分布式大规模虚拟环境中的序一致性

【摘要】：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、工程设计以及电子商务等方面得到了广泛的应用。时序一致性问题是分布式虚拟环境中的本质和核心问题,为避免由网络延迟导致的消息序错乱以及时序关系混乱等不一致现象,分布式虚拟环境系统需要通过时序一致性控制方法对系统各节点的一致性进行维护。然而,伴随着分布式虚拟环境应用深度与广度的不断增加,系统的规模越来越大,现有一致性控制方法在维护系统一致性的同时,常常会影响系统整体的功能性,从而限制了分布式虚拟环境系统的进一步发展。因此,本文针对分布式虚拟环境系统的大规模化、高实时性以及延迟不确定性等关键特性,重点研究了在多种应用场景下对系统整体功能性起关键作用的一致性控制和优化方法,完成的主要工作和取得的创新成果包括: (1)针对大规模分布式虚拟环境中时序一致性维护与系统响应能力之间的矛盾,提出了一种基于回拨时钟的异步时钟一致性控制方法,在保证系统绝对时序一致的基础上,有效提高了系统的响应能力。该方法的基本思想是:采用相对时间轴的分布式时间推进方法,放松各节点间的时钟同步约束关系,突破了异步时钟条件下维护系统绝对时序一致的关键技术,在局部网络延迟信息感知条件下攻克了逐步迭代优化系统响应能力的技术难点,达到了在保证系统一致性功能需求的基础上,有效改善系统性能的目的。 (2)针对分布式大规模虚拟环境中异类实体的多级响应能力问题,提出了面向合作型虚拟环境系统的基于最差响应能力满意度的一致性控制方法和面向竞争型虚拟环境系统的基于系统整体可用性和公平性的一致性控制方法,在保证系统绝对时序一致的基础上,实现了对多级响应能力需求的有效支持。该方法的基本思想是:通过对系统中实体多级响应能力需求满意度的目标规划,采用分布式满意度请求与响应的技术方法,对多级响应能力需求节点的一致性和功能性进行了整体优化;面向多级响应能力的公平性维护,兼顾系统可用性和响应能力公平性进行一致性控制,实现了对多级响应能力需求DVE系统功能性的有效维护。 (3)针对分布式大规模虚拟环境中连续模型实体状态一致性控制下的交互效率问题,提出了一种基于延迟拟合的间距一致性控制方法,在维护连续模型实体状 态一致性的基础上,有效改善了系统的交互效率。该方法的技术途径是:通过接收节点定序的方式,解除了传统方法中由发送节点进行定序所产生的接收节点间的强制约关系,采用本地事件和异地事件统一延迟的策略,维护了事件处理的时序一致和间距一致;在此基础上,为保证延迟拟合方法的有效性,本文采用了一种基于二叉搜索树的延迟拟合值更新及维护方法,有效解决了延迟拟合过程中拟合效率和拟合准确性之间的矛盾,提高了大规模连续模型实体DVE系统的交互能力。 (4)针对多服务器结构下客户端与服务器匹配问题对分布式虚拟环境系统节点状态一致性的影响,提出了面向客户端低动态性的等负载切割的最优匹配方法和面向客户端高动态性的非规则切割的分布式匹配方法,改善了多服务器结构下DVE系统的整体性能。其主要思想是:通过兼顾匹配过程负载均衡性、物理世界完整性以及虚拟世界完整性,采用等负载切割的方法,突破在多项式时间内获得最优匹配结果的技术难点,有效地提高了匹配结果的质量;通过基于维诺区融合的非规则切割方法,攻克多服务器结构下客户端动态性捕获的技术难题,减少了客户端在服务器端的迁移次数,有效地改善了多服务器结构下分布式虚拟环境系统的一致性和功能性。