基于P2P的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設計中若干問題的研究.pdf

1、近年來，伴隨網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)研究和實現(xiàn)受到越來越多的關注，并被廣泛應用于各個領域。傳統(tǒng)的C/S結構下的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中心控制方式，使中心服務器成為計算和通信的瓶頸。P2P結構上建立虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以有效避免傳統(tǒng)的C/S結構中的問題。在P2P中沒有服務器這樣一個中心管理者存在，所有數(shù)據(jù)分散在系統(tǒng)中各個節(jié)點上，節(jié)點之間只能建立部分連接。基于P2P的分布式虛擬交互系統(tǒng)設計的核心研究方向就在于節(jié)點的連接和數(shù)據(jù)控制方案。

2、 安全性、一致性和實時性是大規(guī)模虛擬交互系統(tǒng)設計的基本要求。為了解決具有實時性、安全性和一致性的P2P大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中系統(tǒng)拓撲結構設計和數(shù)據(jù)控制策略的問題，我們采用以安全一致為前提，追求實時通信的整體思路，通過分析和總結已有P2P技術，來研究和探討新的設計思路，技術和方法，以解決目前在基于P2P網(wǎng)絡的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設計中所遇到的挑戰(zhàn)。本論文從以下四個方面展開工作： 1.基于P2P的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的同

3、步算法同步是保證交互系統(tǒng)安全性和一致性的基礎，文中總結已有的同步算法，并根據(jù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性，將分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的節(jié)點進行劃分，選擇部分節(jié)點對節(jié)點的事件信息進行計算，參與計算的節(jié)點采用保守同步策略，以避免少數(shù)節(jié)點的欺騙行為。系統(tǒng)中的消息發(fā)送時，對整個消息進行簽名，對消息源正確執(zhí)行消息進行監(jiān)督。引入流水線機制提高系統(tǒng)響應速度，提高了系統(tǒng)實時性。實現(xiàn)了一種可擴展的，支持系統(tǒng)一致性、安全性和實時性的同步方案。 2.基于P2P

4、的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的網(wǎng)絡拓撲結構設計文中針對P2P網(wǎng)絡中無可靠節(jié)點的情形下，分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中拓撲結構的建立，及其基礎上的資源發(fā)現(xiàn)、計算分配問題及計算的可靠性問題進行分析。在網(wǎng)絡中虛擬替身可視范圍確定的前提下，節(jié)點需要交互的數(shù)據(jù)集合也相應確定，若強行將交互組化分更小，節(jié)點獲取的數(shù)據(jù)集不能滿足用戶需求。另外，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中節(jié)點關注虛擬對象變更頻繁，導致節(jié)點高頻率變換交互組。文中提出一種基于Cell的虛擬空間分級模型，來提出根據(jù)

5、虛擬坐標為基礎的固定小區(qū)虛擬劃分方法，對網(wǎng)絡查找資源進行分級，建立類跨區(qū)域的方式，達到降低網(wǎng)絡通信頻率的效果。通過建立離散空間索引節(jié)點的拓撲結構Cell模型，達到降低網(wǎng)絡查找頻率和減少應用層路由跳轉步數(shù)的效果。并在其基礎上自組織建立交互組，合理進行計算的分配，以達到在確保安全性和實時性的前提下，降低系統(tǒng)總計算量的效果。另外，系統(tǒng)具有良好的魯棒性，系統(tǒng)中每個節(jié)點都以小區(qū)為單位進行存儲和備份，除非參與同一小區(qū)計算和關注的所有節(jié)點都失效，否則

6、必然可以進行系統(tǒng)恢復。 3.基于P2P的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的節(jié)點評估算法在確立了系統(tǒng)拓撲的情況下，節(jié)點的職能進行了劃分，由于網(wǎng)絡具有多樣性，節(jié)點的連接狀態(tài)會實時發(fā)生變化。判斷網(wǎng)絡中節(jié)點性能的信譽機制是一個解決問題的有效方法。文中提出基于信譽機制的節(jié)點評估算法，利用網(wǎng)絡同步通信過程中每輪節(jié)點接收到數(shù)據(jù)的狀態(tài)，對與其通信的交互組中的節(jié)點的可靠程度進行量化，并實時傳播，提出局部聲望的概念，并在此基礎上提出了計算節(jié)點選擇算法來調

7、節(jié)網(wǎng)絡計算和通信的分布。以根據(jù)節(jié)點狀態(tài)平衡計算通信負載，將計算任務劃分到可靠節(jié)點上，以確保系統(tǒng)的魯棒性。 4.基于P2P的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的應用層多播算法網(wǎng)絡交互符合小世界模型，會產生群聚性，在節(jié)點密度過高的地區(qū)，具有相同數(shù)據(jù)源的節(jié)點同時從同源下載數(shù)據(jù)會給用戶節(jié)點帶來負擔，節(jié)點的連接拓撲需要進行合理調整，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。獲取更新節(jié)點都是從計算節(jié)點獲取數(shù)據(jù)，當交互組增大，而計算節(jié)點集合相對小時，獲取更新節(jié)點所需要的數(shù)據(jù)