分布式虚拟环境系统的多服务器一致性控制方法研究

Distributed Virtual Environment (DVE) has been widely used in many fields such as military simulation, multi-player online video games, distance education and electronic commerce because of its cost-efficiency, repeatability and safety. To solve the scalability problem, multi-server infrastructure systems are becoming more and more popular than single-server infrastructure systems. Consistency problem is one of the essential and key issues to affect the overall performance in multi-server infrastructure Distributed Virtual Environment Systems. The existing consistency control methods deployed in single-server DVE are unfit for the task in large-scale and multi-server infrastructure scenarios. The inherent inadequacy of these methods will cause many kinds of inconsistency phenomena such as the incorrect message order, divergence, causality violation and intention violation which harms the sence of reality, responsiveness and correctness of DVE systems. In this project, to tackle this problem in multi-server infrastructure and internet-based environment, we start our research work from the mapping problem for minimizing communication delay between client nodes, and carry out our theory and technology research in multi-layer time stamp consistency control method, different responsiveness requirements, fairness model and consistency quantitative index. We try to develop new technologies in dynamic dividing strategy, call-back clock method, interval consistency control method, fairness control method, and make important progress in the studies of theory model and algorithm technology aspects.

分布式虚拟环境系统由于其低成本，可重复，以及安全性等特点，已在军事仿真、网络娱乐、远程教育以及电子商务等方面得到了广泛的应用。采用分布式服务器结构是分布式虚拟环境系统解决可扩展性问题的有效手段。在多服务器结构下，系统的一致性问题成为了影响系统功能的本质和核心问题。当前的以单服务器结构为目标的一致性控制方法应用于大规模、多服务器环境时，其技术固有的缺陷会导致消息序错乱、因果关系颠倒、表征出现矛盾、结果违背期望等一系列时空不一致现象频繁发生，成为影响分布式虚拟环境真实感、响应度和正确性的关键问题。本项目面向多服务器结构的广域网环境，从影响节点间通信延迟的匹配问题出发，在层次式时序一致性控制方法、多级响应度需求与公平性模型以及虚拟环境系统的一致性特征量化指标等问题开展理论和技术研究，在动态划分策略、时钟回拨、延迟拟合以及公平性控制等新的技术点上寻找突破点，在理论模型和算法技术上取得较大进展。

多服务器结构下分布式虚拟环境系统的一致性问题是影响系统功能的本质和核心问题。在本项目中，我们针对多服务器结构下分布式虚拟环境系统的匹配过程、一致性控制、公平性控制以及一致性度量方法等问题展开研究。项目按计划完成了研究目标，主要取得以下成果：（1）提出一种可以保持服务器维护区域连通性的动态匹配方法，根据虚拟世界各区块间的拓扑关系制定迁移策略，降低了客户端在多服务器间迁移的概率，维护了虚拟世界的完整性；（2）提出一种基于迁移综合因子的区块迁移策略，通过综合考虑负载平衡、通信延迟以及迁移率要素，在保证延迟满意度的前提下减少了客户端迁移引入的通信开销；（3）提出一种多服务器间的高效负载均衡策略，利用各区域间的边界关系和几何特性进行性能优化，提高了系统的运行效率。此外，还提出一种面向六边形区块的高效匹配方法，对基于这一类切割方式的虚拟环境系统的运行效率进行优化；（4）提出一种基于回拨时钟的异步一致性控制方法，在运行期对系统的时间资源进行重新调配，降低了系统的整体不一致度。此外，针对具有多类实体的系统，提出一种面向多级响应能力需求的一致性控制方法，根据不同类型实体的差异化需求进行优化，进一步提高了系统的可用性；（5）提出一种用于满足响应能力需求的间距一致性控制方法，通过构造均衡一致性约束计算优化目标，在满足节点响应能力需求的基础上达到系统各性能目标的优化平衡；（6）提出分布式虚拟环境系统的不一致度模型和公平性模型，并针对上述模型设计了公平性调节算法及一致性优化方法，有效改进了系统的公平性和整体性能；（7）提出一种基于相关因果关系的时序一致性控制方法，在传统时序一致性控制方法中引入事件相关性的检测机制，在较小的开销下大幅降低因果违背情况发生的概率，提高了虚拟环境系统的可用性。项目共发表论文9篇，其中期刊论文1篇，国际会议论文8篇，均进入EI检索，申请国家发明专利2项。