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Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten Seminar Algorithmen zur Unterstützung von Immersive Gaming Philip Mildner, 8. Oktober 2008.

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1 Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten Seminar Algorithmen zur Unterstützung von Immersive Gaming Philip Mildner, 8. Oktober 2008

2 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner2 Gliederung 1. Einleitung 2. Interessenmanagement 3. SimMud 4. Voronoi-Based Adaptive Scaleable Transfer 5. Schlussbemerkungen

3 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner3 Gliederung 1. Einleitung ● Motivation ● Verfahrensarten ● Anforderungen ● Kriterien 2. Interessenmanagement 3. SimMud 4. Voronoi-Based Adaptive Scaleable Transfer 5. Schlussbemerkungen

4 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner4 Situation ● Onlinewelten erlangen immer größere Beliebtheit ● Große Teilnehmerzahlen ● Bisherige Onlinewelten basieren auf Client- Server-Prinzip – Großer Aufwand zur Aufrechterhaltung der Server – Wenig Flexibilität

5 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner5 Ziel ● Erzeugung von hoch skalierbaren „Networked Virtual Environments“ (NVEs) ● Vernetzung aller Nutzer in einer großen Welt ● Verwendung von P2P-Netzen – Bestehende Verfahren unpassend

6 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner6 Verfahren ● Client-Server – Jede Kommunikation läuft über Server – Ggf. mehrere Parallelwelten ● Grid Client-Server – Aufteilung der Last auf mehrere Server Client-Server Modell Grid Client-Server Modell

7 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner7 Verfahren, Fortsetzung ● Multicast-Systeme – Infrastruktur muss vorhanden sein ● Hybride P2P Netze – Verwendung von Super Peers ● Voll verteilte P2P- Netze Hybrides P2P Modell Voll verteiltes P2P Modell

8 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner8 P2P-Verfahren ● Verteilung der Lasten auf Client-Rechner ● Vernetzung aller Nutzer ● Große Freiheiten ● Höhere Kosten bei der Verwaltung des Netzwerks

9 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner9 Anforderungen an P2P-Verfahren 1. Nutzer dürfen keine zentralen Ressourcen verbrauchen – Zentrale Ressourcen dürfen nicht in Skalierungsprozess eingebunden sein – Verhinderung von Ressourcenknappheit 2. Ressourcen müssen mit der Anzahl der Nutzer skalieren – Nutzer müssen selber Ressourcen beisteuern

10 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner10 Kriterien ● Konsistenz – Gleiche Darstellung des NVE bei allen Nutzern ● Ansprechbarkeit – System muss in ausreichender Zeit auf Benutzereingaben reagieren ● Sicherheit – System muss Nutzer authentifizieren – Verhinderung von Betrugsversuchen

11 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner11 Kriterien, Fortsetzung ● Persistenz – Speicherung der Nutzerdaten über Sitzungen hinweg – Daten innerhalb des NVE müssen erhalten bleiben ● Verfügbarkeit – NVE sollte ohne Unterbrechungen zur Verfügung stehen ● Skalierbarkeit – NVE sollte sich an die Zahl der Nutzer anpassen

12 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner12 Gliederung 1. Einleitung 2. Interessenmanagement ● Area of Interest ● Verfahrensarten 3. SimMud 4. Voronoi-Based Adaptive Scaleable Transfer 5. Schlussbemerkungen

13 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner13 Interessenmanagement ● Problem: Wie können Nutzer ohne Server Kontakt halten? ● Naiver Ansatz: Verbinde alle Nutzer untereinander – Kosten für Nachrichtenübermittlung: O(n²) ● Besser: Abbildung der realen Welt – Nutzer haben nur Interesse an bestimmten Bereichen – Entdeckung neuer Nutzer über Nachbarn

14 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner14 Area of Interest ● Einführung eines Area of Interest (AOI) – Beschreibt Bereich, an dem Nutzer Interesse hat – Kontakt nur zu Nutzern im AOI

15 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner15 Verfahren ● Feste Regionen – Regionen im NVE sind statisch – Nutzer verbindet sich zu einer oder mehr Regionen ● Dynamische Regionen – Regionen verändern sich mit Aktionen der Nutzer

16 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner16 Gliederung 1. Einleitung 2. Interessenmanagement 3. SimMud ● Netzwerk ● Verfahren ● Bemerkungen 4. Voronoi-Based Adaptive Scaleable Transfer 5. Schlussbemerkungen

