1 Environnements virtuels distribués A. Branzan-Albu et D. Laurendeau Dép. de génie électrique...

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Environnements virtuels distribués

A. Branzan-Albu et D. Laurendeau

Dép. de génie électriqueet de génie informatique

Université Laval

2

Introduction

Définition, caractéristiques et défis posés aux

environnements virtuels répartis

A. Branzan-Albu & D. Laurendeau GIF-66800 3

Qu’est-ce qu’un EV distribué? C’est un environnement virtuel:

Où plusieurs utilisateursplusieurs utilisateurs peuvent interagirinteragir en temps réeltemps réel même si ces utilisateurs sont situés à des lieux physiques lieux physiques différentsdifférents

Qui permet aux utilisateurs de percevoirpercevoir les informations visuellesvisuelles en trois trois dimensionsdimensions

Qui permet aux utilisateurs de percevoirpercevoir les informations sonoressonores en stéréostéréo


Caractéristiques recherchées Un EV distribué devrait offrir aux utilisateurs:

Un sens de partagepartage de l’espace virtuell’espace virtuel (« shared sense of space ») i.e. un participant a l’impression d’être dans le même lieux physique que les autres

Un sens de présenceprésence: un utilisateur occupe l’environnement virtuel grâce à un avatar et a conscience de la présence des autres utilisateurs grâce à leurs avatars

Un sens de partagepartage du temps: un utilisateur devrait percevoir les événements survenant dans l’EV en même temps que les autres

Un ou des moyens de communicationmoyens de communication par exemple via des interfaces haptiques, visuelles ou graphiques

Un ou des moyens de partagerpartager et d’interagird’interagir de manière réaliste réaliste avec les objets du monde virtuel et avecavec les objets du monde virtuel et avec l’environnement lui-même


Défis posés aux EV distribués Les EV distribués

Sont soumis aux contraintes du réseaucontraintes du réseau: délais, collisions, jitter, pertes de communication, partage des ressources de bande passante;

Doivent assurer des performances d’affichage performances d’affichage graphique acceptablesgraphique acceptables afin que l’évolution du monde virtuel soit réaliste et perceptuellement correcte

Doivent assurer un niveau acceptable d’interactivitéd’interactivité en temps réel (input en temps réel des utilisateurs pour modifier le monde, etc.)


Défis posés aux EV distribués (2)

Les EV distribués Doivent intégrer des bases de donnéesbases de données sur

les propriétés du monde et de ses composantes

Doivent éventuellement permettre d’identifier les participantsd’identifier les participants (« user authentification »)

Doivent permettre de stockerstocker l’évolution du monde à un moment donné afin de le réactiverréactiver plus tard.



Les EV distribués Doivent tenir compte des limites de bande limites de bande

passantepassante sur le réseau et du type de connexiontype de connexion des utilisateurs (haute vitesse, modem, etc.)

Doivent assurer un fonctionnement en temps temps réelréel

Single-threaded Multi-threaded Rafraîchissement graphique Interaction avec les utilisateurs Accès aux données partagées



Les EV distribués Doivent prévoir les cas de pannepanne et

d’interruptiond’interruption de fonctionnement ArrêtArrêt du système: peut causer la perte des

résultats d’une simulation FermetureFermeture du système: peut interrompre l’accès à

de nouveaux utilisateurs sans perturber les utilisateurs existants

DégradationDégradation du système: quelques composantes d’un système peuvent fonctionner de manière sous-optimale sans interrompre la simulation



Les EV distribués Doivent pouvoir être « scalésscalés » pour permettre une

croissance dans les simulations Nombre d’entités Nombre d’utilisateurs

La « scalabilité » a une complexitécomplexité qui croît de manière exponentielle avec le nombre d’entités qui peuvent interagir entre elles

entitésnb2



Les EV distribués

Doivent pouvoir être déployésdéployés et configurésconfigurés facilement, spécialement pour ceux faisant appel à l’Internet

