广域网分布式虚拟环境中的动态因果消息序控制方法_兰因絮果

　　摘要:在广域网运行的分布式虚拟环境中，由于消息传输延迟较大，因果消息序的一致性控制效果同时由因果序的正确性和实时性两方面决定。针对分布式虚拟环境消息序维护方法必须动态平衡因果序正确性和实时性的问题，提出了一种新的因果消息序控制方法，能够动态地调节和平衡分布式虚拟环境中各节点阻塞的结果事件数与延迟的原因事件数，满足因果消息处理的正确性和实时性需求。实验结果表明，与现有方法相比，该方法能够在保证实时性的同时，有效提高因果序维护的正确程度，为广域网分布式虚拟环境的消息序维护提供有力支撑。
　　
　　关键词:广域网；分布式虚拟环境；因果消息序；一致性控制；实时性
　　中图分类号: TP393.027; TP391.98 文献标志码:A
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　　Dynamic causal order control approach in distributed�
　　 virtual environment on wide area network
　　
　　FU Sha��*, ZHOU Hang.jun
　　Department of Information Management, Hunan University of Finance and Economics, Changsha Hunan 410205, China
　　
　　Abstract:
　　
　　In a Distributed Virtual Environment (DVE) system running on Wide Area Network (WAN), the control effect of causal order consistency is determined by not only the correctness of causality but also the real-timeness due to the large network transmission delay. In order to achieve a better trade-off between the quality of causal order consitency and real-timeness in a DVE, a novel dynamic causal order control approach was proposed. The core idea of this approach was to dynamically adjust and balance the amount of blocked effect messages and that of delayed causal messages on each site in a DVE system, so as to meet the demands of causality correctness and real-time requirement on message ordering delivery. The evaluation results demonstrate that the proposed approach can outperform the previous ones by effectively improving the quality of causal order control while simultaneously preserve the real-time property of DVE systems.In a Distributed Virtual Environment (DVE) system running on Wide Area Network (WAN), the control effect of causal order consistency is determined by both the correctness of causality and the real.time due to the large network transmission delay. In order to achieve a better trade.off between the quality of causal order consistency and real.time in a DVE, a new dynamic causal order control approach was proposed. The core idea of this approach was to dynamically adjust and balance the amount of blocked effect messages and that of delayed causal messages on each site in a DVE system, so as to meet the demands of causality correctness and real.time requirement on message ordering delivery. The evaluation results demonstrate that the proposed approach can outperform the previous ones by effectively improving the quality of causal order control while simultaneously preserving the real.time property of DVE systems.
　　
　　�Key words:
　　Wide Area Network (WAN)；Distributed Virtual Environment (DVE)；causal order of message；consistency control；real.time
　　
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　　0 引言�
　　随着分布式网络和虚拟环境的快速发展，越来越多的分布式虚拟环境在广域网中得到广泛应用。分布式虚拟环境是由计算机生成的3D虚拟世界，它允许地理上分布在各地的参与节点通过网络进行实时交互，并传递消息�［1］。节点间不共享存储设备，只通过消息传递进行通信。由于广域网范围广泛，节点之间通常也没有共享的全局时钟�［2］。�
　　在分布式虚拟环境中，如何在各节点分布维护消息的因果序一直是研究工作的重点�［2］。在真实世界里，人们观测到原因事件总是在结果事件之前发生，事件间的因果先后关系自然而然地能够得到维护。然而，在分布式虚拟环境中，由于节点间只能通过消息传递进行通信，消息处理的因果先后顺序并不一定能得到正确保证。由于网络传输延迟的存在，有可能某个节点先接收并处理了结果事件消息，而该结果事件的原因事件消息还在网络中传输。若因果事件消息处理顺序违背正确的先后关系，则会对虚拟环境的参与者造成困惑和歧义，降低仿真的有效性。�
