[논문]다중 접속 온라인 게임을 위한 유니티 엔진의 네트워크 스레드 패킷 폐기 기법

유종근; 김영식

doi:10.7583/jkgs.2015.15.6.97

다중 접속 온라인 게임을 위한 유니티 엔진의 네트워크 스레드 패킷 폐기 기법
Packet Discard Policy of Network Thread in an Unity Engine for Multi-player Online Games 원문보기

한국게임학회 논문지 = Journal of Korea Game Society, v.15 no.6, 2015년, pp.97 - 106

유종근 (한국산업기술대학교 게임공학과) , 김영식 (한국산업기술대학교 게임공학과)

초록
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유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임에서는 통신 패킷 처리를 담당하는 네트워크 스레드와 게임 로직을 담당하는 메인 스레드를 분리해야 한다. 네트워크 스레드 간에 통신 패킷은 렌더링 속도 향상을 위하여 중복되는 패킷을 폐기할 필요가 있다. 본 논문에서는 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임을 위한 네트워크 스레드 간 통신 패킷 폐기 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 Partial Packet Discard 기법과 Periodic Packet Discard 기법을 혼합한 기법으로 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 렌더링 속도를 향상시킨다. 제안하는 기법은 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임의 다양한 패킷 발생 시뮬레이션을 통하여 렌더링 속도를 분석하고 효율성을 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In an Unity engine for multi-player online games, the main thread processing game logic must be separated from the network thread that is responsible for network packet communication. Packet communication between the network threads needs to drop packets that overlap in order to improve the rendering speed. In this paper, the packet discard policy of network thread is proposed for an Unity engine for multi-player online games. The proposed method is the hybrid method of both Partial Packet Discard and Periodic Packet Discard methods to improve the rendering speed by periodically discarding overlapped network packets managed by the queue. The rendering speed of the proposed method is analyzed and its effectiveness is verified by various packet generating simulations of the Unity engine for multi-player online games.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임에서 스레드 간의 통신 패킷 폐기기법을 제안하였다. 제안하는 기법은 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 혼잡한 네트워크 상황에서의 빠른 패킷처리와 적은 지연시간을 가진다.
본 논문에서는 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임을 위한 네트워크 스레드 간 통신 패킷 폐기 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 Partial Packet Discard 기법[8]과 Periodic Packet Discard 기법[9]을 혼합한 기법으로 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 혼잡한 네트워크 상황에서의 빠른 패킷처리와 적은 지연시간을 가지며 렌더링 속도를 향상시킨다.
본 논문은 다중 접속 온라인 게임에서 클라이언트가 네트워크 통신 패킷을 처리할 때 클라이언트로 입력되는 통신 패킷 폐기기법을 제안한다. 클라이언트 관점에서 고려한 네트워크 특성은 입력되는 패킷 생성률(packet per second), 패킷 처리 시간, 패킷의 종류 등의 네트워크 파라미터들을 가변화하여 렌더링 속도를 계산할 수 있도록 시뮬레이션 하였다.
유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임을 위한 스레드 간 패킷 폐기 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 Partial Packet Discard[8]과 Periodic Packet Discard [9] 방식을 혼합한 방식이다.

가설 설정

클라이언트 관점에서 고려한 네트워크 특성은 입력되는 패킷 생성률(packet per second), 패킷 처리 시간, 패킷의 종류 등의 네트워크 파라미터들을 가변화하여 렌더링 속도를 계산할 수 있도록 시뮬레이션 하였다. 따라서 네트워크 토폴리지는 1:N 의 온라인 환경을 가정한다. 제안하는 기법에 대한 성능 분석을 위해 [Fig.

