Multiplayer-Technologien

Transkript

1 Seminar Algorithmen für Computerspiele Multiplayer-Technologien Alexander Beljawski 18. Juli 2010 Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme Universität Stuttgart

2

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Konsolenspiele Mario Kart Tekken Call of Duty Computerspiele Doom Neverwinter Nights World of Warcraft Massively Mutltiplayer Online Games 6 3 Grundlagen Client Server Client-Server Prinzip Peer Peer-to-Peer Prinzip Probleme in Netzwerken Lösungsansätze Latenzmaskierung Latenz Dead Reckoning Literatur 15

4 1 Einleitung Es gibt ganz viele verschiedene Arten der Spiele in der Spielewelt, wie zum Beispiel Sportspiele, Actionspiele, Strategiespiele, Abenteuerspiele, Simulationsspiele und viele andere. Für fast jedes Genre gibt es Spiele mit einem Multiplayer-Modus. Das heißt, dass man das Spiel nicht alleine, sondern mit mehreren Personen zusammen spielt. Man muss dabei zwischen zwei Arten von Spielen unterscheiden Konsolenspiele und Computerspiele. Im Folgenden werden einige der bekanntesten Multiplayerspiele dieser beiden Arten näher beleuchtet. Bei den Konsolenspielen werden Mario Kart von Nintendo, Tekken von Namco, Call of Duty von Infinity Ward und bei den Computerspiele Doom von ID, Neverwinter Nights von Strategic Simulation Inc. und das wohl bekanntest Multiplayer Computerspiel World of Warcraft von Blizzard Entertainment vorgestellt. 1.1 Konsolenspiele Mario Kart Mario Kart ist ein erfolgreiches Konsolenspiel von der japanischen Firma Nintendo, in dem man mit verschiedenen Figuren aus den Super Mario Spielen gegeneinander Kartrennen fährt. Es gibt die Möglichkeit sowohl einzeln als auch im Multiplayer-Modus zu spielen. Der Spieler legt am Anfang fest, mit welchem Charakter man das Rennen bestreiten will und schon geht es los. Während des Spiels kann man verschiedene Power-Ups einsammeln, die dem Spieler dann kurzfristig besondere Eigenschaften verschaffen. Man hat zum Beispiel Schildkrötenpanzer, mit denen man die Gegner abschießen kann oder man leuchtet bunt und fährt dadurch einige Sekunden schneller als die anderen. Es gibt ganze viele verschiedene Power-Ups, die man einsetzen kann. Die Anzahl der Spieler variiert zwischen den einzelnen Versionen und Spielmodi des Spiels. Bei der Abbildung 1.1 links sieht man Super Mario Kart aus dem Jahre 1992 und rechts sieht man Mario Kart Wii von Man sieht im Wesentlichen, dass sich im Laufe der Zeit die Grafik geändert hat, aber das Spielprinzip gleich geblieben ist [12]. Abbildung 1.1: Mario Kart 1992, Super Nintendo und 2008, Nintendo Wii[4, 7]

5 1.1 Konsolenspiele Tekken Der Beginn der Tekken-Spielereihe wurde vom japanischen Hersteller Namco 1994 eingeläutet. Das Spiel kam für die PlayStation raus und führte damals auf der Konsole das 3D-Beat em-up Genre ein. Es geht also darum den Gegner, der vom Spieler oder Rechner gesteuert wird, in einem Kampf zu besiegen. Auf dem Bild sieht man, wie das Spiel damals 1994 aussah [13]. Abbildung 1.2: Tekken 1994, PlayStation [11] Call of Duty Call of Duty gehört zum Genre der Taktik-Shooter und wurde von der US-amerikanischen Firma Infinity Ward entwickelt. Der erste Teil der Spieleserie kam 2003 auf den Markt. Als Spieler übernimmt man die Rolle eines Infanterie-Soldaten auf der Seite der drei alliierten Großmächte Sowjetunion, USA und Großbritannien, der im Zweiten Weltkrieg in Europa und Afrika kämpfen muss. Das Spiel gibt es nicht nur für die Konsole, sondern auch für den PC. Das Besondere bei Call of Duty ist, dass der sechste Teil der Spielreihe auf der PlayStation 3 im Internet spielbar ist. Das heißt, es ist möglich mit Freunden über das Internet im Multiplayer-Modus zu spielen. So etwas war bis vor Kurzem auf der Konsole nicht möglich [14]. Abbildung 1.3: Call of Duty 2009, PlayStation 3 [5]

