Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法及平台技术

本发明专利技术涉及一种Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法及平台，所述方法用于实现虚拟场景中节点化身的数据块传输，包括以下步骤：1)请求节点维护一个兴趣区域内按照数据块请求优先级由高到低排序的数据块资源的第一队列，从第一队列头部开始依次向超级节点发出数据块查询请求；2)超级节点根据数据块查询请求查找拥有对应数据块的全部节点，将该全部节点中节点总上载压力最小的节点作为最优下载源；3)请求节点接收超级节点的返回信息，基于自适应请求数据量法向最优下载源发出数据块下载请求，建立下载连接并下载相应数据块。与现有技术相比，本发明专利技术具有提升数据传输效率和用户漫游体验等优点。

【技术实现步骤摘要】
Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法及平台
本专利技术涉及虚拟场景数据传输技术，尤其是涉及一种Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法及平台。
技术介绍
WebVR技术正在十分迅猛地发展，它借助浏览器可以为用户提供完全沉浸式的虚拟交互世界，这给用户提供了便捷的浏览体验方式，吸引了大量互联网用户，并被广泛应用于生产生活的方方面面。由于WebVR应用通常需要处理海量的场景数据并面向海量的用户规模，其带宽开销较大，如果采用C/S模式的系统架构，系统可扩展性会受到服务器性能的限制，系统规模和吞吐量的提升需要以增加硬件投资为代价。而P2P技术从资源共享的角度提出了资源传输的新思路，许多人开始研究利用P2P技术作为WebVR应用的底层传输架构。传统上，在Web端实现的对等传输通常需要利用插件来辅助完成。用户需要先在浏览器上下载相应的插件，才能和其他用户节点进行对等传输，这种方式既不方便，又存在安全隐患。在P2P相关研究中，场景数据调度一直是研究的热点。系统中的用户节点既是数据的消费者，也是数据的提供者，完成下载的用户节点变身为数据的提供者，将已经下载完毕的数据分享给其他节点。在这个过程中，用户节点可以通过数据调度算法计算出最优的数据下载优先级和候选源节点，以此获得最佳的传输效率。以往针对P2P数据调度的研究一般集中于流媒体传输或文件传输系统，很少将其应用于虚拟场景传输。用户在虚拟场景系统中的行为方式有其独特的特征，由于用户化身在虚拟场景中随机的运动，其对场景下载的需求是实时变化的，如果用户眼前的模型无法及时下载，其视野内就会出现空白的现象，影响漫游体验。为了达到最优化系统的传输效率，提升用户体验，需要一个高效的数据调度机制来管理节点数据的上传与下载。目前针对P2P数据传输系统的数据调度算法的研究主要集中于接收端调度的研究上。接收端调度一方面研究请求数据块优先级的计算，常用的算法如随机优先、最稀有优先、时间顺序优先等算法。另一方面主要研究候选下载源的选择算法，这方面常用的算法有上载压力选择法、下载源分级选择法、网络延时选择法等。虽然上述方法能对节点数据传输进行简单管理，但有着以下不足：1)对用户场景漫游行为的特点考虑的不足：由于虚拟场景漫游中的模型分布特征和用户行为特征十分鲜明，通用的数据调度算法并未充分考虑这些特征，没有分析模型位置、稀有程度、用户运动状态等因素对于传输效率的影响，造成数据共享程度低，传输效率较差。2)视锥体填充率较低：通用的数据调度算法没有考虑模型数据量和体积量大小对于传输优先级的影响，不能做到优先传输用户视锥体范围内占据体积较大而数据量较小的模型，从而导致视锥体填充率较低。3)节点带宽利用率低：网络中用户节点的网络带宽是动态变化的，其传输能力也在实时变化之中。通用的数据调度算法并未完全考虑到用户节点的带宽状况和硬件能力对于传输效率的影响，导致分配给节点的负载不均衡，节点带宽利用率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法及平台。