摘 要：在大規(guī)模分布式虛擬環(huán)境中，網絡帶寬是一個瓶頸。為有效減少數(shù)據(jù)發(fā)送量且不明顯降低虛擬顯示效果，將興趣作為劃分仿真實體層次的依據(jù)進行數(shù)據(jù)過濾。不同層次的實體賦予不同的優(yōu)先級，以優(yōu)先級輪詢調度方式組織數(shù)據(jù)更新，實現(xiàn)以不同的頻率發(fā)送不同層次實體的數(shù)據(jù)更新。

關鍵詞：分布式虛擬環(huán)境；興趣層次；優(yōu)先級輪詢調度

中圖分類號：TP302

興趣在大規(guī)模分布式虛擬環(huán)境中是一種重要的數(shù)據(jù)過濾手段，它利用了每個仿真實體只對一定范圍內的事物感興趣的特點，對減小網絡帶寬需求具有重要的作用。何連躍等初步提出了分級興趣管理技術[1]，建立了基于實體間距離和實體類型屬性的簡單興趣分層模型。文獻[2]提出了基于HLA的興趣層次（Layer of Interest，LoI）的概念。Zhou等提出了一種“效用模型”（Utility Model）[3]，對所有仿真實體都計算“效用”值，進而確定各實體的重要性及其數(shù)據(jù)更新頻率。對于給定優(yōu)先級的數(shù)據(jù)更新調度策略，文獻[4]采用了固定優(yōu)先級與固定頻率的簡單調度方式。

因此本文探討基于興趣分層的數(shù)據(jù)過濾技術，以及動態(tài)調度策略。

1 興趣層次模型

興趣層次的劃分一般是根據(jù)與某一實體的距離或其它屬性來確定其余實體的重要性。一般來說，興趣與距離負相關，即觀察者對其感知范圍內的事物比較感興趣，距離越近興趣越高，距離越遠興趣越低。這種現(xiàn)象在以計算機成像為基礎的虛擬環(huán)境中表現(xiàn)得更明顯。

因此，我們以客戶機用戶視點為中心，把虛擬空間等距離分層，level1、level2直到最后一層levelp，如圖1所示，進而可以定義用戶對某一實體的興趣度DoI（Degree of Interest）。

圖1 仿真實體按照興趣度分層

在實際的仿真中，我們注意到某種實體可能對一種實體很感興趣，而對別的實體不感興趣，比如：對地攻擊機對地面目標很感興趣，而對空中其他飛機不很感興趣。所以，用戶對各種實體的興趣度也與實體類型有關。把所有的實體分成m類，屬于每個類別的實體數(shù)量分別為n1，n2，…，nm，這樣總的實體個數(shù) ，每一類與用戶的關系度為C1，C2，…，Cm，Cj∈[0，1]，j=1，2，...，m。

在單位時間內，運動速度快、距離用戶遠的實體與距離近、運動速度較慢的的實體，在觀察平面上產生的長度也具有可比性。因此，人們一般對較遠處、速度快的物體比近處相對較慢的物體較為感興趣。因此可以重新定義興趣度，這里只考慮速度的大小。

定義：任一位于以用戶位置為圓心，半徑為ri（i>1）的圓環(huán)內的速度大小為v的屬于Cj類別的實體，相對于用戶的興趣度為：

DoI=Cir1/ri*v/v1 （1）

其中v1為距離用戶最小半徑r1內的實體的平均速度值，因為這個速度值可能為零，所以規(guī)定如果小于某個接近于零的值，按照該實體一般情況下的平均速度值計算，比如坦克的平均速度值可以規(guī)定為45千米/小時。由于v/v1仍然可能很大，因此我們規(guī)定當DoI大于1時，等于1。這樣。DoI∈[0，1]