6 4 Einleitung 1.2 Computerspiele Doom Doom gehört zum Genre der Ego-Shooter in der Computerspielwelt. Der erste Teil der Serie wurde im Jahr 1993 von ID Software veröffentlicht und war der erste 3D Ego-Shooter. Ursprünglich wurde das Spiel von ID für das NeXTStep Betriebssystem entwickelt. Allerdings wurde der Quelltext des Spiels 1999 für alle unter den GNU Richtlinien freigegeben. Seitdem wurde Doom von Programmierern auch auf andere Plattformen übertragen, beispielsweise Amiga, Apple ipod, Mac OS X, PlayStation Portable, Xbox 360 und weitere [15]. Abbildung 1.4: Doom 1993 [6] Neverwinter Nights Neverwinter Nights ist das erste grafische Massen Multiplayer Online Rollenspiel, welches von Strategic Simulation Inc entwickelt wurde und 1991 auf den Markt kam. Es konnten bereits bis zu 500 Spieler Neverwinter Nights gleichzeitig spielen und die virtuelle Welt erkunden. Das Besondere an diesem Rollenspiel war damals, dass die Entwickler von SSI zum Spiel einen kostenlosen Editor zum Erzeugen eigener Module zur Verfügung gestellt hatten und auch diesen ständig aktuell gehalten hatten. Damit gab es für die Spieler die Möglichkeit mit diesem Werkzeug-Set eigene Module zu entwickeln und diese auch anderen Spielern bereit zustellen. Diese Besonderheit hat unter anderem zu einem großen Erfolg von Neverwinter Nights beigetragen. Bei der Abbildung 1.5 sieht man, wie das Spiel 1991 aussah [16]. Abbildung 1.5: Neverwinter Nights, 1991 [3]

7 1.2 Computerspiele World of Warcraft World of Warcraft (WoW) zählt ebenfalls zu den Massen Multiplayer Online Rollenspielen, bei dem die Spieler gleichzeitig über das Internet zusammen spielen. Es wurde 2004 von Blizzard Entertainment veröffentlicht und gehört seitdem mit zu den erfolgreichsten Computerspielen aller Zeiten. WoW hat mittlerweile über 11 Millionen Spieler und macht jährlich einen Umsatz von einer Milliarde Dollar. Nicht nur wegen so einer großen Resonanz und einem so großen Erfolg wurde das Spiel gleich im ersten Erscheinungsjahr als Best Game of the Year ausgezeichnet. Der Nachteil sind die Kosten von ca. 10 Euro, die man pro Monat an Blizzard zahlen muss, um WoW online spielen zu können [17]. Abbildung 1.6: World of Warcraft, 2004 [10]