11

Communications réseau

Notions et concepts de base


Notion de réseau Définition de réseau en EV

distribués: mediummedium pour l’échange de donnéesdonnées et d’informationd’information entre plusieurs hôteshôtes participant à une expérience expérience virtuelle partagéevirtuelle partagée


Notions fondamentales de transfert de données (1)

Latence de réseauLatence de réseau: temps requis pour transférer un bit de data d’un point à un autre

La latence a un impact direct sur: Le réalismeréalisme d’une expérience virtuelle

Les concepteurs d’EV ne peuvent rien contre la latence


Latence du réseau (2)

Origines de la latence: Limites physiquesLimites physiques de la vitesse de la

lumière dans les fibres optiques, il faut 21 ms

pour transmettre un message de l’atlantique au pacifique. Cette durée est supérieure pour les liens satellites

Délais de traitementDélais de traitement par les ordinateurs hôtes causés par le hardware et le software



Origines de la latence (2): Délais dans le réseauDélais dans le réseau lui-même

causés par l’instrumentation réseau: routeurs, commutateurs, etc.



Ordre de grandeur des délais de latence: Variable:

Ethernet (LAN): 10 ms Modem: 100 ms Ethernet (WAN)

Transcontinental: 60-150 ms Intercontinental: 250-500 ms



Bande passanteBande passante: taux avec lequel le réseau peut transférer les données entre l’ordinateur source et l’ordinateur destination

Elle est limitée par le type de substrat sur lequel les données sont transmises (câble, fibre)


Bande passante (2)

La bande passante est aussi limitée par le hardware de transmission ModemModem: 14 Kbps à 56 Kbps/s (limite

physique de la ligne téléphonique elle-même est de 64 Kbps)

EthernetEthernet: 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps Fibres optiquesFibres optiques modernes: 10 Gbps



DistinctionDistinction entre latence et bande passante: Bande passanteBande passante: nombre de bits par

seconde qui peuvent passer dans un medium (si on les regardait passer)

LatenceLatence: délai du transfert, soit le temps nécessaire au transfert d’un bit d’un point à un autre


Distinction entre latence et bande passante

Latence et bande passante décrivent un réseau, mais ne sont pas reliées: Un réseau à grande largeur de bande

peut avoir une latence faible Un réseau à faible bande passante

peut avoir une grande latence



Fiabilité du réseauFiabilité du réseau: Mesure qui donne les performances

du réseau quant à la quantitéquantité des données qui sont perduesperdues entre la source et la destination


Fiabilité du réseau (2)

2 catégories de défaillances du réseau: « droppingdropping »: les données émises par

la source n’atteignent jamaisjamais la destination parce qu’elles ont été détruites par le réseau

« corruptioncorruption »: les données se rendent de la source à la destination, mais sont inutilisablesinutilisables car elles ont été modifiées durant leur trajet



CausesCauses principalesprincipales du manque de fiabilité: Mauvaises connexionsMauvaises connexions (rare): 1 bit/1010 sur les

réseaux câblés. Cette performance est plus réduite sur les réseaux sans fil.

Routeurs de réseauxRouteurs de réseaux: les erreurs sont particulièrement causées par des quantités quantités trop importantes de donnéestrop importantes de données à traiter par rapport aux ressources de calculressources de calcul disponibles. En période de pointe, les pertes peuvent être de 50%...pour être négligeables à d’autres moments.



MéthodesMéthodes utilisées pour augmenter la fiabilité du réseau: Utilisation de « checksumschecksums » transmis avec les

données et vérifiés par le destinataire. Certains systèmes possèdent aussi des codes correcteurs d’erreur.

Utilisation d’un protocoleprotocole basé sur un « accusé de réception » (acknowledgeacknowledge): si une source ne reçoit pas un accusé de réception d’une destination après un certain laps de temps, elle retransmet les données en faisant l’hypothèse qu’elles ont été perdues.