17 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner17 Netzwerk ● Hybrides P2P-Netzwerk – Verwendung von Super Peers ● Basiert auf Pastry – Arbeitet mit verteilten Hashtabellen (DHTs) – Abbildung aller Daten auf gleichen Adressraum ● Unterstützt Multicast auf Anwendungsebene – Implementiert durch Scribe

18 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner18 Koordinatoren ● Funktionalität von Super Peers – Werden für eine Sitzung bestimmt ● Jeder Koordinator verwaltet eine Region – Dient als Einstiegspunkt für neue Nutzer ● Verwaltet Zugriffe auf Objekte der Region – Sicherheit kann gewährleistet werden

19 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner19 Verfahren ● Einteilung des NVE in Regionen fester Größe – Nutzer hat Kontakt zu allen Nutzern der selben Region – Kommunikation über Multicast-Gruppe der Region

20 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner20 Bemerkungen ● Koordinatoren sind normale Client-Rechner – Können überlastet werden ● Verfahren basiert auf DHTs – Nachrichten müssen durch Pastry geroutet werden – Anzahl der Hops für Nachrichtenübermittlung: O(log n) ● Einteilung in feste Regionen – Spiegelt AOI nicht gut wieder – Nutzer müssen sich ggf. in mehrere Regionen verbinden

21 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner21 Gliederung 1. Einleitung 2. Interessenmanagement 3. SimMud 4. Voronoi-Based Adaptive Scaleable Transfer ● Voronoidiagramme ● Verfahren ● Bemerkungen 5. Schlussbemerkungen

22 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner22 Voronoidiagramme ● Aufteilung einer Fläche in Regionen ● Jedem Punkt wird eine Region zugewiesen – Alle Punkte der Fläche, die zum Punkt am nächsten liegen ● Deterministische Zerlegung Quelle:

23 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner23 Area of Interest ● AOI ist kreisförmiger Bereich um Nutzer ● Nutzer verbindet sich zu allen Nachbarn im AOI ● Voronoidiagramme können lokal berechnet werden

24 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner24 Nachbarschaftstypen ● Direkte Nachbarn – Gemeinsame Kante ● Angrenzende Nachbarn – Region schneidet AOI- Grenze ● Normale Nachbarn – Im AOI, aber weder direkt noch angrenzend Betrachteter Knoten Direkte Nachbarn Angrenzende Nachbarn

25 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner25 Hinzufügen von Knoten 1.Nutzer N kontaktiert Server und erhält ID 2.N wird zu Nachbar- knoten M geroutet 3.M schickt N Nachbar- tabelle 4.Knoten bauen Voronoidiagramme neu auf Server Pfad zur ID Nachbarknoten Neuer Knoten Veränderte Regionen

26 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner26 Bewegungen 1.Nutzer B sendet Ziel- koordinaten an Nachbarn 2.Angrenzende Nachbarn überprüfen auf neue Knoten 3.Aktualisierung der Voronoidiagramme 4.B verbindet zu neuen Knoten Betrachteter Knoten Nachbarn Neuer Nachbar

27 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner27 Entfernen von Knoten 1.Nutzer V sendet direkte Nachbar- tabelle an Nachbarn 2.Mit Tabelle können neue angrenzende Nachbarn gefunden werden Betrachteter Knoten Nachbarn Nachbar, der Verbindung trennt Neuer angrenzender Nachbar

28 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner28 Bemerkungen ● Verfahren benutzt dynamische Regionen – Gute Repräsentation des Interessenmanagements – Zusammenhängendes NVE – Probleme bei zu kleinen Regionen ● Kosten – Anzahl Hops für Nachrichtenübermittlung: O(1) – Berechnung der Voronoidiagramme: O(n log n)

29 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner29 Gliederung 1. Einleitung 2. Interessenmanagement 3. SimMud 4. Voronoi-Based Adaptive Scaleable Transfer 5. Schlussbemerkungen

30 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner30 Schlussbemerkungen ● Verfahren zeigen gute Ansätze zur Erstellung hoch skalierbarer NVEs – Nutzung von P2P-Netzen und Interessenmanagement ● Gezeigte Verfahren haben verschiedene Schwächen – SimMud: Kosten für Nachrichtenübermittlung – VAST: Ansammlung von Nutzern auf engem Raum

31 8. Oktober 2008Erzeugung von hoch skalierbaren virtuellen Welten - Philip Mildner31 Fragen?


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