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，用于实现虚拟场景中节点化身的数据块传输，包括以下步骤：1)请求节点维护一个兴趣区域内按照数据块请求优先级由高到低排序的数据块资源的第一队列，从所述第一队列头部开始依次向超级节点发出数据块查询请求；2)超级节点根据所述数据块查询请求查找拥有对应数据块的全部节点，将该全部节点中节点总上载压力最小的节点作为最优下载源；3)请求节点接收超级节点的返回信息，基于自适应请求数据量法向所述最优下载源发出数据块下载请求，建立下载连接并下载相应数据块，若下载失败，则将数据块下载请求转发给资源服务器。进一步地，步骤1)中，对于室内虚拟场景，所述数据块请求优先级由各数据块的模型填充度确定，所述模型填充度的计算公式为：Am＝Vm/m其中，Am为模型m的模型填充度，Dm为模型m的数据量，Vm为模型m的体积，模型填充度越大，数据块请求优先级越高。进一步地，步骤1)中，对于室外虚拟场景，所述数据块请求优先级由各数据块的模型下载优先度确定，所述模型下载优先度的计算公式为：Si＝μ(Tu+Ai)+(1-μ)Tσ其中，Si为第i个模型的模型下载优先度，μ为权重调节因子，Tu为模型在虚拟场景中的位置对于其下载优先度的影响，Ai为第i个模型的模型填充度，Tσ为模型分布度对于模型下载优先级的影响。进一步地，所述请求节点还维护一个存储新加入兴趣区域但未排序的数据块资源的第二队列和一个存储未成功下载的数据块资源的第三队列，所述第一队列、第二队列和第三队列间存储数据的动态变化过程具体为：根据用户化身的出生点位，计算其兴趣区域范围内所有数据块的数据块请求优先级，按数据块请求优先级从高到低排序将数据块资源存入第一队列中，初始化第一队列；随着节点化身在虚拟场景中移动，实时计算节点化身兴趣区域的动态变化，计算新加入可视场景集的模型，并将对应的数据块资源加入第二队列中，同时，节点化身按照第一队列的顺序依序请求数据块，下载好的数据块对应的数据块资源按照先入先出的顺序离开第一队列；在节点化身位置距离上一次计算数据块请求优先级时的距离超过设定距离阈值或者节点化身运动方向偏离上一次数据块请求优先级时的运动方向角度超过设定角度阈值时，根据第一队列与第二队列总和重新计算数据块请求优先级，按从高到低的顺序存入第一队列中，清空第二队列；当某一数据块的下载时间超过超时时间域，则将对应数据块资源添加至第三队列的队尾，在第一队列和第二队列全部清空后，重新请求第三队列的数据块资源，直到所有数据块下载完毕。进一步地，步骤2)中，所述节点总上载压力的计算公式为：其中，为节点i在t时刻的当前上载压力，为节点i在t时刻的潜在上载压力，为节点i在t时刻的上传带宽，τ为单位时间周期长度，s为数据块的大小，Qj为请求节点j向节点i在单位时间周期内请求的数据块数，n为请求节点总数，m为超级节点记录的资源被请求的次数，L为节点拥有的数据块总量，为数据块在系统中的副本数，k为一常量，Hl为一布尔值，Hl为1表示对应的数据块l为稀有数据块，β为一常量系数。进一步地，步骤2)中，选择所述最优下载源的具体包括以下步骤：201)判断各节点的节点总上载压力是否均大于1，若是，则超级节点向请求节点返回无满足节点的消息，若否，则执行步骤202)；202)从所有节点总上载压力小于1的节点中选取节点总上载压力最小的节点作为最优下载源。进一步地，步骤3)中，所述自适应请求数据量法具体包括以下步骤：301)在第一周期请求数据时，初始化请求数据量；302)在第c周期请求数据时，c＞1，请求节点检测并记录上一周期接收到的实际数据量Q′c-1，计算获得本周期的数据请求量Qc：Qc＝Qc-1+εΔQc-1+δΔBc-1+γΔTc-1ΔQc-1＝Q′c-1-Qc-1ΔBc-1＝Bc-Bc-1其中，ε、δ和γ为比例系数，Qc-1为上一周期的请求数据量，Bc和Bc-1分别为本周期和上一周期预估的节点带宽，ΔTc-1为上一周期内请求节点在下载完数据后空闲等待的时间。进一步地，所述预估的节点带宽的计算公式为：Bc＝αBc-1+(1)B′c-1其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，其特征在于，用于实现虚拟场景中节点化身的数据块传输，包括以下步骤：1)请求节点维护一个兴趣区域内按照数据块请求优先级由高到低排序的数据块资源的第一队列，从所述第一队列头部开始依次向超级节点发出数据块查询请求；2)超级节点根据所述数据块查询请求查找拥有对应数据块的全部节点，将该全部节点中节点总上载压力最小的节点作为最优下载源；3)请求节点接收超级节点的返回信息，基于自适应请求数据量法向所述最优下载源发出数据块下载请求，建立下载连接并下载相应数据块，若下载失败，则将数据块下载请求转发给资源服务器。