Protocoles réseauProtocoles réseau Un protocole est un ensemble de

règlesrègles que deux applications respectent pour communiquer entre elles


Protocoles réseau

Un protocole repose sur: Un format de paquetsformat de paquets de données qui

décrit à quoi les données ressemblent Une sémantique de paquetssémantique de paquets qui décrit

comment les paquets sont structurés Une politique de traitement des politique de traitement des

erreurserreurs


Protocoles réseau (2)

Il existe des milliers de protocoles réseau

Les machines utilisent souvent plusieurs protocoles pour accomplir diverses tâches

28

Communications réseau

L’architecture des socketssockets BSDBSD


Les sockets BSD L’architecture des sockets BSDsockets BSD permet

aux machines qui envoient et recoivent des paquets de données de décider à quelle applicationapplication ces paquets sont destinés

L’architecture des sockets BSD repose sur deux éléments principaux:éléments principaux: Les sockets sockets Les portsports


Les sockets BSD (2) Les applications communicant par

le réseau le font via un « socket » Un « socket » est une

représentation abstraite d’un point terminal d’un canal de communication

Les sockets peuvent représenter plusieurs types de canaux de communication


Les sockets BSD (3) Schéma type d’une communication

par sockets: L’hôte source transmet un paquet

d’information sur le socket en incluant1. Le type de protocole2. L’adresse de l’ordinateur hôte (réception)3. Le numéro de port de l’application (réception)4. L’adresse de l’ordinateur source (transmission)5. Le port de l’application d’envoi


Les sockets BSD (3) Les sockets peuvent représenter plusieurs

types de canaux de communication: Communications fiables avec destination unique Communications peu fiables avec destination unique Communications fiables avec destinations multiples Communications mémoire avec une autre application

sur la même machine Peu importe le type de canal de

communication, l’application voit une abstraction unique


Les sockets BSD (4) Un socket identifie au moins les 5

types d’information suivants sur un canal de communication:

1. Le protocole: comment le système d’exploitation gère l’échange d’information (avec acknowledge ou non, etc.)

2. L’hôte de destination de l’information: adresse de réception de l’information transmise sur ce socket


Les sockets BSD (5)3. Numéro d’identification de l’application

(ID), ou port: ce numéro identifie le port approprié sur l’hôte de destination. Pour chaque protocole, chaque port est numéroté grâce à un nombre entier codé sur 16 bits. En spécifiant le protocole et le numéro de port dans chaque paquet d’information, la source s’assure que la destination peut fournir l’information à la bonne application


Les sockets BSD (5)4. Numéro de l’ordinateur hôte: cette adresse

identifie l’ordinateur qui transmet les informations. Ce numéro est rarement utilisé sauf lorsque l’ordinateur est muni de plusieurs cartes de communication réseau

5. Numéro local de l’application (ou numéro de port): nombre de 16 bits identifiant l’application qui transmet l’information sur le socket. Avec le numéro de l’ordinateur hôte, ce numéro permet à l’hôte de destination de transmettre des paquets en réponse à l’application source.


Les ports (1) L’utilisation des ports est l’un des

fondements de la communication par sockets

Chaque application choisit un numéro de port et, en diffusant ce numéro avec l’adresse hôte, s’assure que d’autres applications peuvent s’y connecter et y transmettre des informations

Il existe 65536 ports. Les systèmes d’exploitation peuvent donc supporter plusieurs applications simultanément


Les ports (2) Deux applications qui communiquent

entre elles ne sont pas tenues d’utiliser le même numéro de port

Chaque hôte attribue les numéros de port aux applications de manière indépendante et chaque paquet contient donc à la fois le numéro de port source et ne numéro de port destination


Les ports (3) Si les numéros de port sont

arbitraires, comment une application fait-elle pour en trouver une autre afin d’établir une communication?

Par exemple, comment un fureteur peut-il savoir le numéro de port à utiliser pour parler aux serveurs WWW?


