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

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

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

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

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

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

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. 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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:

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

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

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

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

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

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)

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

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

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