Modellierung von Netzspieleverkehr

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1 INSTITUT FÜR NACHRICHTENVERMITTLUNG UND DATENVERARBEITUNG Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. P. J. Kühn Modellierung von Netzspieleverkehr ITG Workshop IP in Telekommunikationsnetzen 25./26. Januar 2001, Bremen Johannes Färber

2 Überblick Motivation Netzspiele - Klassifizierung - Typische Vertreter Netzspieleverkehr - bisherige Arbeiten - Verkehrscharakterisierung von Unreal Tournament Modellierung - einfache Modellierung (unabhängige Quellen) - komplexe Modellierung (verteilte Anwendung) Ausblick

3 Motivation IP-Verkehrscharakterisierung (auf Paketebene) Makroebene: alle IP-Pakete gemeinsam beschreiben Selbstähnlichkeit Überlagerung von ON/OFF-Quellen (mit unendlicher Varianz für ON oder OFF-Dauern) Fraktale Modellierung Mikroebene: IP-Pakete einer Anwendung beschreiben Dienstspezifische Verkehrsbeschreibung / Protokoll-Mechanismen WWW FTP Telnet IP-Telefonie... Multiplayer Netzspiele?

4 Motivation Multiplayer Netzspiele Ansteigende Beliebtheit - Grafik-PCs und Internetanschluß - Magazine, Clans, Turniere, Weltmeisterschaften Netz-Anforderungen - Verzögerung: sehr empfindlich (max 300 ms RTT) - Durchsatz: relativ gering (Modem) (~30 kbit/s) - Paketverlust: robust (~25%?) CAIDA: Backbone-Messungen (5/99-3/00) - 3-4% aller IP-Pakete für Online-Spiele (nur 0.5% der übertragenen Bytes) - eher pessimistische Schätzung 6 Spiele (Half Life, Quake 3, Starcraft, Quake 2, Quake World, Unreal) Median aus 7 Tagen mit 6-8 Traces (je 90 sec) pro Tag bei IP-Verkehrscharakterisierung berücksichtigen!

5 Netzspiele = Computerspiele, online über Komm.-Netze, menschliche Mitspieler = verteilte, interaktive, echtzeitkritische Anwendungen Client 1 Client 2 Server... Client n Klassifizierung (nach Ng Yu-Sheng) Multiplayer-Grad 2-32, , >200 Echtzeitanforderungen extrem, groß, unwesentlich Kommunikationsmodel Client/Server, Vollvermaschung Server-Lebensdauer einige Stunden, persistent

6 Netzspiele Typische Vertreter First Person Shooter (Doom, Quake, Unreal, Half Life,...) Spieler: 2-32 Antwortzeiten: extrem kurz Server-Lebensdauer: 1h - 6h Real Time Strategy (StarCraft, Age of Empires,...) Spieler: 2-8 Antwortzeiten: kurz Server-Lebensdauer: 1h - 8h Roleplaying Game (Diablo, Ultima Online, EverQuest,...) Spieler: 2-8 Antwortzeiten: kurz Server-Lebensdauer: 1h - 6h Spieler: tausende Antwortzeiten: kurz Server-Lebensdauer: persistent andere Genres Simulation, Sport, Strategie, Adventure,...

7 Netzspieleverkehr Bisherige Arbeiten: Borella; Bonham et al.; Bangun et al. First Person Shooter: höchste Anforderungen, größte Beliebtheit meist Quake 1 untersucht: nur UDP Server (etwa kbit/s pro Client) - kleine Pakete Bytes (+ 28 Bytes Header) - hohe Senderate 1/50-1/40 ms (Bursts: 1 Paket an jeden Client) Clients (etwa kbit/s) - kleine Pakete 24 Bytes Bytes (+ 28 Bytes Header) - hohe Senderate 1/50-1/10 ms (stark abhängig von CPU!) Smart Clients (Quake World) mit Movement Prediction - Senden von weniger Update-Paketen - sehr robust gegenüber Paketverlusten x a x a b Modellierung (Borella) fx ( ) -- e e e b =, b > 0 b Paketlänge: Deterministisch (Client) bzw. Extrem (Server) Zwischenankunftszeit: Extrem (Client) bzw. Extrem (Server-Bursts)