8 2 Massively Mutltiplayer Online Games In der Welt der Computerspiele und mittlerweile seit 2009 auch in der Konsolenwelt gibt es die so genannten Massively Multiplayer Online Games. Das bedeutet so viel wie Massen Multiplayer Online Spiel. Bei dieser Art von Spiel geht es primär darum, mit sehr vielen Spielern in einer virtuellen persistenten Welt gemeinsam über das Internet zu spielen. Eine persistente Welt ist eine virtuelle Welt, welche in einem gewissen Teil an eine reale Welt angelehnt ist und zu jeder Zeit für den Spieler zugänglich ist [18]. In dieser Welt finden auch Ereignisse statt, ohne dass der Spieler aktiv am Geschehen teilnehmen muss. Ein Beispiel wäre die Zeit, die in der virtuellen Welt voranschreitet, egal ob gerade ein Spieler aktiv ist. Bei den MMOGs gibt es für das Genre der Rollenspiele eine spezielle Bezeichnung: Massively Multiplayer Online Role-Playing Game also Massen Multiplayer Online Rollenspiel. Die bereits vorgestellten Spiele - Neverwinter Nights und World of Warcraft zählen zu diesem Genre und wurden bereits vorgestellt. Bei MMORPGs geht es darum, dass tausende Spieler, wie bei den MMOGs über das Internet miteinander interagieren. Man kann die MMORPGs von Spielprinzip mit den anderen Computer-Rollenspielen vergleichen. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Interaktion zwischen den Spielern bzw. zwischen den Spielergruppen, den so genannten Gilden. Die eigentliche Spielerwelt und die Spielfiguren der Spieler werden auf Servern verwaltet. Der Spieler verbindet sich mit Hilfe eine Clientprogrammes mit dem Server. Der Client hat üblicherweise nur die Daten zu Darstellung der Spielerwelt (Grafik, Objekte, Musik etc.), während die Spielmechanik auf dem Server verwaltet wird. Doch was sind Server und Clients? Was machen diese und wie kommunizieren sie über das Internet? Auf diese und andere Aspekte wird im folgenden Kapitel eingegangen.

9 3 Grundlagen Hier geht es um die Funktionsweise des Internets. Jeder PC im Internet bzw. in einem Netzwerk wird mit einer so genannten IP (Internet Protocol) identifiziert. Das Internet Protocol ist ein Netzwerkprotokoll und bildet die Grundlage des Internets. Es dient primär dazu, um Computer im Netzwerk bzw. im Internet eindeutig mit einer IP-Adresse zu adressieren. Die Router zwischen den Rechnern kann man sich wie Postämter vorstellen, die bei jedem Brief (Datenpaket) auf die Adresse (IP) schauen und nachsehen, ob sie den Zielrechner erreichen und das Paket zustellen können. Wenn das nicht geht, dann wird das Datenpaket an den nächsten Router geschickt, bis das Paket beim richtigen Zielrechner angekommen ist. Abbildung 3.1: Das Internet stark vereinfacht Es gibt zwei verschiedene Arten von Routern statische und dynamische Router. Die statischen gehören eher der Vergangenheit an und die dynamischen der Gegenwart. Der Unterschied zwischen den beiden ist, dass statische Router eine feste Liste von Zielrechnern besitzen, die sie erreichen können. Das bedeutet, dass wenn ein Router ausfällt, es für einen statischen Router keine Rolle spielt und er versucht beim nächsten Datenpaket wieder Informationen über den kaputten Router zu transportieren. Ein dynamischer Router funktioniert da etwas anders. Hier wird die Liste mit den Zielrechnern dynamisch verwaltet und ein ausgefallener Router wird kein zweites Mal kontaktiert. Es ist klar, dass die dynamischen Router viel schneller funktionieren und auch deswegen heutzutage eher benutzt werden. Die Kommunikation zwischen den Rechnern und Routern findet mit Hilfe der Netzwerkprotokolle statt. Die beiden wichtigsten sind wohl TCP und UDP. TCP steht für Transmission Control Protocol und UDP steht für User Datagram Protocol. TCP zeichnet sich dadurch aus, dass es verbindungsorientiert arbeitet. Das heißt, dass zwischen den Kommunizierenden eine Verbindung aufgebaut wird und die Daten dann in einem Datenstrom ausgetauscht werden.