Les ports (4) Réponse:

Les numéros de port entre 1 et 1023 sont réservés pour des applications courantes connues des systèmes d’exploitation

Les numéros de port 1024 à 49151 sont enregistrés pour être utilisés par des protocoles bien connus


Les ports (5) Réponse (suite):

Par exemple, le protocole HTTP utilise le serveur 80

Le port 25 est utilisé par le protocole SMTP pour le service de courriel

Le port 1080 est utilisé pour définir un périmètre de sécurité de pare-feu

L’assignation des numéros de port est sous le contrôle de IANA (Internet Assigned Numbers Authority)


Les ports (6) Conséquences sur le design

d’applications de VR distribuée: L’application de VR doit utiliser un

numéro de port non enregistré L’usage recommande d’utiliser un

numéro de port entre 49152 et 65532

Si une application devient populaire, il est préférable de demander un numéro enregistré à l’IANA

42

Le protocole IP (Internet Protocol)

Notions de baseNotions de base


Introduction La grande majorité des ordinateurs

utilisent le protocole IP pour communiquer

IP est un protocole de bas niveau utilisé par les ordinateurs et les routeurs dans le but de transmettre des informations d’un point à un autre


Introduction (3) Le protocole IP cache aux ordinateurs le fait que le

canal de transmission puisse être hétérogène (i.e. contenir des liens téléphoniques, des liens à fibres optiques et des liens sans fil)

IP inclut des fonctionnalités pour la segmentation et le réassamblage (SAR) des paquets

L’en-tête de IP contient aussi un champ TTL (Time-To-Live) qui spécifie le nombre maximum de fois qu’un paquet peut être relayé, ce qui empêche que le même paquet soit relayé infiniment

45

Les protocoles Internet pour les EV distribués

TCP, UDP, Multicasting et TCP, UDP, Multicasting et BroadcastingBroadcasting


Le protocole TCP Transmisssion Control Protocol

(TCP) est le protocole le plus fréquemment utilisé sur Internet

TCP est implanté au-dessus de IP et en exploite les services de bas niveau, d’où l’appellation fréquemment rencontrée de TCP/IP


Le protocole TCP (2) TCP/IP donne l’impression à une

application qu’elle entretient une communication point-à-point avec une autre application


Le protocole TCP (3) Principales caractéristiques de TCP/IP:

Connexion point-à-point bi-directionnelle Utilisation de messages d’accusé de réception

(acknowledge) Retransmission des paquets perdus Sémantique de protocole de type « stream » (i.e. les

données sont ordonnées et les messages transmis sont ré-assemblés dans le bon ordre par l’hôte de réception

La connexion s’assure que le flot de transmission ne dépasse pas la capacité du réseau ni la puissance de calcul de l’unité de réception


Le protocole UDP User Datagram Protocol (UDP) est

un protocole léger pour la communication entre applications


Le protocole UDP (2) Principales caractéristiques de UDP:

Contrairement à TCP, UDP n’assure pas une connexion entre les participants d’une communication (aucune information sur l’état de la communication n’est conservé)

Transmission « best-effort » des paquets (i.e. aucun accusé de réception ni retransmission des paquets perdus. Un paquet perdu ne pourra jamais être retrouvé!)

Sémantique de protocole basée sur les paquets (les données sont transmises un paquet à la fois indépendamment des autres paquets)

UDP requiert des paquets de petite taille car s’ils sont fragmentés, il faut s’assurer que leur contenu ne sera pas perdu)


Le protocole UDP (3) UDP ou TCP?

UDP peut sembler moins utile que TCP mais:

Il est moins lourd que TCP Il demande moins de temps de traitement

qu’une communication « stream » TCP Il n’y a aucune limitation sur le nombre de

communication UDP qu’un OS peut traiter UDP est très bien adapté aux applications

réseau à grande échelle


Le protocole UDP (4) UDP ou TCP? (2)

Par ailleurs: UDP demande à chaque hôte de traiter tous les

paquets même s’ils ne lui sont pas destinés UDP peut causer des problèmes de sécurité car si

les applications ne font pas la différence entre des paquets « valides » et des paquets « malicieux », des problèmes peuvent survenir

Pour cette raison, les « firewalls » bloquent souvent les communications UDP d’atteindre certains hôtes sensibles.