제안 방법

다만 제안하는 기법을 게임에 적용할 때 패킷의 폐기를 단순히 버퍼 안에 동일한 종류의 패킷으로 판별하여 폐기하지 않고 패킷의 신뢰성이나 게임 로직을 고려해야 한다.
8]의 알고리즘과 같이 패킷이 네트워크 스레드로부터 입력이 들어왔을 때 Partial Packet Discard [8] 기법에 의해서 새로운 패킷과 동일 종류 패킷을 큐에서 폐기하고 새로운 패킷을 추가한다. 또한 여기서 기존에 생성되어있는 Periodic Packet Discard 스레드에 의해서 주기적으로 큐를 검사하여 지정된 시간이 지난 패킷을 폐기한다.
8]에서 네트워크 패킷을 수신하는 네트워크 스레드를 일정시간마다 패킷을 생성하는 가상의 네트워크 스레드로 대체한다. 또한 패킷을 생성하는 시간을 조절하여 패킷량을 제어하고 그에 따른 가상의 네트워크 환경을 조성한다. 4.
따라서 네트워크 토폴리지는 1:N 의 온라인 환경을 가정한다. 제안하는 기법에 대한 성능 분석을 위해 [Fig. 8]에서 네트워크 패킷을 수신하는 네트워크 스레드를 일정시간마다 패킷을 생성하는 가상의 네트워크 스레드로 대체한다. 또한 패킷을 생성하는 시간을 조절하여 패킷량을 제어하고 그에 따른 가상의 네트워크 환경을 조성한다.
제안하는 기법에 대한 성능 분석을 위해 게임엔진 유니티를 활용하여 [Fig. 8]과 같이 구성하고 네트워크 스레드를 대체하기 위해 일정한 시간 마다 임의의 4종류의 패킷을 생성하는 스레드를 생성하여 가상의 네트워크 시뮬레이션 환경을 설정하였다.
본 논문에서는 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임을 위한 네트워크 스레드 간 통신 패킷 폐기 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 Partial Packet Discard 기법[8]과 Periodic Packet Discard 기법[9]을 혼합한 기법으로 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 혼잡한 네트워크 상황에서의 빠른 패킷처리와 적은 지연시간을 가지며 렌더링 속도를 향상시킨다. 제안하는 기법은 자체 제작한 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임의 다양한 패킷 발생 시뮬레이션을 통하여 렌더링 속도를 분석하고 효율성을 증명하였다.
유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임을 위한 스레드 간 패킷 폐기 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 Partial Packet Discard[8]과 Periodic Packet Discard [9] 방식을 혼합한 방식이다.
본 논문에서는 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임에서 스레드 간의 통신 패킷 폐기기법을 제안하였다. 제안하는 기법은 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 혼잡한 네트워크 상황에서의 빠른 패킷처리와 적은 지연시간을 가진다. 제안하는 기법을 활용할 경우에 스레드 통신 큐의 크기가 줄어들고 게임 렌더링 속도가 향상된다.
제안하는 패킷 폐기 기법은 [Fig. 7]의 구조와 [Fig. 8]의 알고리즘과 같이 패킷이 네트워크 스레드로부터 입력이 들어왔을 때 Partial Packet Discard [8] 기법에 의해서 새로운 패킷과 동일 종류 패킷을 큐에서 폐기하고 새로운 패킷을 추가한다. 또한 여기서 기존에 생성되어있는 Periodic Packet Discard 스레드에 의해서 주기적으로 큐를 검사하여 지정된 시간이 지난 패킷을 폐기한다.
본 논문은 다중 접속 온라인 게임에서 클라이언트가 네트워크 통신 패킷을 처리할 때 클라이언트로 입력되는 통신 패킷 폐기기법을 제안한다. 클라이언트 관점에서 고려한 네트워크 특성은 입력되는 패킷 생성률(packet per second), 패킷 처리 시간, 패킷의 종류 등의 네트워크 파라미터들을 가변화하여 렌더링 속도를 계산할 수 있도록 시뮬레이션 하였다. 따라서 네트워크 토폴리지는 1:N 의 온라인 환경을 가정한다.

이론/모형

“none”은 아무 기법도 사용하지 않은 경우이며, “DH+Periodic”는 큐의 크기가 일정 크기를 넘어가면 Drop Head[10] 기법을 사용하였고 Periodic Packet Discard[9] 기법을 이용하여 생성 시간이 일정이상 지난 패킷들을 폐기한다.

성능/효과

결론적으로 패킷 생성률이 70이하의 가상 시뮬레이션 환경에서 제안하는 기법이 “DH+Periodic” 과 “none”에 비하여 각각 평균 2.0배와 1.6배 높은 렌더링 속도를 제공한다.
전체적으로 제안하는 기법은 패킷 폐기를 하지 않았을 때 보다 렌더링 속도가 평균 39%, 최대 120% 향상된다. 그리고 Drop Head와 Periodic Packet Discard 기법을 사용한 기법보다 평균 10%, 최대 38% 향상된다.
모든 경우에서 패킷의 생성률(packets per second)이 50 일 때 게임 렌더링 속도가 급격하게 감소하였고 “none”의 경우 패킷 생성률이 80 일때 큐의 크기가 너무 커져서 렌더링 속도가 0FPS로 측정이 불가능하였다.
또한 “DH+Periodic”의 경우 초기 패킷 생성이 적은 시점에서는 제안하는 기법과 비슷하나 패킷 생성량이 많아지면서 급격히 게임 렌더링 속도가 저하된다. 전체적으로 제안하는 기법은 패킷 폐기를 하지 않았을 때 보다 렌더링 속도가 평균 39%, 최대 120% 향상된다. 그리고 Drop Head와 Periodic Packet Discard 기법을 사용한 기법보다 평균 10%, 최대 38% 향상된다.
제안하는 기법은 Partial Packet Discard 기법[8]과 Periodic Packet Discard 기법[9]을 혼합한 기법으로 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 혼잡한 네트워크 상황에서의 빠른 패킷처리와 적은 지연시간을 가지며 렌더링 속도를 향상시킨다. 제안하는 기법은 자체 제작한 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임의 다양한 패킷 발생 시뮬레이션을 통하여 렌더링 속도를 분석하고 효율성을 증명하였다.
제안하는 기법은 네트워크 패킷을 큐로 관리하고 중복되는 패킷을 주기적으로 폐기하여 혼잡한 네트워크 상황에서의 빠른 패킷처리와 적은 지연시간을 가진다. 제안하는 기법을 활용할 경우에 스레드 통신 큐의 크기가 줄어들고 게임 렌더링 속도가 향상된다. 제안하는 기법은 자체 제작한 유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임의 다양한 패킷 발생 시뮬레이션을 통하여 렌더링 속도를 분석하고 효율성을 증명하였다.
초기 패킷 생성이 적은 시점에서는 “none”의 렌더링 속도가 높으나 점차 패킷 성능이 많아지면 제안하는 기법의 게임 렌더링 속도가 향상된다.

