大规模分布式虚拟环境的时空一致性

论文摘要

时空一致性是分布式虚拟环境的基本需求之一。随着分布式虚拟环境应用深度与广度的增加,分布式虚拟环境的规模越来越大,表现的细致程度越来越高,分布式虚拟环境中的时空不一致问题更加突出。研究大规模分布式虚拟环境的时空一致性需求、提出高效的时空一致性控制方法成为当前的迫切任务。本论文结合大规模分布式虚拟环境对时空一致性的需求,在分析分布式虚拟环境时空不一致的原因和影响、综述其技术发展状况、探讨时空一致性概念基础上,重点研究时空一致性模型,实体效能模型,时空一致性控制方法及相关技术,基于HLA/RTI的时空一致性控制原型系统的设计实现技术。完成的主要工作和取得的创新成果如下:（1）深入研究分布式虚拟环境的时空一致性模型理论。提出分布式虚拟环境的实体状态计算模型和时空因果顺序一致性模型,实体状态计算模型准确描述了仿真过程中事件与实体状态之间的因果关系,时空因果顺序一致性模型反映了分布式虚拟环境对时空一致性的主要需求,建立了量化时空因果顺序一致性的计算方法,为研究时空因果顺序一致性控制方法提供理论模型依据。（2）针对已有效能模型用单一数值刻画实体效能,不能为时空一致性控制提供足够的自适应控制信息的不足,提出了一种基于模糊描述逻辑REL-UF的实体效能模型。该模型建立了多角度刻画实体效能的机制,针对自适应控制的信息需求,定义实体对实体类别的隶属度,实体对对实体关系的隶属度,满足了时空一致性控制对自适应控制信息的需求。实验表明,与已有的实体效能模型相比,利用该模型提供的信息,可以对时空一致性进行更好的自适应控制。（3）深入研究了分布式虚拟环境时空一致性自适应控制方法。以实现时空因果顺序一致性为目标,提出了根据实体效能选择控制模式或调整控制参数的、时空一致性自适应控制方法UDCM（Utility Driven Consistency Method）,增强了时空因果顺序一致性控制的自适应能力。UDCM内组装了多种改进的或自主提出的基于实体效能的时空一致性控制模式:●提出基于事件预测的组同步控制模式。针对完全同步控制方法对系统实时性影响大,不能用于大规模分布式虚拟环境的缺点,提出根据实体效能的变化在仿真过程中动态建立或者取消时间推进同步组,将同步限制在部分实体之间和部分仿真时间内,在提高时空一致性的同时满足系统实时性要求。●改进本地滞后控制模式。提出基于实体效能的本地滞后时间计算方法,根据当前的实体效能和网络延迟情况对实体操作赋予不同的本地滞后时间。实验表明,与已有的本地滞后时间计算方法相比,该方法在保证同样的时空一致性的同时,可以明显提高系统的响应速度。●设计基于期望值的实体迁移控制模式。在已有方法基础上,采用实体间的距离、类别作为迁移判定的计算依据,设计了基于优先级的实体状态更新方法,减少了无用迁移,加快了实体迁移进程。●改进时间扭曲控制模式。针对已有方法存储和计算资源消耗过大的缺点,提出以实体当前效能和历史效能作为是否存储实体状态信息的依据,对影响仿真正确性的可能性较小的实体状态信息不予记录,节省了存储和计算资源。（4）数据相关过滤可以有效的减少网路数据流量,改善时空一致性,区域相交判定方法是数据相关过滤技术的重要研究内容。现有的均匀网格法的判定精度较低,要提高判定精度,就需要缩小网格的格子尺寸,这样会极大的影响判定速度。针对这一问题,提出基于多层次网格的区域相交判定方法。该方法采用三个具有不同格子尺寸的均匀网格来刻画定购或发布区域的空间位置,对区域的中心地带采用较大尺寸的格子,对边缘地带采用较小尺寸的格子,刻画区域所用的格子较少。实验表明,与均匀网格法相比,该方法在保证同样数据过滤精度的同时,较大的提高了处理速度。给出该方法在分布式RTI中的实现方法。在以上研究成果的基础上,设计实现基于HLA/RTI的时空一致性控制原型系统C-Controller。设计实现基于HLA/RTI的C-Controller的测试系统,可以测试C-Controller对大规模分布式虚拟环境的时空一致性控制效果。实验结果表明,C-Controller可以很好的保证大规模分布式虚拟环境的时空因果顺序一致度。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 分布式虚拟环境概述
• 1.1.1 产生与发展
• 1.1.2 典型的体系结构与网络通信机制
• 1.1.3 典型的应用领域与系统
• 1.2 分布式虚拟环境中的时空一致性问题
• 1.3 时空一致性的研究现状
• 1.3.1 时空一致性定义
• 1.3.2 时空一致性模型
• 1.3.3 时空一致性控制及相关技术
• 1.3.4 大规模分布式虚拟环境支撑平台对时空一致性控制的支持
• 1.4 论文的研究内容与主要贡献
• 1.5 论文结构
• 第二章 分布式虚拟环境的时空一致性模型
• 2.1 时空一致性定义
• 2.2 时空一致性概念模型
• 2.3 时空因果顺序一致性模型
• 2.3.1 实体状态的计算模型
• 2.3.2 时空因果关系
• 2.3.3 时空因果顺序一致性
• 2.3.4 时空因果顺序一致度
• 2.4 小结
• 第三章 实体效能模型
• 3.1 概述
• 3.2 描述逻辑KRIS
• 3.3 模糊描述逻辑REL-UF
• 3.4 基于REL-UF的实体效能模型
• 3.5 应用实验及结果
• 3.6 小结
• 第四章 自适应的时空一致性控制方法UDCM
• 4.1 UDCM的原理及逻辑结构
• 4.2 状态一致性维护技术
• 4.3 本地滞后方法研究
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 改进思路
• 4.3.3 网络状态计算
• 4.3.4 滞后时间计算
• 4.3.5 实验及结果
• 4.4 实体迁移技术研究
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 迁移判定
• 4.4.3 迁移实施
• 4.5 基于事件预测的组同步控制
• 4.5.1 自发事件预测
• 4.5.2 同步组划分
• 4.5.3 同步控制算法
• 4.6 时间扭曲机制研究
• 4.7 小结
• 第五章 基于HLA/RTI的UOCM原型系统C-Controller
• 5.1 系统结构
• 5.2 基于HLA/RTI的实现方法
• 5.2.1 RTI接口的封装与扩展方法
• 5.2.2 基于C一Controller的仿真盟员开发过程
• 5.3 原型测试及结果
• 5.3.1 测试实验的体系结构
• 5.3.2 测试实验的虚拟场景设计
• 5.3.3 测试结果
• 5.4 小结
• 第六章 基于多层次网格的相关过滤方法
• 6.1 相关过滤概述
• 6.2 基于多层次网格的相关过滤
• 6.2.1 多层次网格的构建与相交判定
• 6.2.2 基于多层次网格的相关过滤在数据分发管理中的应用
• 6.3 实验与性能分析
• 6.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果