基于P2P的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中若干問題的研究.pdf

1、近年來，伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究和實(shí)現(xiàn)受到越來越多的關(guān)注，并被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)下的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中心控制方式，使中心服務(wù)器成為計(jì)算和通信的瓶頸。P2P結(jié)構(gòu)上建立虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以有效避免傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)中的問題。在P2P中沒有服務(wù)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(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)之間只能建立部分連接?；赑2P的分布式虛擬交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心研究方向就在于節(jié)點(diǎn)的連接和數(shù)據(jù)控制方案。

2、 安全性、一致性和實(shí)時性是大規(guī)模虛擬交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。為了解決具有實(shí)時性、安全性和一致性的P2P大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)中系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)時通信的整體思路，通過分析和總結(jié)已有P2P技術(shù)，來研究和探討新的設(shè)計(jì)思路，技術(shù)和方法，以解決目前在基于P2P網(wǎng)絡(luò)的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(chǔ)，文中總結(jié)已有的同步算法，并根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性，將分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行劃分，選擇部分節(jié)點(diǎn)對節(jié)點(diǎn)的事件信息進(jìn)行計(jì)算，參與計(jì)算的節(jié)點(diǎn)采用保守同步策略，以避免少數(shù)節(jié)點(diǎn)的欺騙行為。系統(tǒng)中的消息發(fā)送時，對整個消息進(jìn)行簽名，對消息源正確執(zhí)行消息進(jìn)行監(jiān)督。引入流水線機(jī)制提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)實(shí)時性。實(shí)現(xiàn)了一種可擴(kuò)展的，支持系統(tǒng)一致性、安全性和實(shí)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(shí)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文中針對P2P網(wǎng)絡(luò)中無可靠節(jié)點(diǎn)的情形下，分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立，及其基礎(chǔ)上的資源發(fā)現(xiàn)、計(jì)算分配問題及計(jì)算的可靠性問題進(jìn)行分析。在網(wǎng)絡(luò)中虛擬替身可視范圍確定的前提下，節(jié)點(diǎn)需要交互的數(shù)據(jù)集合也相應(yīng)確定，若強(qiáng)行將交互組化分更小，節(jié)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)集不能滿足用戶需求。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)關(guān)注虛擬對象變更頻繁，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)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(biāo)為基礎(chǔ)的固定小區(qū)虛擬劃分方法，對網(wǎng)絡(luò)查找資源進(jìn)行分級，建立類跨區(qū)域的方式，達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)通信頻率的效果。通過建立離散空間索引節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Cell模型，達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)查找頻率和減少應(yīng)用層路由跳轉(zhuǎn)步數(shù)的效果。并在其基礎(chǔ)上自組織建立交互組，合理進(jìn)行計(jì)算的分配，以達(dá)到在確保安全性和實(shí)時性的前提下，降低系統(tǒng)總計(jì)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(diǎn)都以小區(qū)為單位進(jìn)行存儲和備份，除非參與同一小區(qū)計(jì)算和關(guān)注的所有節(jié)點(diǎn)都失效，否則

6、必然可以進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)。 3.基于P2P的大規(guī)模分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)評估算法在確立了系統(tǒng)拓?fù)涞那闆r下，節(jié)點(diǎn)的職能進(jìn)行了劃分，由于網(wǎng)絡(luò)具有多樣性，節(jié)點(diǎn)的連接狀態(tài)會實(shí)時發(fā)生變化。判斷網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)性能的信譽(yù)機(jī)制是一個解決問題的有效方法。文中提出基于信譽(yù)機(jī)制的節(jié)點(diǎn)評估算法，利用網(wǎng)絡(luò)同步通信過程中每輪節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的可靠程度進(jìn)行量化，并實(shí)時傳播，提出局部聲望的概念，并在此基礎(chǔ)上提出了計(jì)算節(jié)點(diǎn)選擇算法來調(diào)

7、節(jié)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和通信的分布。以根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)平衡計(jì)算通信負(fù)載，將計(jì)算任務(wù)劃分到可靠節(jié)點(diǎn)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(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用層多播算法網(wǎng)絡(luò)交互符合小世界模型，會產(chǎn)生群聚性，在節(jié)點(diǎn)密度過高的地區(qū)，具有相同數(shù)據(jù)源的節(jié)點(diǎn)同時從同源下載數(shù)據(jù)會給用戶節(jié)點(diǎn)帶來負(fù)擔(dān)，節(jié)點(diǎn)的連接拓?fù)湫枰M(jìn)行合理調(diào)整，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。獲取更新節(jié)點(diǎn)都是從計(jì)算節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，當(dāng)交互組增大，而計(jì)算節(jié)點(diǎn)集合相對小時，獲取更新節(jié)點(diǎn)所需要的數(shù)據(jù)