후속연구

제안하는 기법은 패킷 통신량이 많은 MMORPG 게임이나 비슷한 정보를 가진 패킷이 많은 AOS, FPS 게임에 적용한다면 상당히 높은 클라이언트의 성능 향상을 기대할 수 있다. 특히 클라이언트의 렌더링 속도가 네트워크 통신 성능에 의존하면 큰 성능 향상을 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유니티 엔진기반 게임 개발에 있어서 네트워크에 연관된 기법 및 알고리즘 중요한 이유는 무엇인가?	유니티 엔진 기반 다중 접속 온라인 게임에서는 통신 패킷 처리를 담당하는 네트워크 스레드와 게임 로직을 담당하는 메인 스레드를 분리해야하기 때문에 유니티 엔진 기반 게임 개발에 있어서 네트워크에 연관된 기법 및 알고리즘은 상당히 중요하다. 네트워크 스레드 간에 통신 패킷은 성능 향상을 위하여 중복되는 패킷을 폐기하는 많은 연구가 진행되었다[8,9,10].
	유니티 엔진이 게임 개발 툴로 많은 개발자들에게 사용되는 이유는 무엇인가?	과거의 게임 개발은 대부분 게임에 필요한 모든 시스템을 직접 개발을 하지만, 최근에는 게임 엔진의 발전으로 필요한 특정 게임 시스템 부분들만 개발을 하면 되기 때문에 개발에 필요한 시간이 절반 이하로 줄어들었다. 그 중에 유니티 엔진은 비용 대비 우수한 그래픽 요소와 시스템 개발 환경을 제공하여 게임 개발 툴로 많은 개발자들이 사용하고 있으며 세계적으로 전체 개발자의 45%가 유니티 엔진을 사용하고 있다[2,3,4].
	유니티 엔진기반으로 네트워크로 받은 패킷으로 객체를 관리해야하는 경우 에는 어떤 체계를 만들어야 하는가?	유니티 엔진의 경우 메인 로직 스레드를 제외한 스레드에서 유니티 엔진 관련 함수를 쓰는 것을 막아 놓았다. 그래서 네트워크로 받은 패킷으로 객체를 관리해야하는 경우 네트워크 스레드와 메인 스레드 간의 공통의 자원관리 체계를 만들어 사용해야한다. 본 논문에서는 [Fig.

참고문헌 (10)

KOCCA, "2014 White Paper on Korean Games", pp.21, 2014.
C. J. Lim, Won Dae Han, Jeong Yun Guen, "Educational Game Making-Tool Development using Unity3D Engine: Birth of Game", Journal of Korea Game Society, Vol. 14, No. 1, pp.29-38, 2014.
Jou-Hyoung Lee, Jae-Hong Jeon, Min Hong, "Implementation of Multi-Platform Game Application using Unity Game Engine", Korean Society for Internet Information, Vol. 13, No. 2, pp133-134, 2012.
Unity Korea, https://unity3d.com/kr/
HyoungGu Lee, Ik Jae Jeon, "Design and Implementation of the NonTargeting AOS Online Game", Journal of Korea Game Society, Vol. 14, No. 5, pp.25-34, 2014.
Jong-Min Lim, Dong-Woo Lee, Youngsik Kim, "An Efficient Method to Update Character Moving Directions for Massively Multi-player Online FPS Games", Journal of Korea Game Society, Vol. 14, No. 5, pp.35-42, 2014.
HyoJoo Park and TaeYong Kim, "Traffic Analysis and Modeling for Network Games", Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 9, No. 5, pp.635-648, 2006.
Myung-Hee Kim, Seung-Seop Park, "Packet discard technique to improve the performance of the Internet Protocol", Korea Multimedia Society, Vol. 4, No. 2, pp.15-23, 2000.
Sung-Hyung Lee, Hyun-Jin Lee, Jae-Ryong Cha, Jae-Hyun Kim, Dong-Won Kum, Hae-Hyeon Baek, Sang-heon Shin, Jehyun Jun, "Periodic Packet Discard Policy for Frame Based Scheduler", Korea Information and Communications Society, Vol. 38, No. 2, pp.97-104, 2013.
S. Kim, T. Park, and C. Kim, "Mean value analysis of the waiting time for the drop-head buffer management," IEICE Trans. on Commun., vol. E85-B, no. 9, pp. 1860-1862, Sep. 2002.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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