MSDVE_一个支持动态区域调整的分布式虚拟现实系统

系统 采用 了多服务器结构 年研究开 发 的
贝
只对区
,
'系统中
】
,
域进行 了静态 的划分 很 大程度上降低 了系 统的扩 展 性
国 家 高技 术研 究发展 计 划 计 划 课题 资助 北 京航 空航天 大学研 究生 创新 实践 基金项 目资助 从 一 作 者简介 许林 男 浙江上 虎人 硕士 研 究生 主 要研 究方 一 向为分布式虚 拟现 实 钳可 男 山西太 原人 博 士 研 究 生 主 要 研 究 方向为分 布式 成拟现实 桑 娜 男 山 西 临汾 人 博士 副 教授 主 要研 究方 向为虚拟现 实与可 视 化
区 域 服 务器 的具 体 处 理 流 程如 图
发 仿客户端程序 以快速构建系统
动 态 区城调 整 算法
有 效 解 决 负载 平 衡 问题 是 提 高 系 统 负载 能 力 的关 键
.
动态 区 域 调 整为服 务 器 间的负载平衡提供 了一 种有
.
效的 实现机制
实现 了这 种机制 其 采用 了一 种
常 三 部分
系跳仿宾
.
的 区 域来维持服 务 器 之 间的负载平 衡 的 区 域 划分 整 负载 时 的
, ,
由于 进 行 了 动 态
,
法 平 衡 系统 负载
一 致性
.
,
且 中 心 结 点 便 于 维 护 系 统 全 局 状态 的
,
使 系 统 提 高 了扩展性 和 负载 能 力
,
但 在调 会对系
,
, ,
本 文 采用 了 目前流 行 的
多服务 器 结 构
系统
并对 使 用 此 结 构 所 产 生 的 负载 平 衡 问题 进 行 了研 究 与 实现
的 框 架模 型
文 中首先给 出 了一个 支持 动 态 区 域调 整 的多服 务
在此基 础 上 介 绍 并 实现 了 一 个基 于 生成 树 的动 态 区 城调 整 算法 提 高 了 系统 的 负载 能力
通 过 实验 分 析 关性 祠
,
验证 了
系统 的可 行 性 和 动 态 区 城调 整 算法 的有 效性
分 布式虚 拟 环 境
负载平 衡
区 域 划分
生 成树
中国分类号 仆
柱
而
口
加
一
众
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口
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,
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,
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一
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,
一
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, ,
毗
而
,
一
硕
,
'
别
引言
分布 式虚拟 环 境 简称
网络联 结起来
, , ,
,
荃 金项 目
同 时 由于 没 有考虑 负载平衡 问题 也影响 了系统 的 负载能
力 在新加坡 国立大学研 究 开 发的 域是根据用户密 度 进行划分 的 进 行 管理
, ,
月 池
系统中 区
,
,
,
,
,
每个 区 域 由一 台服 务器
,
,
,
,
,
并 可 通过 一 台主控服 务器 改变各 服 务 器 管 理
,
,
集合 中其他 区 域服 务 器 为 一 一 乓 一
,
实验 环 境 设 置 如 下
.
台相 同配
置 的计算机 从 中选 取 最优
.
内存
,
对所有有 效 服务 器 集进 行 比较
服 务 器 集作为最后进 行区域 调 整 的 最优 服 务 器 集
.
最优
功 能测 试
实验 中对 确性 测 试
.
服 务 器 集 是 所含 服 务器数最 少的集 合 中 区 域 调 整 效果 最 好 的服 务器集 如果在最优服 务 器 集 合 中除 了根 结点 即调 用 算 法 的
开 发的过程 中 只 需调用
,
.
所提供 的接 口 即 可 完成
以
,
,
通过测试 客户端 当 前 的状态计 算 出需要
,
各种与 网 络相关的处理 通过使用
量 网 络 处 理 的细 节
,
可 以屏蔽 了大
被动迁移 的用 户
并通 过 无 缝迁移 控 制模块发 出迁移 消 所示
.
减 小 了出 错 的 几 率
.
便 于 高效地 开
,
会判 断其是 否 到达 了区 域 的边 界
是否 需要调用无
,
Fra Baidu bibliotek
算 法具体描述 将在 下 文给 出 在通过动态 区域调 整 得
缝迁移算法 对 将 要 可 能发 生 迁 移 进 行 必 要 的预 处理
以
立 系 自忆仿宾执术 及 共矛 用 萦
'
移
实现用户透 明的跨 区 域移动
的分 区 消 息时 息
.
.
