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기본 사본을 갖는 P2P 멀티플레이어 게임 구조의 수준별 일관성 제어 기법
Multi-level Consistency Control Techniques in P2P Multiplayer Game Architectures with Primary Copy 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.15 no.4, 2015년, pp.135 - 143  

김진환 (한성대학교 멀티미디어공학과)

초록
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멀티플레이어 온라인 게임(MOG)은 수백 또는 수천명의 플레이어들을 위한 게임이며 대부분 인터넷을 이용하여 수행된다. MOG를 위한 P2P(peer-to-peer) 구조는 잠재적으로 규모조정성 증대, 비용 절감, 성능 향상 등이 가능하다. P2P 기반 게임의 기본 개념은 게임 상태를 플레이어들에게 분산 시켜서 각 플레이어가가 처리, 통신, 저장 업무를 수행하도록 하는 것이다. 객체에 대한 갱신 과정이 기본 사본에서 먼저 수행되는 기본 사본 기반 복제 기법에서도 객체들의 기본 사본은 플레이어들 간에 분산된다. 대부분의 멀티플레이어 게임은 각 객체마다 강한 일관성을 제공하기 위하여 기본 사본 모델을 사용한다. 게임은 여러 수준의 민감도를 가지며 각각의 일관성 요건에 따라 영역화될 수 있는 다양한 유형의 게임 액션들로 구성된다. 게임 내에서 각 액션의 유형마다 적절한 일관성 수준이 유지될 때 본 논문에서는 게임 개발업체가 성능과 일관성 간에 적절한 상충 관계를 선택할 수 있도록 한다. 기본 사본 모델을 갖는 P2P 게임 구조에 대한 성능 분석 결과가 기술된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A Multiplayer Online Game(MOG) is a game capable of supporting hundreds or thousands of players and is mostly played using the Internet. P2P(peer-to-peer) architectures for MOGs can potentially achieve high scalability, low cost, and good performance. The basic idea of many P2P-based games is to dis...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 MOG를 위한 P2P 구조의 기본 사본 모델을 2 장에서 분석하며 3 장에서 여러 수준으로 유지되는 일관성 기법이 기술된다. 4 장에서는 기본 사본을 가진 P2P 게임에서 수준별 일관성 제어 기법과 통신 대역폭이 분석된 결과가 기술되며 5 장에서 결론이 기술된다.
  • 반면 P2P 구조는 제한된 대역폭, 부정행위에 대한 취약점, 데이터의 일관성 보장 등 해결되어야 하는 여러 문제들을 가지고 있다. 본 논문에서는 P2P 구조에서 게임 시스템의 이벤트별 일관성 수준을 고려하여 기본 사본과 복제본을 갱신하는 과정을 고려하였고 이에 대한 통신 대역폭이 분석되었다. 일관성 수준이 높을수록 필요한 통신 대역폭이 증가하고 성능이 저하되는 결과가 확인되었다.

