間數億人遠程辦公、線上上課,網絡流量暴增,我國網絡的表現非常穩定,這得益於中國網絡近年來發生的翻天覆地的變化。”聞庫說,我國擁有世界上規模最大的光纖寬帶網絡和4G網絡,正是這幾年跨越式的網絡發展,充分保障了上億學生“停課不停學”。

  版式設計:張芳曼


  《 人民日報 》( 2020年06月22日 19 版)

(責編:趙超、呂騫)