在 收到来 自于 监 控 服 务器
,
,
, ,
客户端 交互 消 息
迁 移 消息 息
告知 发 生 的事件及 相 关信 息
,
如开火
, , ,
,
告 知 客户端迁 移 的 目标服 务器 器 转 发 客 户 端产 生 的消息
,
转发消息
监控服 务器 负责 区 域服务器和客 户 端 的注 册和注销
,
.
到新 的分 区 状态 后 器
,
,
监 控服务 器 将其发布给相关 区 域服 务
区域服 务器注 册胜 销消 息 区城服 务器 状态消息
系统 消息 定义
消 息含 义
消 息流 向
一
注 册 或注 销 区域服务器 告 知 区域 服 务器 的负载状 态
告知 动态 区域 调 整 后的 分 区 情 况 注册或注 销 客 户端 端 告知 客户端 的位 里 及相 关信 息
息 分区 消息 客 户端 注册 注 销 消 息 客户 端状态消息 息
区 域 服 务 器 以外 还 存 在有其他过载 的 区 域服 务 器
,
的三 个 重 要 模 块进 行 了功 能 的 正 首 先 启 动 监 控 服 务器
,
测试 过 程 为
.
,
注册区
域服 务 器 获 取
和 负 责 管 理 的 区 域 范 围 加 入 客 户 端并 测试 结果如 图 所示
虚拟环 境 通 常被划分 为 多个 区 域
,
,
每个 区 域 由
一 台服 务 器 进行 管 理
从 而 实现对 多台 服 务器 的组 织
行 交 互 和协 作
,
如何 提高
.
同时这 种 结构也 可 以避免单点失效 问题 目前 大部 分 尔 实验室在
,
系统 的扩展 性 和 负 载 能力 一 直 是研 究关 注 的热 点 问题
,
.
一 定程度 上 实现 了
区 域服 务 器 和
客户端 网 络 开 发
但 由于 其负 载平 衡 仅在相邻 服 系统其 不 能很 好 地缓
,
工 具包
务器 间进行 对 于规 模 较 大 的
解 负 载 失衡 的状态 在扩展性
,
虽然 目前 已 有 一 些 成型 的系统 系统 的扩展性 和 负 载能力
, ,
但
同时在 系统运行过程 中监控 区 域服 务器 的状态 并适时进
区域服务器 将 协 同客 户 端完成用 户 的透 明迁移 监控 所示
,
行 区域服 务器 之间 的负载平衡 监 控服 务 器 在接收到来 自
区 域 服 务器的状 态消息后
,
服务器 的具体处理流程如图
判断 当前系统 中是 否 存 在过载
.
区 域 服 务 器 负责管 理 虚拟环 境 中一 个连 续 区域
虽 然 中心 结 点 存在 单 点 失效 问题
,
但 由于 其 负
其粒度 过大
引入 了较 多计 算 开 销
.
,
载相 对 较轻 成 成
.
减 小 了 问题 出 现 的可 能
,
,
而且 功 能 的 分离
统 的 实 时交 互 产 生 较大 的影 响
,厄
香 港城 市大学研 究 开 发
,
提 高 了 系统 的稳 定性 和 灵 活 性 所示 为
生成 树 中 每个 结点的子结点为与其 所
管 理的 区 域存在相邻关系 的 区 域服 务器 所 组 成 的
同
,
在 系 统 运 行 的过程 中 出现过载 的 区 域服务 器 并不 一 定相
因此 算 法 通过维护 一 张 区 域相邻表 使 生 成树 的建 立
.
更加快速
根据 图
中
,
给 出 的虚 拟世 界 的初始 区 域划 中伪
出
的区域服 务器 负载 能力 法
,
,
以调用 动态区域 调整 算 法
,
动态 区域调整
现在 该 区域 内的 客 户端所产 生 的 消 息将 由该 服 务器 进行 过 滤 和转发 时
,
算法实现 了区 域服务器 间的 负载 平衡 有 效提高 了系统的 采用 了基于 生 成 树 的动态 区 域 调 整算
.
当 区 域 服 务 器 收到来 自客 户 端 的状态 消息
务器 集
设 路 径集合
,
则 路 径 组合 的 个数为
,
一
.
从所有待选服务 器 集 中选 取 有效 服 务捻 集 效 服 务 器 集是满足 下 式 的待选 服 务 器 集
服 务器 为 艺
,
.
有
实脸结 果与 分析
木文对 的测试
.
其 中过 载 区 域
进 行 了 功能 以及 动 态 区 域 调 整 算 法
局 域 网环 境
,
由于 多服 务 器 结 构 将 整 个 系统 的 负 载 分配 到 多台服 务
场
,
器
,
使系 统提 高其 扩 展 性和 负 载 能力成 为可 能
,
.
在这 种
系统将分 散在 不 同地域 的虚拟 环 境系统通过 多个 用户在共 享 的分布 式 虚拟 环 境 中进 共 同 完成 特 定的任 务川
.