10 8 Grundlagen Das Besondere hier ist, dass TCP bei jeder Information, die transportiert wird, ein sogenanntes acknowledgment vom Zielrechner erwartet wird. Man wartet also jedes Mal auf eine Bestätigung, dass die Daten richtig und vollständig angekommen sind. Bei dem UDP Protokoll ist das nicht der Fall. Dieses Protokoll arbeitet verbindungslos und garantiert nicht, dass bei jeder Übertragung das gesendete Paket sicher ankommt oder dass die Pakete in der gleichen Reihenfolge ankommen, in der sie gesendet wurden. Eine Anwendung, die dieses Protokoll verwendet, muss damit rechnen, dass Pakete verloren gehen und damit richtig umgehen. In Computerspielen wird meistens UDP eingesetzt, da es im Vergleich zu TCP viel schneller arbeitet. Wenn TCP benutzt wird und es bei einem Datenaustausch ein Paket verlorengeht, sendet man das Paket erneut, bis es sicher ankommt und man eine Bestätigung erhält. Es kommt zu Übertragungsverzögerungen. Bei UDP schickt man das Paket nicht erneut, sondern ignoriert es einfach, wodurch viel Zeit gespart wird. Natürlich darf man es nicht einfach so ignorieren, sondern muss darauf richtig und passend reagieren. Allerdings ist es manchmal sinnvoll bei Computerspielen TCP einzusetzen. Wenn zum Beispiel eine neue Version von einem Level oder einem Gegenstand heruntergeladen werden soll, möchte man als Spielentwickler garantieren, dass alle Beteiligten das gleiche Update erhalten. Daher nimmt man hier ein Paar Sekunden mehr in Kauf und transportiert die Daten sicher über das Transmission Control Protocol. Es gibt zwei grundlegende Prinzipien, auf denen der Aufbau eines Netzwerkspiels basiert. Es gibt zum einen das Peer-to-Peer Prinzip und das in der Computerspielindustrie öfter eingesetzte Client-Server Prinzip. 3.1 Client Ein Client (engl. für Kunde ) ist eine Anwendung, die in einem Netzwerk den Dienst eines Servers in Anspruch nimmt [19]. 3.2 Server Ein Server ist ein Programm, welches auf die Kontaktaufnahme eines Client-Programmes wartet und nach Kontaktaufnahme mit diesem Nachrichten austauscht. Umgangssprachlich wird auch ein Computer, auf welchem ein Server läuft, als solcher bezeichnet [20]. 3.3 Client-Server Prinzip Gehen wir zuerst auf das in Computerspielen häufig benutzt Client-Server Prinzip ein. Bei einem Client-Server-System gibt es einen oder mehrere Clients, die zu Servern eine Verbindung aufbauen. Die Server bieten die Funktionalität an und die Clients stellen die Benutzerschnittstelle zur Verfügung. Die meisten MMORPGs setzen auf das Client-Server-Prinzip. Der Server verwaltet die virtuelle Spielwelt. Der Spieler verbindet sich mit Hilfe des Clients mit dem Server und führt seine Aktionen dann auf dem Server aus. Diese Aktionen werden vom Server überprüft und falls möglich ausgeführt, danach wird die Information über die neu entstandene Spielwelt an den Client geschickt und dieser stellt diese dann dar.

