分布式虛擬環(huán)境覆層結(jié)構(gòu)與可擴(kuò)充性研究.pdf

1、互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正在改變著人們的生活方式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更加“友好”地為人類(lèi)服務(wù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分布式虛擬環(huán)境技術(shù)(DVE,Distributed virtual environments)為人類(lèi)創(chuàng)造出一個(gè)虛擬的世界。人們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和互連網(wǎng)絡(luò)“透明”地參與到該“虛擬世界”中,自由的進(jìn)行合作,競(jìng)爭(zhēng),交流,以及從事娛樂(lè)體驗(yàn)等活動(dòng)。目前分布式虛擬環(huán)境的應(yīng)用主要體現(xiàn)在分布式交互仿真,協(xié)同設(shè)計(jì),軍事

2、協(xié)作訓(xùn)練,網(wǎng)絡(luò)在線游戲,遠(yuǎn)程教育,遠(yuǎn)程醫(yī)療,視頻會(huì)議等方面。但是其未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用空間非常廣闊。 分布式虛擬環(huán)境技術(shù)當(dāng)前存在的問(wèn)題主要是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增大到一定程度,系統(tǒng)負(fù)載超過(guò)了系統(tǒng)的承受能力,導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。通過(guò)擴(kuò)充系統(tǒng)的硬件設(shè)備可以在一定程度上解決該問(wèn)題,但是該方法又會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)硬件成本的上升和系統(tǒng)管理的復(fù)雜性。因此通過(guò)“軟”的技術(shù)手段(不增加硬件投入)來(lái)進(jìn)行大規(guī)模分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)的負(fù)載優(yōu)化和可擴(kuò)充性研究具有重大的意義

3、。 本文的工作主要遵循這一思路來(lái)完成,集中在通過(guò)利用應(yīng)用層組播(ALM,Application layer multicast),點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2t),Peer to Peer)思想,興趣區(qū)域(AOI, Area of interest)等技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)良好的分布式虛擬環(huán)境的體系結(jié)構(gòu),以優(yōu)化DVE系統(tǒng)的負(fù)載,提高DVE系統(tǒng)的規(guī)模可擴(kuò)充性,為大規(guī)模分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)探索。 本文具有創(chuàng)新性的工作主要體現(xiàn)為如下部分:

4、 (1)針對(duì)分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)經(jīng)典的客戶/服務(wù)器(C/S,Client/Server)結(jié)構(gòu)中的服務(wù)器性能瓶頸問(wèn)題,借鑒P2P任務(wù)分布的思想,同時(shí)保持C/S結(jié)構(gòu)容易管理的特點(diǎn),提出了基于代理服務(wù)器的服務(wù)器負(fù)載分擔(dān)方案,并據(jù)此提出了一種動(dòng)態(tài)的DVE復(fù)合結(jié)構(gòu)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明,該結(jié)構(gòu)可以充分地利用客戶端的資源,在減弱中心服務(wù)器負(fù)載方面具有良好的效果。而中心服務(wù)器的存在又保留了經(jīng)典C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 (2)針對(duì)DVE系統(tǒng)通信

5、的一對(duì)多和多對(duì)多特征,進(jìn)行了應(yīng)用層組播技術(shù)在DVE交互通信中的應(yīng)用研究。針對(duì)DVE系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn),提出了一種新的最小直徑組播樹(shù)啟發(fā)式算法,并對(duì)最小直徑組播樹(shù)算法在考慮節(jié)點(diǎn)自身費(fèi)用和節(jié)點(diǎn)度限制時(shí)的性能進(jìn)行了研究。該算法與原有啟發(fā)式算法相比,在不增加運(yùn)算復(fù)雜度的前提下,可以生成更優(yōu)化的最小直徑樹(shù)。 (3)根據(jù)DVE系統(tǒng)中的對(duì)象具有AOI這一客觀特征以及系統(tǒng)客戶分組通信的特征,以優(yōu)化系統(tǒng)通信負(fù)載為目標(biāo),研究了基于AOI分組的應(yīng)

6、用層組播技術(shù),最終提出了基于AOI的多組播樹(shù)DVE結(jié)構(gòu)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明,通過(guò)結(jié)合AOI技術(shù)與應(yīng)用層組播技術(shù)來(lái)優(yōu)化服務(wù)器負(fù)載,可以有效的提高:DVE系統(tǒng)的規(guī)模可擴(kuò)充性。 (4)為了解決多組播樹(shù)DVE結(jié)構(gòu)中根據(jù)AOI和虛擬空間位置關(guān)系分組造成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆SDVE系統(tǒng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性而頻繁變動(dòng)問(wèn)題,提出了以降低拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變動(dòng)為目的的動(dòng)態(tài)共享網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以提高網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬?duì)于DVE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性的“魯棒性”,減弱由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖儎?dòng)帶來(lái)的