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分布式大规模虚拟环境消息序一致性时间管理技术研究

周航军  
【摘要】:分布式虚拟环境是研究多用户进行分布交互、信息共享和仿真的网络计算环境,它通过分布在各地的计算结点与虚拟环境进行交互,共享虚拟环境的局部或全局数据信息,协同完成分布到多计算结点上的任务,给用户提供一种整体的、真实的、可沉浸的虚拟空间。时间管理技术是分布式虚拟环境的基础性关键技术,对于维护分布式仿真中一致的消息处理顺序和保证仿真逻辑的合理性具有重要意义。针对时间管理技术基本原理和关键算法的研究是分布式虚拟环境领域公认的重点和难点,目前正面临着广域网、大规模、高交互等时空复杂性挑战。本文针对时间管理技术一致性、实时性、可扩展性等问题,面向消息因果序、完全序一致性开展理论与方法研究,支持分布式大规模虚拟环境下的时间管理与维护。 针对绝对时钟下因果序一致性的实时维护问题,本文提出了基于生命周期约束的动态控制方法LRTCO。该方法的基本思想是:首先分析得到网络传输延迟的动态性是事件不能及时传到、发生因果关系颠倒的基本原因,再通过预测事件消息的网络传输时间区间动态选取因果一致性控制信息,适应网络延迟变化,来有效解决已到达的因果事件难以在生命周期内实时、正确传递因果关系的技术难题。模拟评估与分析表明,该方法控制信息传输量与系统规模无关,可扩展性良好,能够分布、实时、有效地维护广域网条件下分布式大规模虚拟环境的因果消息序一致性。 针对独立时钟下因果序一致性的实时维护问题,本文提出了独立时钟下的实时因果序时间管理方法ADCO。该方法的基本思想是:基于先发后收的物理常识来确定不同结点上时间值的比较原则,突破事件时间值比较的关键技术;通过动态、适当地选择因果控制信息内容,确保任一结果事件可以在已传到事件中计算出当前最小原因事件,避免因果违背现象发生;根据网络状况动态调节控制信息量,既能够在事件生命周期内维护因果关系,又不占用过多的网络资源,满足实时性要求。分析与评估结果表明,该方法能够通过有限的因果控制信息,在异步时钟条件下实时维护带生命周期限制的因果消息序一致性。 针对绝对时钟下完全序一致性维护问题,本文提出了面向广播和多播两种不同运行场景的完全序一致性分布式控制方法。该方法的基本思想是:通过问题分析确定引起完全序不一致现象的基本原因,利用已处理事件与未处理事件的全局推进向量,推导出各结点的事件可处理时刻,使不同事件能够按产生顺序被有效执行,从而在各结点保持一致的事件处理先后关系。评估与分析表明,该控制方法能够用较低的系统开销减少完全序不一致现象,达到完全序一致性时间管理的要求。 针对独立时钟下完全序一致性维护问题,本文提出了一种独立时钟下的完全序一致性分布式控制方法。该方法的基本思想是:基于消息先发后收的原则,区分独立时钟值比较后可能出现的事件先后关系,通过定义“独立时钟间隔差”,进一步判断事件推进的先后顺序,从而维护完全消息序一致性。模拟评估结果表明,该方法在独立时钟环境下能有效提高完全序的一致性控制度,具有良好的可扩展性和应用性。 针对一致性方法的测试与验证,本文在局域网环境下研究建立了一个面向分布式大规模虚拟环境的消息序一致性时间管理模拟验证平台。其整体架构分为数据采集和数据生成两部分,包含底层支撑环境、广域网延迟模拟器、一致性方法控制模块、应用行为层、视觉表现输出、结点监控模块、数据回收统计等模块。在平台上,研究人员既可以测试、分析新的一致性设计方法,还可以通过应用实例对新方法进行验证,达到不断改进、不断创新的目的。


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