8 Netzspieleverkehr Beispiel: Unreal Tournament Allgemeine Charakteristik bei passiven Gegnern kaum Updates vom Server Client empfängt mit geringerer Bitrate mean packet size sending receiving 40 1C 1C 1C idle moving active 1C1-2C1 2C2 3C1 3C2 3C trace (activity test, 1client, 2clients, 3clients) mean rate (kbit/s) C idle 1C moving sending receiving 1C active 1C1-2C1 2C2 3C1 3C2 3C trace (activity test, 1client, 2clients, 3clients) große Unterschiede zwischen den Clients (Spielweise/ Performance) Clients senden kleinere Pakete als Server (Faktor ) Clients senden mehr Pakete als Server (Faktor ) Clients senden mit geringerer Bitrate als Server (Faktor ) Server sendet mit steigender Bitrate (pro Client) bei steigender Spielerzahl größere und häufigere Server-Updates bei Spieler-Aktivität

9 Netzspieleverkehr Paketgröße (von Client gesendet) density function client1 sending client2 sending client3 sending packet length (Bytes) complementary distribution function client1 sending client2 sending client3 sending packet length (Bytes) Paketgröße (von Client empfangen) density function client1 receiving client2 receiving client3 receiving packet length (Bytes) complementary distribution function client1 receiving client2 receiving client3 receiving packet length (Bytes)

10 Netzspieleverkehr Paket-Zwischenankunftszeit (von Client gesendet) density function client1 sending client2 sending client3 sending interarrival time (sec) complementary distribution function client1 sending client2 sending client3 sending interarrival time (sec) Paket-Zwischenankunftszeit (von Client empfangen) density function client1 receiving client2 receiving client3 receiving interarrival time (sec) complementary distribution function client1 receiving client2 receiving client3 receiving interarrival time (sec)

11 Netzspieleverkehr Starke Abhängigkeiten! Client (Senden) - Paketgröße: Wechsel zw. 2 Zuständen: 51 (± 2) und 60 (± 2) - Paketgröße: insbesondere bei aktivem Client starke Autokorrelation - Zwischenankunftszeiten: starke Autokorrelation (Änderungen langsam) - Paketgrößen und Zwischenankunftszeiten versch. Clients kaum korreliert Server (Senden) - Paketgrößen der unterschiedlichen Clients korreliert (zeitweise gleicher Verlauf auf unterschiedlichem Niveau) - Paket-Zwischenankunftszeit: Update-Pakete gleichzeitig an alle Clients - Burst-Zwischenankunftszeit geringe Autokorrelation Begründung durch Spielgeschehen: - Kreuzkorrelationen: bei Betreten gemeinsamer Bereiche häufige, umfangreiche und ähnliche Information an alle Beteiligten - Autokorrelationen: während Spielerbewegung ständig ähnliche häufige u. große Positionsinfo an bzw. Umgebungsinfo vom Server Wie modellieren?

12 Modellierung Unabhängige Modellierung von Clients und Server (nach Borella) Clients Server size size iat burst-iat Clients - Paketgrößen gut zu modellieren - Zwischenankunftszeit vereinfachend als Erneuerungsprozeß - Verhalten unabh. v. Spielerzahl, evtl. verschiedene Intensitäten modellieren Server - Paketgrößen als Erneuerungsprozeß, (etwas größer für mehrere Clients) - Burstlänge entspricht Anzahl der Clients - Burst-Zwischenankunftszeiten als Erneuerungsprozeß keine Modellierung des Spielgeschehens

13 Modellierung Modellierung des Client / Server - Verbundes Spielgeschehen Clients Server size size iat burst-iat Modellierung von Spielzuständen - Spieler-Interaktionen (Zusammentreffen) Kreuzkorrelation zw. Clients/Server - Aktivitäts-Zustände je Client (Spielerbewegung) Autokorrelationen bei Client großer Aufwand! Zielsetzung?

14 Ausblick Modellierung Modell testen Modell verfeinern - Paket-Zwischenankunftszeit Client - Burst-Zwischenankunftszeiten Server - Paketgrößen Server (ähnlich für alle Pakete eines Bursts) Vergleich/Abstimmung mit anderen Actionspielen (Half Life, Quake) Netzverkehr anderer Genres einbeziehen bzw. extra modellieren Netzspiele Spielekonsolen (Playstation 2, XBox, Dreamcast,...) Hintergrund-Dienste (Organisation v. Spielen, Chat,...) Sprachübertragung (eigene Programme, im Spiel integriert, OS-unterstützt)