　　另一方面，因为分布式虚拟环境旨在模拟真实世界，其中的大部分数据都具有一个共同属性：实时性。因此，消息中包含的数据并不是无限期有效，而是存在一个生命周期，在该周期的时间限制内有效，即分布式虚拟环境中的消息必须在生命周期内得到处理。对于受到广域网延迟影响，而不能在其生命周期或结果事件生命周期内到达的消息，可能会导致大量已接收的结果事件消息被阻塞等待，而不能在其生命周期内得到及时处理，严重破坏仿真过程的实时性。接收节点通常会主动丢弃这类迟到消息，以保证已到达消息能被有效处理，从而维护虚拟环境的实时性�［3］。然而，如果过多的延迟消息被丢弃，因果一致性控制则缺乏连续性，会使仿真的正确程度遭到极大弱化。因此，分布式虚拟环境的因果序控制方法必须能针对上述情况进行有效地、均衡地维护。�
　　在现有因果一致性控制方法中，文献［4］定义了“happened before”关系，用以捕获分布事件间的因果先后关系。向量时间(Vector Time,VT)法�［5-7］是经典的因果序方法，它为每个消息添加足够的向量时间作为控制信息，从而维护因果事件处理顺序的一致性。然而，这类经典方法并没有考虑消息的生命周期限制，因此结果事件可能在“happened before”关系得不到维护的情况下先被执行。Δ.因果序方法�［3］提出给每个消息设置相同的生命周期“Δ”，并保证每个接收的事件消息在其生命周期内得到处理。然而，这种方法要求分布式虚拟环境具有完全同步的全局时钟，因此，难以在广域网中得到应用。直接依赖关系法(Immediate Dependency Relation, IDR)�［8-10］具有控制信息量小、实时性良好等特征，然而如果直接依赖的消息不能及时传到，尤其是关键因果事件对传输迟到，则会导致IDR方法控制信息过少而无法避免DVE系统中因果违背情况的发生。�
　　针对上述情况，本文深入分析了问题产生原因，提出了一种新的广域网分布式虚拟环境中的动态因果消息序控制方法，通过定义和实时计算阻塞结果事件消息数和延迟原因事件消息数，动态权衡和判断因果事件处理正确性和虚拟环境实时性的重要程度，从而动态地决定因果消息的有效处理过程。实验结果表明，该方法能够有效提高因果序维护的正确性，同时保持虚拟环境的实时性。�
　　
　　4 结语�
　　面向广域网运行的分布式虚拟环境，因果一致性控制的有效性由因果消息处理的正确性和实时性两方面共同决定，因此，因果序控制方法必须能动态地考虑两方面的处理要求。本文提出了一种新的广域网分布式虚拟环境中的动态因果消息序控制方法DMO，通过比较当前消息的阻塞结果事件消息数�e.number与延迟原因事件消息数c.number�，DMO方法能够动态地判定因果消息处理正确性和实时性的重要程度，从而动态决定因果消息的执行过程。实验结果表明，DMO控制方法能够达到广域网分布式虚拟环境的实时性要求，同时有效维护事件消息的因果一致性。�参考文献:�［1］
　　张伟,周航军,彭宇行,等. 分布式交互仿真中的异步时钟一致性控制方法［J］. 软件学报, 2010, 21(6):1208-1219.
　　
　　
　　［2］
　　FUJIMOTO R M. Parallel and distributed simulation systems［M］. New York: Wiley Interscience, 2000.
　　
　　［3］
　　BALDONI R, PRAKASH R, RAYNAL M, et al. Efficient Δ.causal broadcasting［J］. International Journal of Computer Systems Science and Engineering, 1998(13):263-271.
　　
　　［4］
　　LAMPORT L. Time, clocks, and the ordering of events in a distributed system［J］. Communications of the ACM, 1978, 21(7):558-565.
　　
　　［5］
　　SCHWARZ R, MATTERN F. Detecting causal relationships in distributed computations: in search of the holy grail［J］. Distributed Computing, 1994, 7(3):149-174.
　　
　　［6］
　　SCHIPER A, EGGLI J, SANDOZ A. A new algorithm to implement causal ordering［C］// Proceedings of the 3rd International Workshop on Distributed Algorithms. Berlin：Springer.Verlag, 1989:219-232.
　　
　　［7］
　　RAYNAL M, SCHIPER A, TOUEG S. The causal ordering abstraction and a simple way to implement it［J］. Information Processing Letters, 1991, 39(6):343-350.
　　
　　［8］
　　HERNNDEZ S P, FANCHON J, DRIRA K. The immediate dependency relation: An optimal way to ensure causal group communication［J］. Annual Review of Scalable Computing, 2004, 6(3):61-79.
　　
　　［9］
　　SCHEUERMANN B, KIESS W, ROOS M, et al. On the time synchronization of distributed log files in networks with local broadcast media ［J］ . IEEE/ACM Transactions on Networking, 2009, 17(2):431-444.
　　
　　［10］
　　ZHOU S, CAI W, TURNER S J, et al. Critical causal order of events in distributed virtual environments ［J］ . ACM Transactions on Multimedia Computing, Communications,and Applications, 2007, 3(3):15.

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