가설 설정

  • 본 실험에서 N 개의 객체들이 매초 U 회 갱신되는 것을 가정하였다. U를 15로 설정할 때 낮은 일관성 수준인Move 이벤트는 초당 10회, 중간 일관성 수준인 Fire, mpact 이벤트는 초당 3회, 정확한 일관성 수준인Damage, Spawn 이벤트들은 초당 2회의 갱신 과정이 수행되는 것으로 가정하였다. 높은 일관성 수준은 오차 범위를 결정하는 논리 과정이 포함됨에 따라 중간 일관성수준과의 대역폭의 차이가 크지 않아서 Damage, Spwan이벤트들은 정확한 일관성 수준으로 가정하여 실험이 수행되었다.
  • 각 플레이어의 노드에서 플레이어의 기본 사본 아바타 캐릭터 1 개와 N-1 개의 복제본들을 포함하여 N 개의 객체들이 초당 U 회 갱신되는 것으로 가정하였다. 본 논문에서 M은 200 바이트, N은 16 개에서 64 개, U는 15회, 전송할 플레이어의 수 (N-1)은 15 명에서 63 명 이하의 범위에서 Bup에 대한 실험을 수행하였다.
  • 모든 이벤트들을 중간 일관성 수준으로 설정할 경우 기본 사본 객체가 갱신될 때마다 복제본 객체로 전송되므로 낮은 일관성 수준의 대역폭에 비하여 5배 정도 큰 것으로 나타났다. 그리고 모든 이벤트들을 정확한 일관성 수준으로 설정할 경우 모든 복제본에 lock을 획득하는 과정이 필요하므로 평균 50바이트의 대역폭이 추가되는 것으로 가정하였다. 정확한 일관성 수준의 대역폭은 중간 일관성 수준에 비하여 25%가 증가되는 것으로 나타났으며 실제 통신 시간은 2배 이상인 것으로 분석되었다.
  • U를 15로 설정할 때 낮은 일관성 수준인Move 이벤트는 초당 10회, 중간 일관성 수준인 Fire, mpact 이벤트는 초당 3회, 정확한 일관성 수준인Damage, Spawn 이벤트들은 초당 2회의 갱신 과정이 수행되는 것으로 가정하였다. 높은 일관성 수준은 오차 범위를 결정하는 논리 과정이 포함됨에 따라 중간 일관성수준과의 대역폭의 차이가 크지 않아서 Damage, Spwan이벤트들은 정확한 일관성 수준으로 가정하여 실험이 수행되었다.
  • 공통적으로 게임 엔진은 미들웨어로써 구현되며 플레이어들의 요청 작업을 수신하고 게임 세계를 관리하며 갱신 결과를 다시 플레이어들에게 전송하는 역할을 수행한다. 본 논문에서는 게임 실행과 게임 상태의 전송이 서버의 게임엔진에 의해 전적으로 제어되는 클라이언트-서버 구조[6] 대신 P2P(Peer-to-peer) 구조를 게임의 기본 구조로 가정한다. 컴퓨팅 작업과 통신량을 플레이어들에게 분산시킬 수 있는 P2P 구조는 잠재적으로 규모조정성 증가, 비용 절감, 성능 향상 등을 추구할 수 있다[7].
  • 객체의 기본 사본을 사용하는 기법도 모든 객체의 기본 사본을 플레이어들에게 분산시키고 있으며 P2P 시스템을 사용하여 갱신 작업을 전송하게 된다. 본 논문에서는 클라이언트-서버 구조에 기반한 Quake 게임을 P2P 구조에 기반하여 수행되는 것을 가정한다. 각 플레이어가 다른 플레이어들에게 전송해햐 하는 통신량을 upload 대역폭 Bup라 하며 이는 갱신할 객체의 평균 크기(바이트) M, 갱신할 복제본 객체의 평균 수N-1, 초당 갱신되는 횟수 U, 갱신된 객체를 전송해야 하는 플레이어의 수 (N-1)의 곱으로 결정된다.
  • 본 실험에서 N 개의 객체들이 매초 U 회 갱신되는 것을 가정하였다. U를 15로 설정할 때 낮은 일관성 수준인Move 이벤트는 초당 10회, 중간 일관성 수준인 Fire, mpact 이벤트는 초당 3회, 정확한 일관성 수준인Damage, Spawn 이벤트들은 초당 2회의 갱신 과정이 수행되는 것으로 가정하였다.
  • 일관성이 낮은 수준에서는 매초 10 회씩 갱신되는 객체들의 속성을 관련 플레이어들에 모두 전송하는 대신 매초 2회 정도만 전송하고 나머지는 각 플레이어의 노드에서dead reckoning 기법이 적용되어 위치가 갱신되는 것으로 가정한다. 본 실험에서는 낮은 수준의 일관성이 유지될 경우 매초 2회만 기본 사본 객체를 가진 노드가 나머지 복제본을 가진 노드들에게 전송하는 것으로 가정하여 실험을 수행하였다.
  • 즉 기본 사본 객체의 속성이 갱신될 때마다 복제본 객체로 전송되는 것이 아니라 5회당 1회만 전송되는 것이다. 일관성이 낮은 수준에서는 매초 10 회씩 갱신되는 객체들의 속성을 관련 플레이어들에 모두 전송하는 대신 매초 2회 정도만 전송하고 나머지는 각 플레이어의 노드에서dead reckoning 기법이 적용되어 위치가 갱신되는 것으로 가정한다. 본 실험에서는 낮은 수준의 일관성이 유지될 경우 매초 2회만 기본 사본 객체를 가진 노드가 나머지 복제본을 가진 노드들에게 전송하는 것으로 가정하여 실험을 수행하였다.
  • 일정한 시간 간격을 두고 게임은 현재의 위치 속성을 판독하며 약간씩 위치를 갱신하여 목적지에 접근하게 된다. 일관성이 낮은 수준에서는 매초 여러 번 갱신되는 객체들의 위치 속성을 관련 플레이어들에 모두 전송하는 대신 매초 1-2회 이하로 전송하고 나머지는 각플레이어의 노드에서 dead reckoning 기법이 적용되어 위치가 갱신되는 것으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
플레이어의 모든 상호작용을 격리성(isolation)과 원자성을 보장하는 트랜잭션으로 처리할 경우 어떤 문제점이 있는가? 플레이어의 모든 상호작용을 격리성(isolation)과 원자성을 보장하는 트랜잭션으로 처리할 경우 가장 강력한일관성 형태를 가질 수 있다[1]. 그러나 트랜잭션으로 처리할 경우 비용이 증가하고 모든 게임 액션에 적용시키기는 현실적으로 어렵다. 또한 원자성을 보장하기 위하여 2 단계 commit 프로토콜을 수행할 경우 지연시간이 증가하여 게임의 상호작용성을 현저하게 감소시킬 수도 있다.
멀티플레이어 온라인 게임은 무엇인가? 멀티플레이어 온라인 게임(MOG; Multiplayer Online Game)은 인터넷을 이용하여 동시에 수백 또는 수천명의 플레이어들이 참여할 수 있는 게임이다[1, 2]. 인터넷을 기반으로 하는 World of Warcraft[3], Eve Online[4], Final Fantasy XI[5] 등은 현재 사업 규모가 계속 증가하는 MOG들이다.
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참고문헌 (19)