【技术特征摘要】
2017.10.16 CN 20171095966251.一种Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，其特征在于，用于实现虚拟场景中节点化身的数据块传输，包括以下步骤：1)请求节点维护一个兴趣区域内按照数据块请求优先级由高到低排序的数据块资源的第一队列，从所述第一队列头部开始依次向超级节点发出数据块查询请求；2)超级节点根据所述数据块查询请求查找拥有对应数据块的全部节点，将该全部节点中节点总上载压力最小的节点作为最优下载源；3)请求节点接收超级节点的返回信息，基于自适应请求数据量法向所述最优下载源发出数据块下载请求，建立下载连接并下载相应数据块，若下载失败，则将数据块下载请求转发给资源服务器。2.根据权利要求1所述的Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，其特征在于，步骤1)中，对于室内虚拟场景，所述数据块请求优先级由各数据块的模型填充度确定，所述模型填充度的计算公式为：Am＝Vm/Dm其中，Am为模型m的模型填充度，Dm为模型m的数据量，Vm为模型m的体积，模型填充度越大，数据块请求优先级越高。3.根据权利要求1所述的Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，其特征在于，步骤1)中，对于室外虚拟场景，所述数据块请求优先级由各数据块的模型下载优先度确定，所述模型下载优先度的计算公式为：Si＝μ(Tu+Ai)+(1-μ)Tσ其中，Si为第i个模型的模型下载优先度，μ为权重调节因子，Tu为模型在虚拟场景中的位置对于其下载优先度的影响，Ai为第i个模型的模型填充度，Tσ为模型分布度对于模型下载优先级的影响。4.根据权利要求1所述的Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，其特征在于，所述请求节点还维护一个存储新加入兴趣区域但未排序的数据块资源的第二队列和一个存储未成功下载的数据块资源的第三队列，所述第一队列、第二队列和第三队列间存储数据的动态变化过程具体为：根据用户化身的出生点位，计算其兴趣区域范围内所有数据块的数据块请求优先级，按数据块请求优先级从高到低排序将数据块资源存入第一队列中，初始化第一队列；随着节点化身在虚拟场景中移动，实时计算节点化身兴趣区域的动态变化，计算新加入可视场景集的模型，并将对应的数据块资源加入第二队列中，同时，节点化身按照第一队列的顺序依序请求数据块，下载好的数据块对应的数据块资源按照先入先出的顺序离开第一队列；在节点化身位置距离上一次计算数据块请求优先级时的距离超过设定距离阈值或者节点化身运动方向偏离上一次数据块请求优先级时的运动方向角度超过设定角度阈值时，根据第一队列与第二队列总和重新计算数据块请求优先级，按从高到低的顺序存入第一队列中，清空第二队列；当某一数据块的下载时间超过超时时间域，则将对应数据块资源添加至第三队列的队尾，在第一队列和第二队列全部清空后，重新请求第三队列的数据块资源，直到所有数据块下载完毕。5.根据权利要求1所述的Web3D虚拟场景对等传输数据调度方法，其特征在于，步骤2)中，所述节点总上载压力的计算公式为：其中，为节点i在t时刻的当前上载压力，为节点i在t时刻的潜在上载压力，为节点i在t时刻的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾金原，王成烨，闫丰亭，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31