Broadcasting ou multicasting? Les EV distribués comptent

générale-ment plusieurs participants répartis plusieurs machines sur le réseau

L’approche de broadcasting permet à la source de transmettre un même message à plusieurs destinations sur le réseau


Broadcasting ou multicasting? (2) Avec UDP/IP, les paquets ne sont

transmis qu’aux hôtes qui lisent les paquets sur un port spécifique

Cette approche est utile pour les petits EV distribués (sur un LAN) Un participant n’a pas à s’identifier, il

n’a qu’à intercepter les paquets sur un port désigné pour l’application ou à transmettre lui-même de l’information


Broadcasting ou multicasting? (3) En contrepartie, l’approche par

broadcasting est inefficace car tous les hôtes doivent recevoir et traiter les paquets reçus même si aucune application n’est connectée sur le port.

De plus, le broadcasting ne peut être utilisé pour les EV sur Internet (WAN)


Broadcasting ou multicasting? (4) Pour « broadcaster », un hôte n’a qu’a

générer un masque binaire qui détermine quels hôtes sur le réseau devraient recevoir le message.

Par exemple pour transmettre un message à tous les ordinateurs connectés sur le réseau local 10.25.12, l’application n’a qu’à adresser le message de broadcast à l’adresse 10.25.12.255


Broadcasting ou multicasting? (5)

Le multicasting permet de pallier aux faiblesses du broadcasting pour les EV exploitant un WAN mais peut aussi être utilisé dans le contexte des EV sur un LAN


Broadcasting ou multicasting? (6) Le multicasting utilise une stratégie

de distribution « receiver-controlled » Cette stratégie s’inspire de celle d’un

abonnement à un journal: Un message est acheminé à une liste pré-

établie de distributeurs Les distributeurs recopient le message et le

transmettent aux sous-distributeurs ou aux abonnés seulement



Les adresses 224.0.0.0 à 239.255.255.255 sont désignées comme étant des adresses « multicast ». En général les EV utilisent des adresses dans les intervalles suivants: 226.*.*.* à 231.*.*.* 233.*.*.* à 238 .*.*.*



Un transmetteur envoie un paquet à l’adresse multicast réservée à l’application

Les récepteurs préalablement enregistrés reçoivent ces paquets des distributeurs



La stratégie du multicasting est à comparer à celle du broadcasting qui s’inspire pour sa part de la distribution par courrier direct (de type publi-sac) qui est une stratégie de type « sender-controlled » (on continue à recevoir des paquets même si on ne le désire pas)


Broadcasting ou multicasting? (9) Si une application nécessite une

adresse IP multicast permanente, il faut en faire la demande à l’IANA

Si une application à plus petite échelle ne requiert pas une adresse IP multicast permanente, elle peut en choisir une au hasard, mais en écoutant d’abord le Session Announcement Protocol (SAP) pour savoir quelles adresses IP multicast sont présentement utilisées



Les messages SAP décrivent les sessions multicast actives, les messages SAP adoptent le protocole SDP (Session Description Protocol)

Alternativement, le SDR (Session DiRectory Tool peut être utilisé pour surveiller les sessions multicast actives

Après avoir choisi une adresse multicast inutilisée, l’application distribuée doit annoncer le choix de cette adresse



Conclusion: Le multicasting émerge

graduellement comme l’approche recommandée pour la construction d’EV distribués à grande échelle

Cependant, comme cette technologie est encore jeune, les routeurs ne supportent pas tous le multicast

65

Architectures de communication pour les EV distribués

Connexions logiques, Connexions logiques, connexions physiques et connexions physiques et

architectures de architectures de communicationcommunication


Quelques définitions Connexion logique: illustre le

parcours d’un message sur le chemin « logiciel »

Connexion physique: illustre les liens physiques entre les participants


Architecture client-serveur

Serveur

Client Client Client

Architecture logique


Architecture client-serveur (2)