结 构下
,
客户 端 通 过注 册 加入 系统
.
,
并 向区 域 服 务 器 发送 状 客户 端 网络开发 工
在客户 端
是 算法
态 消 息和 交 互 消息 参 与仿 真
第三 步 区 域 调 整 的 处 理对象
在
.
服 务器 集选 取过程 如下
,
具包 为完成 这 系列操 作提供 了一 套 高效 的
建立 的生成 树中 将所有 以 以
,
.
基 于 生成 树 的动态 区 域 调整 算 法
,
算法 通 过 对 最 优集合
,
内的区域服 务器所 管 理 的 区 域进行特 定的 区 域 调整
而且 减少 了区 域 调 整 的次数 主 要分 为三个步骤
,
不
,
仅改进 了服务器集选取 的策略 提 高 了 负载 平 衡的效果
引入 了更 小的开 销
,
.
算法
,
.
动态 区 域 调整 算 法平 衡各 区 域服 务器之 间的 负 载
进行 高效组 装和 快 速 集成
妞 的框 架模型
多服 务器 间 的组 织 目前主要 由两种 方 式
和 集 中式
.
图
邓
系统 框架
,
全分布式
,
根据 系统运行时各模块之间交 互 的需要 消息
,
定义了
,
类
.
全分布 式不存 在 中心 结点
,
如区域
.
分状态得到 区 域相邻 表 如 图
可 以快速 建立 区 域 生 成树
图
区 域 服 务器 处 理 流程
根据 区 域相邻表就
.
过 载就 可 以根 据
.
区 域相邻表建立如 图
中
给 出 的 区 域 生 成树
监 控 服 务器 和 区域服 务器 构成 了 分
,
的主干部
服 务器选取
服 务 器 集 的选取是 本 文 算 法最 关键 的步骤
布三部 分
系 自充 沙真
,
的结点为起 点 合中
.
根 结点为终 点 的路 径加 入 到 一 个 路 径 集
动 态 调整 受影响的
的类 型
.
.
同 时在 区 域 调 整 中
,
的迁移 从路径集合 中得到所有路径 组 合 构成 的 待选服
.
,
也 可 能会使 区 域 的 相 邻 关系发 生 变化
需 要对
区 域相邻表进行更新
.
负载 能力等方面还需要进 行进 一 步 的研 究
为 了提高 大规模运行
.
需要为
系统提 供 一 种负载平衡 机 制 使 动态 区 域 调 整 的多服务器 采用 了多服 务器 结 构
了系统的负载能力
.
,
系统能够支持
基 于 这 些考虑 我们 设计 并 开 发 了 一 个支持
系统
,
在此基础 上加入 了基于 生 成 树 的 提高 由三 个 模块构成 便 于 系统
,
系 统扩 展性好
消息 的交 互 如图 所示
,
,
具体定义 见 表
,
其中
但其对 全 局 状态 一 致性 的维护 以及进行 服 务器 间的负载 平衡相对 困难
表 示监 控服务器
表 示 区 域服务器
表 示 客户端
典型 的系统有
呵 刀
.
集 中式 存 在 中心结
点
,
其通过 收集各 服 务器 的状 态 以调用 动态 区域调整 算 表 消 息类 型
月 自 民 充
火 阵 仿宾主 洲 及共月匕用 常
.
卷
一 个 支 持 动 态 区 域 调 整 的分 布 式
虚 拟 现 实 系统
许 林 谢
可
梁晓辉
,
虚 拟现 实 技术 与系统 国家 重点 实验 室 北 京航 空航 天大 学计算机 学院
北京
,
以洲
摘 共
器
如 何提 高
,
系统 的扩 展 性 和 负载 能 力 一 直是 分布式虚 拟 现 实研 究研 究 关 注 的 热 点 问 题
生 成树建立
服 务 器 集选取和 区 域
调整
.
生 成树 建立
图
生 成 树的 建 立
,
生成 树 的建 立 是 本 文动态 区 域 调 整 算 法 的基础
直
接 影 响算 法 的执行 效 率
般 结点 而 构 成 的
.
算 法 中的生成树 是 指 以过 载 区
,
域服务器所 管 理 的 区 域 为根 结点
其他 区 域 服 务器 为一 由于
监 控服 务 器
.
便 于 高效 组 装 和 快 速 集
,
也 采用 了与 上 述 系统相似 的 体系结 构 所 将 根据用户
,
采用 了 集 中式 的多服 务 器组 织 结构 的系 统 框 架 模 型
, .
如图
不 同的是 当用户处 于 多个 区 域 的交 界 处 时
由三 个模块构
的所见 范 围 由 多个 服 务器提 供 服 务 用户透 明的跨 区 域移动