11 3.4 Peer 9 Abbildung 3.2: Client-Server Prinzip Das Client-Server-System hat Vorteile, aber auch Nachteile. Ein großer Vorteil dieses Systems ist, dass der Spieler nur durch Verschicken von Nachrichten an den Server die Spielwelt verändern kann und somit das Cheaten, also das Manipulieren der Spielwelt zum Vorteil des Spielers, verhindert bzw. erschwert wird. Ein weiter Vorteil ist, dass der Client direkt mit dem Server verbunden ist, wodurch ein flüssiges Spiel ermöglicht wird. Allerdings besitzt das Client-Server-Prinzip auch einige Nachteile. Ein möglicher Nachteil ist eine zu hohe Auslastung der Server bei zu vielen Clients, wodurch die Bearbeitung der Anfragen an den Server nicht mehr schnell genug ablaufen würde. Außerdem würde ein Hardwareausfall des Servers zu einer permanenten Spielpause für alle Spieler führen bis der Ausfall behoben ist. 3.4 Peer Peer-to-Peer (engl. peer Gleichgestellter ) steht für eine Kommunikation unter Gleichgesinnten. Speziell in einem Peer-to-Peer Netz sind alle Computer gleichberechtigt und können sowohl Dienste in Anspruch nehmen, als auch Dienste zur Verfügung stellen [21]. 3.5 Peer-to-Peer Prinzip Wenn man ein Peer-to-Peer Netz bei einem Computerspiel nutzt, enthält jeder Rechner die komplette Spielwelt und die Nutzerschnittstelle dazu. Bei der Implementierung eines möglichen Peer-to-Peer Systems in einem Spiel muss man viele Aspekte beachten. Man muss dafür sorgen, dass zu jeder Spielsituation die Datenpakete auf allen Servern verteilt werden, damit das Spiel bei allen synchron läuft. Diese Aufgabe führt zu einem der Nachteile von P2P Netzen, und zwar dem großen Aufkommen an Daten, welches einen breitbandigen Anschluss bei allen Servern voraussetzt. Außerdem bedarf es eines leistungsfähigen Rechners, um genügend Rechenzeit für den Client zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren kann bei einem solchen System leichter manipuliert werden. Da jeder der Spieler die virtuelle Spielwelt auf dem eigenen Rechner hält, kann er leichter durch Skripte, Hacks oder andere Modifikationen Daten zum eigenem Vorteil verändern oder

12 10 Grundlagen Abbildung 3.3: Peer-to-Peer Prinzip hinzufügen. P2P bringt aber auch positive Aspekte mit sich. Da es ein dezentrales System ist, führt ein Ausfall eines Peers meistens nicht dazu, dass das gesamte Spiel ausfällt. Außerdem können komplizierte Berechnungen auf die vielen Rechner im Verbund verteilt werden. Wenn man das richtig implementiert, führt das zu einer Beschleunigung der Spiels. Man stellt fest, dass es bei der Entwicklung eines Multiplayer-Computerspiels vieles zu beachten ist. Dabei kommt es darauf an, welche Art von Spiel man implementieren möchte und welche Aspekte einem hier wichtig erscheinen. Im folgenden Kapitel gibt es weitere Probleme bzw. Schwierigkeiten, die einem beim Entwerfen eines Multiplayerspiels begegnen können. Es wird davon ausgegangen, dass das Spiel auf einem Client-Server Prinzip basiert [8].