2 動態(tài)調度策略

按照關于用戶的興趣度對仿真實體分層，對實體數(shù)據(jù)更新進行調度需要滿足以下幾個條件：

（1）調度方法應該比較容易實現(xiàn)，并且每層數(shù)據(jù)都必須能夠更新；

（2）興趣度大的實體數(shù)據(jù)更新頻率應該更快；

（3）分屬各層的實體數(shù)據(jù)更新頻率應該可以根據(jù)調度策略的變化而變化。

結合這三條要求，提出了一種輪詢調度與優(yōu)先級調度相結合的方式對實體更新數(shù)據(jù)進行更新。

首先把所有實體根據(jù)興趣度分層，只取其中的p層，半徑r1內的實體的興趣度最高，規(guī)定為level1，其余各層leveli按照如下公式進行計算：

i=[1/DoI] （2）

由式（1）中的興趣度的定義及式（2）可以發(fā)現(xiàn)，興趣度實際上是以與用戶的距離為基本依據(jù)對仿真實體分層，興趣度大的給予高優(yōu)先級，小的給予低優(yōu)先級，而實體的類型與速度使得實體的優(yōu)先級大小會有所調整。所有p層覆蓋的總范圍與距離用戶最小半徑r1正相關。

圖2 優(yōu)先級輪詢調度

由于距離用戶最近的一層是用戶興趣度最高的、最敏感的數(shù)據(jù)，因此需要最高的數(shù)據(jù)更新頻率，設為f，因此這些數(shù)據(jù)每一幀都發(fā)送。根據(jù)（2）式，規(guī)定i層實體的更新頻率為f/i，i=1，2，…，p。

根據(jù)上述分析，如圖2，結合優(yōu)先級的輪詢調度方法具體實現(xiàn)方式為：

（1）把每層實體給予相應的優(yōu)先級，按照優(yōu)先級調度方式，優(yōu)先級高的實體層次給予高更新頻率；

（2）i層實體平均分成i組，i=1，2，…，p，數(shù)量不足則分成盡量多的組；不能分成整數(shù)組的，最后一組數(shù)量可以少于其它分組；

（3）按照輪詢調度方式，從每一層依次取出一組，組成一幀數(shù)據(jù)；每層取到最后一組之后再從第一組開始；

（4）選出的數(shù)據(jù)作為這一幀的數(shù)據(jù)在幀時間段內發(fā)送完畢。

從圖2中以及實現(xiàn)方式可以看出，只要控制了每層實體所分的組數(shù)，即可控制數(shù)據(jù)更新頻率，進而可以控制每幀的數(shù)據(jù)量。因而可以根據(jù)每幀的更新頻率控制帶寬。由于每個實體的更新數(shù)據(jù)所占字節(jié)數(shù)相差不多，并且每層的實體數(shù)都平均分成i組，每幀在每一層都取出一組實體，這樣每幀數(shù)據(jù)量相差不大，所占帶寬基本穩(wěn)定。

3 結束語

本文從虛擬現(xiàn)實場景中透視投影的角度分析了影響興趣度的幾種因素，建立了興趣度的數(shù)學模型，對場景中的實體劃分層次，進而在此理論基礎上確定了各層次數(shù)據(jù)更新發(fā)送頻率，結合基于優(yōu)先級的輪詢調度方式，在較少影響視覺效果的基礎上盡可能解決網絡擁塞。

參考文獻：

[1]何連躍，李思昆，曾亮.大規(guī)模分布虛擬環(huán)境的分級興趣管理[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2000，12（09）：711-714.

[2]Zhou Zhong，Zhao Qinping，Extend HLA with Layered Priority， in Proc. of the Spring Simulation Interoperability Workshop.2003：Orlando. p. 11.

[3]Zhou Suiping.，et al.，A utility model for timely state update in distributed wargame simulations， in Parallel and Distributed Simulation， 2004.PADS 2004. 18th Workshop on.2004. p.105-111.

[4]Chow， Y.， R. Pose and M. Regan， A Priority Updating Communications Model for Networked Virtual Environments. IADIS International Journal on Computer Science and Information Systems，2006.1（1）：p. 1-14.

作者簡介：曹坤（1980-），女，講師，主要研究方向：分布式仿真，數(shù)據(jù)挖掘；劉述田，男，講師；武書閣，男，副教授。

作者單位：大連工人大學 計算機系，遼寧大連 116011；海軍航空兵學院 飛行理論系，遼寧葫蘆島 125001