A Peer-to-Peer Architecture for Networked Virtual Environments. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

A Peer-to-Peer Architecture for Networked Virtual Environments.

Une architecture de communication pair-à-pair pour les environnements virtuels en ligne

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Abstract

A Networked Virtual Environment (NVE) is a synthetic world where human-controlled avatars can interact. Multiplayer on-line games such as Quake and World of Warcraft are the most popular applications for NVEs. In early 2003, Second Life (SL), a NVE where avatars can invent a new social life, was launched. The main innovative feature of SL is user-generated content: avatars participate in the development of the virtual environment by creating objects such as cars, trees, and buildings. SL rapidly became the most popular NVE, reaching more than 16 million registered users in September 2009. The state of the art for NVEs design is a Client/Server architecture where multiple servers maintain the state of the virtual world and distribute it to the users. This architecture is very expensive as large amount of servers need to be deployed, operated and maintained. Moreover, scalability is an issue. These drawbacks motivate alternative designs such as Peer-to-Peer (P2P). Ideally, a P2P virtual world can scale with the number of its users as each user dedicates some of its resources (storage, CPU, bandwidth) to the management of the virtual world. Moreover, P2P can dramatically cut server and network cost for the virtual world provider. The contribution of the thesis is threefold. First, due to the lack of publicly available data about NVEs such as avatar movement patterns or object distribution, we perform an extensive analysis of SL. We deploy a crawler and a player application and monitor objects, avatars, user Quality of Experience and servers performance in the public part of SL over one month. Second, we design and build a distributed object management for user-generated NVEs. We first integrate this distributed object management on the top of Kad, the P2P network that supports millions of eMule users, and perform large-scale experiments. Then, we propose Walkad, a structured P2P network designed to manage user-generated objects in P2P-based NVEs. Third, we investigate the feasibility of a distributed avatar management using the Delaunay triangulation. To start with, we evaluate the performance of the Delaunay triangulation via realistic experiments performed in SL using a modified client we developed. Then, we design two optimizations for Delaunay triangulation: (1) a clustering algorithm to efficiently handle large avatar groups, and (2) a secured extension to the Delaunay triangulation that leverages the social component of NVEs.
peuvent intéragir à travers des avatars. Les jeux en ligne comme Quake et World of Warcraft sont les applications les plus populaires pour les NVEs. Au début de l'année 2003, est apparu Second Life (SL), un monde virtuel où les avatars peuvent créer une nouvelle vie sociale. La principale caractéristique innovatrice de SL est le contenu créé par les utilisateurs: les avatars participent au développement de l'environnement virtuel par la création d'objets tels que des voitures, des arbres et des bâtiments. SL est devenu rapidement le monde virtuel le plus populaire, avec plus de 16 millions d'utilisateurs en Septembre 2009. L'état de l'art pour la conception des NVEs est principalement une architecture Client/Serveur où plusieurs serveurs maintiennent l'état du monde virtuel pour le transférer aux utilisateurs. Cette architecture est très chère puisqu'une grande quantité de serveurs doivent être déployés, exploités et maintenus. Par ailleurs, cette architecture ne passe pas à l'échelle. Ces inconvénients motivent la conception des architectures innovatrices tels que l'architecture Pair-à-Pair (P2P). Idéalement, une architecture P2P pour les NVEs passe à l'échelle, car chaque utilisateur consacre une partie de ses ressources (stockage, CPU, bande passante) à la gestion du monde virtuel. En outre, le P2P peut considérablement réduire le coût pour le fournisseur du monde virtuel. Il y a trois contributions majeures dans cette thèse. Premièrement, en raison du manque de statistiques sur les mondes virtuels (par exemple, mouvement des avatars et distribution des objets), nous procédons à une analyse exhaustive de SL. Pour cette raison, on a implémenté deux applications qui surveillent, pendant un mois, objets, avatars, Qualité d'Expérience des utilisateurs et performance des serveurs dans la partie publique de SL. Deuxièmement, nous concevons une gestion distribuée des objets pour les NVEs générées par ses utilisateurs. Nous intégrons cette infrastructure de communication sur Kad, le réseau P2P utilisé par des millions d'utilisateurs d'eMule, et réalisons des expériences à grande échelle. Ensuite, nous concevons Walkad un réseau P2P structuré spécialement conçu pour gérer les objets générés par les utilisateurs dans un monde virtuel. Troisièmement, nous étudions la faisabilité d'une gestion distribuée des avatars en utilisant la triangulation de Delaunay. D'abord, nous évaluons la performance de la triangulation de Delaunay par des expériences réalisées dans SL grâce à un client modifié que nous avons développé. Successivement, nous concevons et évaluons deux optimisations pour la triangulation de Delaunay: (1) un algorithme de clustering qui améliore la réactivité des interactions entre les avatars en présence de larges groupes d'avatars; (2) le Réseau Delaunay Social, un réseau P2P qui résout le problème de la sécurité dans un NVE en utilisant les relations d'amitié qui existent entre les avatars.
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Dates and versions

pastel-00005797 , version 1 (08-02-2010)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00005797 , version 1

Cite

Matteo Varvello. A Peer-to-Peer Architecture for Networked Virtual Environments.. domain_other. Télécom ParisTech, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00005797⟩
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