13 4 Probleme in Netzwerken Ein Problem, welches in Netzwerken eigentlich immer zu beachten ist, ist die Hardware, also die Router. Hat man statische oder dynamische Router? Welche bieten sich an? Welche sind zu vermeiden? Man kann gegen eine veraltete Hardware, nicht wirklich etwas tun. Außerdem haben Router eine begrenzte Kapazität. Das heißt, dass sie nur ein Paket gleichzeitig bearbeiten können und die anderen in einer Warteschlange warten müssen. Die Größe der Warteschlange ist begrenzt und ist diese einmal voll, werden alle weiteren Pakete ignoriert. Diese Tatsache kostet natürlich Zeit bei der Übermittlung der Daten oder führt im schlimmsten Fall zum Verlust der Information. Als Spieler kann man versuchen solcher Problematik entgegen zu wirken, indem man seine Router erneuert. Allerdings kommt nach der eigenen Hardware die Hardware des Internetanbieters und schlimmstenfalls ist diese veraltet oder womöglich nicht richtig funktionsfähig. In solchen Fällen bleibt bei Netzwerkproblemen nichts anderes übrig, als den Provider zu wechseln und zu hoffen, dass diese Router aktueller und schneller sind. Ein weiterer wichtiger Punkt, der zur Minimierung von Problemen bei Netzwerkspielen führt, ist die Wahl des richtigen Netzwerkprotokolls. Wie eingangs erwähnt, muss man je nach Funktionalität entscheiden, welches Protokoll schneller und passender für das aktuelle Anliegen ist. 4.1 Lösungsansätze Welche Ansätze gibt es nun, um als Spielentwickler ein Multiplayerspiel möglichst flüssig und fehlerfrei zu gestalten? Es wichtig, nur die Informationen über das Netzwerk zu verschicken, die wirklich benötigt werden. Die Spieler brauchen nicht zu jedem Zeitpunkt zu wissen, welche Aktionen im gesamten Spiel stattfinden. Es reicht, wenn sie nur die Information erhalten, die sie für ihre aktuelle Spielsituation benötigen. Dadurch beschleunigt man den Transport der Pakete, spart Bandbreite ein und reduziert den Traffic. Außerdem verringert sich damit automatisch die Paketgröße, wodurch auch Spieler mit einer langsamen Internetverbindung das Spiel flüssiger spielen können. Sollten die Datenpakete trotzdem mal größer werden, bietet es sich an, diese in kleinere aufzuteilen. Dabei muss man Prioritäten setzten, welche der Informationen in ersten Paketen und welche eher in den letzten verschickt werden sollen. Es empfiehlt sich Informationen, wie die aktuelle Position des Spielers, seine Lebenspunkte, Daten über seine Umgebung mit den ersten Paketen zu verschicken, denn diese Informationen sind essentiell wichtig für das Spiel und müssen so schnell wie möglich vom Server zum Client übertragen werden. Auf Text- oder Chatnachriten kann man stattdessen auch ein wenig warten, denn diese Meldungen sind nicht zwingend für das Spiel notwendig. Ein anderer Ansatz ist, wenn der Server viele Textnachrichten verschicken muss, diese beim Client vorzuladen und zu referenzieren. Das heißt, die Textnachricht wird beim ersten Mal vom Server zum Client geschickt und mit einer Nummer referenziert. Sobald eine Nachricht gesendet werden muss, schickt der Server nur einen String

14 12 Probleme in Netzwerken mit der richtigen Nummer, die die Nachricht referenziert und der Client ruft diesen Text bei sich lokal ab. Ähnlich kann man verfahren, wenn bestimmte Dateien vom Client geladen werden müssen. Sollte zum Beispiel ein Sound abgespielt werden, wird die Sounddatei nur beim ersten Mal gesendet. Ab diesem Zeitpunkt braucht der Server nur einen String, mit dem Pfad zu dieser Datei, an den Client zu schicken und schon weiß dieser, welche Datei abzuspielen ist. Der nächste Punkt, den man nicht vernachlässigen sollte, ist die Frequenz mit der man Informationen verschickt, denn je seltener man Daten verschickt, desto mehr wird das Netzwerk entlastet. Diese Thematik wird im nächsten Kapitel aufgegriffen und ausführlich erläutert. Um die Datenpakete möglichst klein zu halten, kann man die so genannte Delta-Kodierung einsetzten. Hier geht es darum, nur die Daten zu verschicken, die sich im Vergleich zum letzten Frame geändert haben. Man speichert die Informationen, die mit dem letzten Paket gesendet wurden und vergleicht diese mit den aktuellen. Hat sich etwas verändert, dann wird die Information dazu transferiert und beim Client somit aktualisiert. Natürlich kann man nichts machen, wenn ein neues Objekt ins Spiel dazugekommen ist. Trotzdem kann die Delta-Kodierung recht große Verbesserungen bei der Minimierung der Paketgröße bringen [9].