Architecture physique

Ethernet

Serveur

Client

Client Client


Architecture client-serveur (3) Avantages

Architecture simple Les serveurs peuvent décider des

destinataires des messages Désavantages

Le serveur est un goulot d’étranglement (solution: système à plusieurs serveurs eux-mêmes responsables de gérer plusieurs clients)

Difficilement «scalables »


Architecture peer-to-peer

Architecture logique

AOIM 1 AOIM 2 AOIM n

Joueur 1 Joueur 2 Joueur n


Architecture peer-to-peer (2)

Ethernet

Serveur

Client

Client Client

Architecture physique


Architecture peer-to-peer (3) Aucun serveur Chaque participant transmet les messages aux

destinataires choisis Le broadcast peut être utilisé, mais cause un

trafic élevé Le multicast est la meilleure solution dans ce cas Un logiciel de Area-Of-Interest-Management

(AOIM) est nécessaire pour traiter les échanges EV plus « scalables », mais encore soumis aux

limitations des routeurs supportant le multicast

73

Le partage de l’état des acteurs dans un EV distribué

Serveur central, mise-à-jour Serveur central, mise-à-jour régulière, prédictionrégulière, prédiction


Introduction L’objectif principal d’un EV distribué

est de donner aux utilisateurs l’illusion qu’ils partagent le même environnement

Cet objectif peut être atteint si l’état dynamique des entités présentes dans l’environnement peut être partagé par tous les usagers


Introduction (2) Ce partage d’état dynamique pose

un problème de taille compte tenu des limitations imposées aux EV distribués par les réseaux

Cette partie du cours s’intéresse aux approches qui peuvent être adoptées pour le partage de l’état dynamique des entités dans un EV distribué


Etat dynamique partagé Qu’est-ce que l’état d’une entité

dans un EV? Position, orientation, vitesse des

entités mobiles Forces auxquelles sont soumises les

entités (gravité, frottement, etc.) Conditions météorologiques d’une

simulation


Etat dynamique partagé (2) Idéalement, l’état d’une entité dans

un EV distribué devrait être le même pour tous les utilisateurs de l’EV

Or, la latence du réseau fait en sorte qu’il y a un délai entre le moment où l’état d’une entité est tranmis et celui où l’état est accessible aux utilisateurs


Etat dynamique partagé (3) Ce problème est connu sous le nom

de « compromis cohérence-flot de données » (Consistency-Throughput Tradeoff) et s’énonce comme suit:«il est impossible de permettre un changement «il est impossible de permettre un changement fréquent de l’état dynamique d’une entité dans fréquent de l’état dynamique d’une entité dans un EV en garantissant que tous les participants un EV en garantissant que tous les participants

puissent avoir accès instantanément et puissent avoir accès instantanément et simultanément à une valeur identique de cet simultanément à une valeur identique de cet

état »état »


Démonstration du compromis

Je suis à(10,20)

Machine 1 Machine 2

t

Il est à(10,20)

OK tu es à(10,20)

t

Je suis à(15,25)


Implications du compronisCaractéristique

du systèmeCohérence

absolueTaux de

rafraichissement

Cohérence de l’EV Identique pour tous les participants

Déterminé par la capacité de recevoir les données par les machines dans l’EV

Support de données dynamique

Faible. Limitée par le protocole de cohérence

Haut. Limité seulement par la bande passante

Exigences sur l’infrastructure réseau

Faible latence, haute fiabilité, variabilité réduite au minimum

Réseau hétérogène possible

Nombre de participants Faible Potentiellement élevé


Solution au problème de partage d’état dynamique Trois approches principales sont

proposées au problème du partage de l’état dynamique des entités dans un EV distribué: Dépôts de données centraux (Central

repositories) Prédiction (Dead-Reckoning) Mise-à-jour fréquente (Frequent State

Regeneration)


