Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Вычислительные машины, системы и сети

Диссертационная работа:

Харитонов Василий Юрьевич. Сетевые механизмы обеспечения согласованности данных в распределенных системах виртуальной реальности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.15 / Харитонов Василий Юрьевич; [Место защиты: Моск. энергет. ин-т].- Москва, 2010.- 187 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2582

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Общеизвестный факт: большую часть информации об окружающем мире человек получает с помощью зрения. Неудивительно, что компьютерная индустрия, выйдя в массы пользователей, стала интенсивно развиваться в сторону реалистичной визуализации всевозможных процессов. В настоящее время машинной графике уделяется самое пристальное внимание — от разработки эффектных и ресурсоемких оболочек операционных систем до реалистичной динамической ЗО-визуализации в научных задачах и поражающих воображение эффектов в новейших компьютерных играх.

Программно-аппаратные средства с каждым годом становятся все более сложными и производительными и позволяют добиваться высокого реализма трехмерных виртуальных миров. Появился отдельный класс интерактивных трехмерных приложений — системы виртуальной реальности, которые позволяют пользователю не просто быть наблюдателем событий, происходящих в виртуальных мирах, но и непосредственно принимать в них участие.

Вместе с повышением реалистичности увеличивается и масштаб создаваемых систем. С ростом пропускной способности вычислительных сетей растет интерес к распределенным системам виртуальной реальности (РСВР). РСВР представляют собой один из наиболее динамично развивающихся классов распределенных систем. Повышенный интерес к таким системам, в первую очередь, связан с качественно новыми возможностями, которые они обеспечивают для человека. Прежде всего, пользователю предоставляется возможность «погружения» в некоторую виртуальную среду, достаточно точно имитирующую реальный мир. Пользователь может взаимодействовать с объектами виртуальной среды, как визуально, так и с помощью различных устройств ввода-вывода. Однако главным свойством РСВР является возможность взаимодействия множества пользователей в общей для них виртуальной среде. РСВР позволяет пользователям работать совместно, невзирая на то, как далеко они друг от друга находятся, что может быть востребовано во многих прикладных областях.

Одна из главных задач при построении РСВР — задача формирования виртуального мира, являющегося интерактивным, единым и согласованным (т.е. непротиворечивым, от англ. consistent) для всех пользователей системы. Данные свойства виртуального мира зависят как от качества визуализации, так и от заложенных в системе сетевых механизмов обеспечения согласованности данных. Если проблема визуализации в таких системах уже достаточно давно известна и хорошо освещена в научной литературе, то проблема обеспечения согласованности данных пока остается открытой и сравнительно малоисследованной.

Существующие в настоящий момент РСВР в основном разрабатываются за рубежом. По сведениям, доступным в открытой печати, в данной области получены обнадеживающие результаты, однако, конкретные данные по многим ключевым вопросам отсутствуют. Кроме того, даже по имеющейся информации можно судить о наличии многих трудностей на пути создания таких систем, среди них:

- аппаратные ограничения, возникающие в сетях передачи данных, не

позволяют пользователям РСВР получать согласованные виды виртуальной реальности, в результате чего сложно гарантировать непротиворечивость и одновременность протекающих в ней процессов для всех пользователей;

применяемые для преодоления аппаратных ограничений методы все еще далеки от совершенства и в большинстве своем не предоставляют средств для динамической балансировки загрузки сети;

фактически отсутствует общий архитектурный подход к созданию РСВР (о чем также косвенно свидетельствует отсутствие в литературе единой терминологии применительно к РСВР).

Для преодоления этих и других трудностей, возникающих при построении РСВР, в данной работе осуществляется разработка и обоснование механизмов обеспечения согласованности данных, направленных на уменьшение влияния сетевых аппаратных ограничений и повышение качества взаимодействия пользователей.

Объектом исследования данной работы являются распределенные системы виртуальной реальности, представляющие собой территориально распределенные программно-аппаратные комплексы, позволяющие множеству удаленных пользователей погружаться в единую для них виртуальную реальность и осуществлять в ней взаимодействие в реальном времени.

Предмет исследования: сетевые механизмы обеспечения согласованности данных в распределенных системах виртуальной реальности.

Цель диссертационной работы заключается в разработке и обосновании сетевых механизмов обеспечения согласованности данных в распределенных системах виртуальной реальности, позволяющих при использовании современных вычислительных средств снизить общую нагрузку на сеть за счет использования гибких способов управления сетевым трафиком.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

анализ существующих РСВР, выявление основных их типов и архитектурных особенностей;

формализация распределенных вычислений в РСВР, разработка подходов к определению понятия согласованности в РСВР и её оценке, выделение факторов, влияющих на согласованность;

анализ базовых технологических принципов построения и разработка общей архитектуры РСВР;

разработка высокоуровневого протокола взаимодействия процессов и других механизмов обеспечения согласованности данных в РСВР;

разработка экспериментальной версии программного обеспечении промежуточного уровня, позволяющего создавать РСВР под конкретные области применения, на её основе — программной реализации опытной версии РСВР;

проведение экспериментальных исследований по оценке эффективности разработанных механизмов на основе разработанной реализации РСВР;

определение области применения разработанных средств и внедрение полученных результатов.