15 5 Latenzmaskierung 5.1 Latenz Latenz gibt im Allgemeinen die Zeitdifferenz zwischen dem Auslösen eines Ereignisses und der Ausführung der zugehörigen Aktion an. Die Latenz entsteht in Computerspielen durch den Datenaustausch mit dem Server. Wenn eine Aktion bei einem Spieler stattfindet, wird diese an den Server geschickt. Diese wird dort auf ihre Durchführbarkeit überprüft und anschließend an alle Clients geschickt, die von dieser Aktion betroffen sind. Sollte ein Client eine langsame Internetverbindung besitzen, die schon durch ankommende Daten fast ausgelastet ist, wird es natürlich länger dauern bis seine Aktion beim Server eingeht, geprüft ist und an alle Clients gesendet werden kann. Es kann zu so genanntem Laggen kommen. Es sieht so aus, als würde der Spieler wild in der Gegend herumspringen. Der Grund dafür ist, dass die Aktualisierungen nicht rechtzeitig bei anderen Clients ankommen und der Server eine zu weit entfernte neue Position des Spielers angibt, welche dann durch einen plötzlichen Sprung bei allen aktualisiert wird. Minimale Latenzen sind im Spiel meistens nicht so tragisch, da man sie gar nicht richtig bemerkt. Es kann aber auch sein, dass es durch zu hohe Latenzen für einen Spieler problematisch wird. Wenn man zum Beispiel auf einen Gegner schießt und dieser nicht getroffen wird, obwohl man ihn genau trifft. Der Grund dafür ist, dass seine Position auf dem Server schon aktualisiert wurde aber auf beim Client noch falsch dargestellt wird. Deswegen hat es den Anschein, als würde man durch den Gegner hindurch schiessen [2]. Bei der Latenzmaskierung geht es darum die Latenzzeiten möglichst minimal zuhalten und die durch eventuell zu hohe Latenz entstehenden Probleme vor dem Spieler zu verstecken. Der Spieler soll also möglichst nichts von den fehlenden Datenpaketen merken. Die Grundidee ist, die neue Position des Spielers mit verschiedenen Algorithmen aus der aktuellen Position und Attributen wie Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Beschleunigung und etc. zu berechnen. Hier wird speziell der Dead Reckoning Algorithmus vorgestellt. 5.2 Dead Reckoning Beim Dead Reckoning versucht man ebenfalls die neue Position eines Objektes aus den Informationen der letzten Position zu berechnen. Man setzt dazu verschiedene Extrapolationsalgorithmen ein. Diese werden etwas später vorgestellt. Sobald ein Computer ein neues Objekt erzeugt, wird eine so genannte Protocol Data Unit (PDU) Einheit an alle Rechner im Netzwerk verschickt. Diese Einheit beinhaltet Informationen, die das Objekt eindeutig identifizieren und den Zustand des Objektes beschreiben, einschließlich Position, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Richtung. Außerdem enthält die PDU den Dead Reckoning Algorithmus, mit dem alle Knoten im Netzwerk die Bewegung des Objekts extrapolieren sollen. Wenn also ein Knoten so eine PDU Einheit bekommt, erstellt er zuerst lokal eine Kopie des Objektes und fängt danach an die Bewegung dieses Objektes mit dem