Dépôts centraux de données

Dépôtcentral

EtatEntité n

Utilisateur 1 Utilisateur 1

Utilisateur 1Utilisateur 1

EtatEntité 1

2

3

n


Dépôts centraux (2) Le dépôt peut résider:

Sur le disque d’un serveur Capacité de stockage élevée Temps d’accès lent (peut être réduit si l’on utilise

un dépôt « virtuel ») En mémoire

Capacité de stockage plus réduite Temps d’accès plus rapide Possibilité de perte des données en cas de panne

du serveur


Dépôts centraux (3)

Server

changeEntity()acknowledgeChangeEntity()

State

changeState()

Host

acknowledgeChange()

11

connects to

1..n1..n

serves

Entity

lockEntity()unLockEntity()setChange()

0..n0..n

11

have a


Dépôts centraux (4)host1 : Host AServer :

ServeranEntity :

EntityentityState :

State

changeEntity(State, Entity)

lockEntity( )

setChange(State)

changeState(State)

unLockEntity( )

acknowledgeChange( )


Dépôts centraux (5) Pour palier aux déficiences des

systèmes basés sur les dépôts centraux il est possible de: Ne pas imposer que l’état des toutes les

entités sont mis à jour fréquemment (par exemple les objets lointains ou l’arrière-scène)

Cette approche peut s’implanter via un mécanisme « d’abonnement » à l’état d’une entité


Dépôts centraux (6) Avantages

Assurent une cohérente complète au prix d’un overhead de communication élevé

Modèle simple du point de vue de l’implantation

Un changement d’état sur une entité est immédiatement visible à tous les participants


Mise-à-jour fréquente (1) Avec cette approche les entités sont la

propriété d’un hôte spécifique Cet hôte est responsable de

transmettre le changement de l’état des entités pour lesquelles il détient la propriété

Ce changement d ’état est « broadcasté » à l’aveuglette (i.e. sans acknowledgement) aux autres hôtes


Mise-à-jour fréquente (2) Les autres hôtes maintiennent une

cache où résident une description de l’état de chaque entité de l’EV

Lorsqu’un update est reçu, l’entité concernée voit son état rafraîchi dans la cache.


Mise-à-jour fréquente (3) La notion de propriété (ownership) est

ici cruciale afin d’éviter que plusieurs hôtes ne tentent de mettre l’état d’une entité à jour

Deux politiques peuvent être adoptées: Utilisation d’un lock manager pour attribuer

la propriété avec un proxy updater Utilisation d’un transfert de propriété

(encore via un lock manager)


Mise-à-jour fréquente (4) (proxy)

LockServerFSR

LockRequest()LockRealease()

EntityFSR

ChangeState()ReadState()

StateFSR


11

have a

HostFSR

LockGranted()BroadcastStateChange()LockNotGranted()AskForChange()

0..n0..n

owns

1..n1..n



aFirstHost : HostFSR

aSecondHost : HostFSR

aLockServer : LockServerFSR

anEntity : EntityFSR

LockRequest()

LockGranted( )

LockRequest()

LockNotGranted( )

ChangeState(StateFSR)

BroadcastStateChange(EntityFSR)

AskForChange(EntityFSR, StateFSR)


BroadcastStateChange(EntityFSR)

LockRealease( )



Host 1

Cache

Etatentité 1

Etatentité 2

Host 2

Cache

Etatentité 1

Etatentité 2

Lock Manager

LockEnt. 2

LockEnt. 1

Update StateEntité 1

Request

Lock

Enti

té 1

Accord

e Lock

Entité 1

Étape1

Étape2

Étape3


Mise-à-jour fréquente (7) (transfert)

EntityFSR


StateFSR


11

have a

LockServerFSR

LockRequest()LockRelease()NotifyLockTransfer()

HostFSR

LockGranted()BroadcastStateChange()LockNotGranted()AskForChange()AskOwnership()GrantOnwership()AcknowledgeLockTransfer()