  1. K. Zhang and B. Kemme, "Transaction models for massively multiplayer online games," International Symposium on Reliable Distributed Systems, IEEE, pp. 31-40, 2011. 

  2. Suznjevic, M., Stupar, I. and Matijasevic, M., "Traffic Modeling of Player Action Categories in a MMORPG," International ICST Conf. on Simulation Tools and Techniques, pp. 280-287, 2012. 

  3. Blizzard Entertainment, http://www.worldofwarcraft.com/pvp/battlegrounds, 2011. 

  4. EVE Online, http://www.eveonline.com, 2011. 

  5. Final Fantasy XI, http://www.playonline.com/ffllus, 2011. 

  6. J. Kim, "Reduction method of network bandwidth requirement for the scalability of multiplayer game server systems," The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, v. 13, no. 4, pp. 29-38, 2013. 

  7. A. Yahyavi, B. Kemme, "Peer-to-peer architectures for massively multiplayer online games: A Survey," Journal ACM Computing Surveys(CSUR), v. 46, no. 1, Oct. 2013. 

  8. N. Knutsson, H. Lu, W. Xu and B. Hopkins, "Peer-to-peer support for massively multiplayer games," IEEE International Conference on Computer Communications. 2004. 

  9. A. Bharambe, A, J. Pang and S. Seshan. "Colyseus: A Distributed Architecture for Online Multiplayer games," International Conference on Networked Systems Design & Implementation, pp. 3-6, 2006. 

  10. J. Goodman and C. Verbrugge, "A Peer Auditing Scheme for Cheat Elimination in MMOGs," International ACM SIGCOMM Workshop on Network & System Support for Games, pp. 9-14, 2008. 

  11. S. Y. Hu, S. C. Chang and J. R. Jiang, "Voronoi state management for peer-to-peer massively multiplayer online games," International IEEE Conference on Consumer Communications & Networking, pp. 1134-1138), 2008. 

  12. Y. Chu, S. G. Rao, S. Seshan and H. Zhang, "A ca se for end system multicast," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, v. 20, no. 8, pp. 1456-1471, 2002. 

  13. A. Chandler and J. Finney, "On the effects of loose causal consistency in mobile multiplayer games," International ACM SIGCOMM Workshop on Network & System Support for Games, ACM, pp. 1-11. 2005. 

  14. L. Pantel and L. Wolf, "On the suitability of dead reckoning schemes for games," International ACM SIGCOMM Workshop on Network & System Support for Games, ACM, pp. 79-84, 2002. 

  15. A. Hsu, J. Ling, Q. Li and C. C. Jay Kuo, "On the design of Multiplayer On-line Video Game Systems," SPIE ITCOM, pp. 180-191, 2003. 

  16. Doom, Quake, ID Software, Inc. http://www.idsoftware.com03., 2003. 

  17. L. Chan, J. Yong, J. Bai, B. Leong and R. Tan, "Hydra: a massively-multiplayer peer-to-peer archite cture for the game developer," International ACM SIGCOMM Workshop on Network & System Support for Games, ACM, pp. 37-42, 2007. 

  18. D. R. Jefferson, "Virtual time," ACM Trans. on Programming Language Systems, v. 7, no. 3, pp. 404-425, 1985. 

  19. S. Ferretti, "A synchronization protocol for supporting peer-to-peer multiplayer online games in overlay networks," International Workshop on Distributed Event-Based Systems, ACM, pp. 83-94, 2008. 

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