Методы исследования. Системный анализ, теория множеств, элементы теории графов, теория распределенных систем, теория объектно-ориентированного программирования и натурный эксперимент.

Научная новизна работы. Новыми являются следующие полученные в диссертации результаты:

  1. формализован процесс распределенных вычислений в РСВР с использованием событийного подхода, что позволило подойти к формальному определению понятия согласованности в таких системах;

  2. предложены два возможных подхода к определению понятия согласованности: модели наблюдательной и видовой согласованности, последний подход позволяет оценить согласованность численно, на основе введенных оценок;

  3. обоснованы и разработаны сетевые механизмы обеспечения согласованности данных в РСВР, в их числе:

высокоуровневый протокол межпроцессного взаимодействия DVRP со встроенными механизмами управления репликацией данных на основе принципа «избирательной согласованности»;

адаптивный метод репликации и предсказания состояний объектов, учитывающий динамику их движения;

механизм управления совместным доступом многих пользователей к состоянию виртуальной среды;

метод синхронизации часов процессов РСВР;

4) разработана общая архитектура РСВР для случая взаимодействия по
схеме клиент-сервер, позволяющая применить созданные механизмы обеспече
ния согласованности.

Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:

  1. экспериментально подтверждена возможность создания РСВР и определены вероятные области её применения, в их числе: образование и наука, тренажерные комплексы и другие области, требующие удаленного взаимодействия многих участников (пример—территориально-распределенные ситуационные центры);

  2. на базе предложенных механизмов обеспечения согласованности разработана экспериментальная программная библиотека TerraNet, представляющая собой ПО промежуточного уровня {middleware), которая позволяет создавать РСВР для конкретных областей применения, с возможностью их гибкой настройки. В частности, на её основе на кафедре ВМСиС МЭИ (ТУ) была разработана программная среда для модельного воспроизведения группового пилотажа летательных аппаратов над местностью;

  3. предложенные в работе сетевые механизмы нашли применение в опытных версиях комплексных авиационных тренажеров, разрабатываемых ЗАО «Транзас» и ОАО «ОКБ Сухого»;

  4. полученные в диссертационном исследовании результаты были использованы на кафедре ВМСиС МЭИ (ТУ) при выполнении госбюджетной НИР (гос. реп № 01200605949), а также при подготовке курса лекций и лабораторных работ по дисциплине «Компьютерные технологии в науке и образовании»;

  5. исследования, проводимые по теме диссертации, поддержаны программой Рособразования «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект 2.1.2/6718), федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Государственный контракт

П2227), а также грантом НШ-7239.2010.9 Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

Третья Европейская научно-технической конференция по аэрокосмическим наукам EUCASS-2009 (грант РФФИ 09-07-09229-моб_з). Место проведения: Версаль, Франция. Организаторы: EUCASS и ASTech Paris Region при поддержке Французского национального центра научных исследований (CNRS). 6-9 июля 2009 г.

Третья Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства обработки информации». Место проведения: Москва. Организатор: МГУ им. М. В. Ломоносова. 6-8 октября 2009 г.

Международная конференция по проблемам надежности вычислительных систем DepCoS-RELCOMEX. Место проведения: Польша. Организатор: Вооцлавский Технологический университет п^и поддержке Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). 2007,2008,2009 гг.

Международная конференция «Параллельные вычисления и проблемы управления» РАСО. Место проведения: Москва, Организатор: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. 2006, 2008 гг.

Международная научно-техническая конференция «Информационные средства и технологии». Место проведения: Москва. Организатор: МЭИ (ТУ) и МГТУ «СТАНКИН». 2005, 2006,2007 гг.

Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Место проведения: Москва. Организатор: МЭИ (ТУ). 2006,2007, 2008 гг.

Публикация. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 13 печатных работах (4 из них — на английском языке), включая 1 работу в издании, рекомендуемом ВАК.

Структура диссертации. Основная часть диссертации состоит из введения, пяти глав и заключения и содержит 157 страниц машинописного текста, 51 рисунок и 3 таблицы. Список литературы включает 71 наименование. Дополнительная часть содержит 4 приложения. Общий объем диссертации — 187 страниц машинописного текста (51 рисунок, 8 таблиц).


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net