0..n0..n

owns

1..n1..n



aHost1 : HostFSR

anEntity : EntityFSR

aHost2 : HostFSR

aLockServer : LockServerFSR


AskOwnership( )

GrantOnwership( )

NotifyLockTransfer( )

AcknowledgeLockTransfer( )




1Update State Entité 1

3

Notific

ation T

rans

fert

Lock

Ent

ité 1

4

Transfe

rt Lock

Entité 1 co

nfirmé

Lock Manager

LockEnt. 2

LockEnt. 1

Host 1

Cache

Etatentité 1

Etatentité 2

Host 2

Cache

Etatentité 1

Etatentité 2

2Request ownership Entité 1

5Accorder ownership Entité 1

6Update State Entité 1


Mise-à-jour fréquente (10) Avantages de l’approche avec mise-à-

jour fréquente:1. Allège le traitement des changements

d’état2. Permet de transformer une application à

un seul hôte en une application à plusieurs hôtes (grâce au broadcasting)

3. Comme la cohérence totale de l’EV n’est pas exigée, cela permet d’inclure plus d’entités dfans l’EV


Mise-à-jour fréquente (11) Désavantages de l’approche avec mise-

à-jour fréquente:1. Le broadcasting des changements d’état

exige une grande bande passante2. La latence du réseau cause des problèmes de

réalisme (un tir sur un adversaire est rendu compliqué car ce dernier n’est jamais à l’endoit où il est sensé être selon l’affichage graphique…

3. Le jitter cause aussi un problème de réalisme car, par exemple, la position d’un objet peut être mise à jour de manière irrégulière


Prédiction (1) L’approche avec prédiction repose sur

un modèle de l’état des entités qui est présent sur chaque hôte et qui est rafraîchi lors de la réception d’un update

Entre les mises-à-jour, l’état de l’entité est prédit par le modèle

Le défi consiste à1. concevoir des modèles précis mais abordables du

point de vue du temps calcul2. de définir une stratégie de recalage des états lors de

la réception des updates


Prédiction (2) Une approche avec prédiction

consiste donc en deux éléments principaux:

Une technique de prédiction Une technique de convergence (pour

recaler le modèle lors des updates)


Prédiction (3) Définition de technique de prédiction:

Modèle physique ou non de l’entité permettant de prédire son état en tout temps

Le compromis précision du modèle et temps de calcul doit être fait afin que les EV puissent être suffisamment dynamiques tout en demeurant réalistes


Prédiction (4) Techniques de prédiction utilisées

1. Polynômes (d’ordre variable) Prédiction linéaire Prédiction avec des polynômes d’ordre

2 ou trois (complexité de calcul accrue)

2. Modèles basés sur la physique ou dont le comportement suit une tendance connue (par exemple un objet qui se déplace sur une orbite elliptique)


Prédiction (5) Techniques de convergence

1. « snapping »: correction instantanée de l’état sans fusion entre l’état prédit et l’état réel contenu dans la mise-à-jour. Approche simple, mais peu réaliste sur le plan visuel

2. Convergence linéaire: interpolation linéaire entre la position actuelle et la position réelle

3. Convergence quadratique: interpolation du second degré entre la position actuelle et la position réelle


Prédiction (6)

Trajectoire prédite

Nouvelle trajectoire

Snapping

Convergence par snapping


Prédiction (7)

Convergence linéaire



Conv. Lin.

Update


Prédiction (8)

Convergence quadratique (ou autre)



Update

Conv. Quad.


Prédiction (9) Avantages de l’approche avec

prédiction: Réduction de la bande passante Absence de serveur central

Désavantages: Uniformité de l’état non garantie sur chaque

hôte (car prédictions peuvent différer) Doit être adaptée à chaque application et

n’est pas générique


Conclusion Les EV distribués posent des défis

importants aux concepteurs Les performances des réseaux sont très

importantes quant au réalisme qui peut être atteint dans les EV distribués

Aucune approche de mise-à-jour des états des entités présentes dans les EV n’est assez générale pour offrir une solution adéquate dans diverses applications différentes

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