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1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文分布式虛擬環(huán)境覆層結(jié)構(gòu)與可擴(kuò)充性研究姓名：吳言華申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：許曉鳴20060901t海交通人學(xué)博}：學(xué)位論文分布式虛擬環(huán)境覆層結(jié)構(gòu)與可擴(kuò)充性研究摘要互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正在改變著人們的生活方式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更加“友好”地為人類服務(wù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)?；诨ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分布式虛擬環(huán)境技術(shù)(DVE，Distributedvirtualenvironments)為人類創(chuàng)造出一個虛擬的世界。人們可以通過計(jì)算機(jī)和互連網(wǎng)絡(luò)“透明”地參與到該“虛擬世界
2、”中，自由的進(jìn)行合作，競爭，交流，以及從事娛樂體驗(yàn)等活動。目前分布式虛擬環(huán)境的應(yīng)用主要體現(xiàn)在分布式交互仿真，協(xié)同設(shè)計(jì)，軍事協(xié)作訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)在線游戲，遠(yuǎn)程教育，遠(yuǎn)程醫(yī)療，視頻會議等方面。但是其未來的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用空間非常廣闊。分布式虛擬環(huán)境技術(shù)當(dāng)前存在的問題主要是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增大到一定程度，系統(tǒng)負(fù)載超過了系統(tǒng)的承受能力，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。通過擴(kuò)充系統(tǒng)的硬件設(shè)備可以在一定程度上解決該問題，但是該方法又會帶來系統(tǒng)硬件成本的上升和系統(tǒng)管理的復(fù)雜性。因此通過“軟”的技術(shù)手段(不增加硬件投入)來進(jìn)行大規(guī)模分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)的負(fù)載優(yōu)化
3、和可擴(kuò)充性研究具有重大的意義。本文的工作主要遵循這一思路來完成，集中在通過利用應(yīng)用層組搔(AⅢ，Applicationlayermulticast)，點(diǎn)對點(diǎn)(P2P，PeertoPeer)思想，興趣區(qū)域(AOI，Areaofinterest)等技術(shù)來設(shè)計(jì)良好的分布式虛擬環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化DVE系統(tǒng)的負(fù)載，提高DVE系統(tǒng)的規(guī)模可擴(kuò)充性，為大規(guī)模分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展提供技術(shù)探索。本文具有創(chuàng)新性的工作主要體現(xiàn)為如下部分：(1)針對分布式虛擬環(huán)境系統(tǒng)經(jīng)典的客戶／服務(wù)器(c／s，C1ient／Server)結(jié)構(gòu)中的服務(wù)
4、器性能瓶頸問題，借鑒P2P任務(wù)分布的思想，同時保持ClS結(jié)構(gòu)容易管理的特點(diǎn)，提出了基于代理服務(wù)器的服務(wù)器負(fù)載分擔(dān)方案，并據(jù)此提出了一種動態(tài)的DVE復(fù)合結(jié)構(gòu)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明，該結(jié)構(gòu)可以充分地利用客戶端的資源，在減弱中心服務(wù)器負(fù)載方面具有良好的效果。而中心服務(wù)器的存在又保留了經(jīng)典c／s結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。(2)針對DVE系統(tǒng)通信的一對多和多對多特征，進(jìn)行了應(yīng)用層組播技術(shù)在上海交通人學(xué)博I：學(xué)位論史DVE交互通信中的應(yīng)用研究。針對DVE系統(tǒng)實(shí)時性要求高的特點(diǎn)，提出了一種新的最小直徑組播樹啟發(fā)式算法，并對最小直徑組播樹算法在
5、考慮節(jié)點(diǎn)自身費(fèi)用和節(jié)點(diǎn)度限制時的性能進(jìn)行了研究。該算法與原有啟發(fā)式算法相比，在不增加運(yùn)算復(fù)雜度的
6、；i『提下，可以生成更優(yōu)化的最小直徑樹。(3)根據(jù)DVE系統(tǒng)中的對象具有AOI這一客觀特征以及系統(tǒng)客戶分組通信的特征，以優(yōu)化系統(tǒng)通信負(fù)載為目標(biāo)，研究了基于A01分組的應(yīng)用層組播技術(shù)，最終提出了基于AOI的多組播樹DVE結(jié)構(gòu)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，通過結(jié)合AOI技術(shù)與應(yīng)用層組播技術(shù)來優(yōu)化服務(wù)器負(fù)載，可以有效的提高DVE系統(tǒng)的規(guī)?？蓴U(kuò)充性。(4)為了解決多組播樹DVE結(jié)構(gòu)中根據(jù)AOI和虛擬空間位置關(guān)系分組造成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆SD
7、VE系統(tǒng)對象的動態(tài)性而頻繁變動問題，提出了以降低拓?fù)鋭討B(tài)變動為目的的動態(tài)共享網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以提高網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬τ贒VE系統(tǒng)動態(tài)性的“魯棒性”，減弱由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖儎訋淼耐ㄐ藕涂刂曝?fù)載。(5)為了驗(yàn)證理論工作的有效性，設(shè)計(jì)開發(fā)了DVE仿真工具平臺。在此平臺基礎(chǔ)上做了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，有力的支持了理論工作的研究。該平臺也為將來的研究工作提供了良好的條件。關(guān)鍵詞：分布式虛擬環(huán)境，系統(tǒng)可擴(kuò)充性，負(fù)載優(yōu)化，應(yīng)用層組播，興趣區(qū)域，點(diǎn)對點(diǎn)H上海交通大學(xué)博t學(xué)位論文THERESEARECHOFOVERLAYARCHITECTU
8、REANDSYSTEMSCALABILITYFORDISTRIBUTEDVIRTUALENVIRONMENTSABSTRACTThedevelopmentofnetwoAtechnologyisdrivingthechangeoflivesofhumankind．Anothertechnology．_、，Ii·virtualrealism，makesthecomputerinterfacemore“friendly'’forpeople．Thecombineofthetwotechnologiesproducesan
9、ewresearchfield：distributedvirtualenvironments(Networkvinualenvironments),whichbuildavirtualspaceforpeople．Itmakeitpossibleforpeoplestofre．domcooperate,compacI，interactiveea