16 14 Latenzmaskierung mitgeschickten Dead Reckoning Algorithmus durchzuführen. Solange das Objekt sich vorhersehbar bewegt, müssen keine extra PDUs im Netzwerk verschickt werden. Sobald aber der Spieler die Position des Objektes ändert, muss diese Position auch bei allen anderen Knoten im Netzwerk aktualisiert werden. Das heißt, es wird eine neue PDU Einheit an alle verschickt. Doch das geschieht nur dann, wenn die Abweichung zwischen der alten und der neue Position einen vorher gesetzten Grenzwert übersteigt (Bei Abbildung 5.1 zum Zeitpunkt t 1 links). Erkannt wird es, weil der Computer, dem das Objekt gehört, bei sich auch den Dead Reckoning Algorithmus simuliert und so erkennt, wann die wirkliche Bewegung des Objekts (roter Pfad bei der Abbildung 5.1) von der simulierten (gestrichelter Pfad bei der Abbildung 5.1) zu stark abweicht. Sobald dies geschieht, wird eine PDU Einheit mit den neuen Informationen an alle Knoten verschickt. Diese aktualisieren die Position des Objektes und extrapolieren seine weitere Bewegung nach dem Dead Reckoning Algorithmus von der neuen Position aus (Bei Abbildung 5.1 zum Zeitpunkt t 1 rechts). Die Wahl des Grenzwertes muss man sehr klug wählen. Denn wenn dieser Wert zu klein ist, wird viel Traffic produziert und das Netzwerk unnötig belastet. Sollte der Grenzwert allerdings zu groß sein gewählt sein, wird die Bewegung des Objekts nicht mehr flüssig dargestellt und es kommt zum laggen, weil die Updates der Position zu weit auseinander liegen. Auf der Abbildung 5.1 sieht man ein kleines Beispiel, welches die Funktionsweise von Dead Reckoning erläutern soll. Abbildung 5.1: Dead Reckoning Beispiel [1] Es gibt bis zu zehn verschiedene Extrapolationsalgorithmen, die bei Dead Reckoning verwendet werden können. Allerdings unterscheiden sie sich alle kaum voneinander. Hier werden nur drei davon vorgestellt. Diese orientieren sich alle an der grundlegenden Physik.

17 5.2 Dead Reckoning 15 Der erste Algorithmus enthält die Position des Objekts, die in der PDU von t 0 spezifiziert wurde. P osition t1 = P osition t0 Der zweite Algorithmus extrapoliert das Objekt von der bekannten t0 Position basierend auf der Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t0. P osition t1 = P osition t0 + v r (t 1 t 0 ) Der dritte Algorithmus extrapoliert ebenfalls von der zuletzt bekannten Position, nutzt aber nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Beschleunigung. P osition t1 = P osition t0 + v r (t 1 t 0 ) ar (t 1 t 0 ) Der Einsatz von Dead Reckoning macht nur bei Objekten Sinn, die sich länger und öfter konstant in eine Richtung bewegen, da sonst zuviel Traffic entsteht und es keinen bemerkbaren Unterschied, bei der Minimierung der Latenz bringen würde. Deswegen wird das Verfahren oft für Boote, Flugzeuge oder Fahrzeuge verschiedener Art eingesetzt [1].

18 Literaturverzeichnis [1] Jesse Aronson. Dead reckoning: Latency hiding for networked games. reckoning latency hiding for.php. (online, ). [2] Yahn W. Bernier. Latency compensating methods in client/server in-game protocol design and optimization. (online, ). [3] Webdesigner depot. (online, ). [4] Ivan Garde w.jpg. (online, ). [5] ign.com w.jpg. (online, ). [6] RevistaGames. (online, ). [7] rolleyes.de. (online, ). [8] Rüdiger Schreiner. Computernetzwerke: Von den Grundlagen zur Funktion und Anwendung. Hanser Fachbuch, [9] Jake Simpson. Networking for games (online, ). [10] TechFresh. (online, ). [11] tekken.info. (online, ). [12] Wikipedia. Kart. (online, ). [13] Wikipedia. (online, ). [14] Wikipedia. of Duty. (online, ). [15] Wikipedia. (online, ). [16] Wikipedia. Nights. (online, ). [17] Wikipedia. of Warcraft. (online, ).

19 Literaturverzeichnis 17 [18] Wikipedia. Welt. (online, ). [19] Wikipedia. (online, ). [20] Wikipedia. (online, ). [21] Wikipedia. (Informatik). (online, ).

20

21 Erklärung Ich versichere, dass ich die Arbeit ohne fremde Hilfe und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Quellen angefertigt habe, und dass die Arbeit in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegen hat und von dieser als Teil einer Prüfungsleistung angenommen wurde. Alle Ausführungen, die wörtlich oder sinngemäß übernommen wurden, sind als solche gekennzeichnet. Stuttgart, den 18. Juli 2010 (Alexander Beljawski)