Donnybrook: Innovating online multiplayer gaming

 With a recently developed technology called "Donnybrook" games with a 1.ooo players instead of 32 or 64 playing at the same time can be hosted (at least theoretically). The technology uses smart mechanics to filter stuff the player needs to retrieve from the server on the one hand - instead of downloading all the available information - and on the other hand to fill the information not retrieved with the help of AI. Really interesting.

I wonder if they can really deliver what they promise here. [...]
(show me)(don't show me)

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Entertainment / 13.09.2007 / 14:35
Microsoft Research: Deathmatch mit tausend Spielern
Große Mehrspieler-Gefechte auch mit niedrigen Bandbreiten

Neue Technologien sollen Mehrspielergefechte auch mit niedrigen Bandbreiten ermöglichen oder im Umkehrschluss noch mehr Spieler beherbergen können. Dabei verspricht Microsoft Research in einem Dokument sogar tausende Spieler, die gleichzeitig im Deathmatch gegeneinander antreten. Die Forschung ist zwar noch am Anfang, erste Tests waren dennoch vielversprechend.

Die Verwaltung vieler Spieler in einer einzigen Welt ist schon immer ein Problem gewesen. Insbesondere in Online-Rollenspielen fällt dies auf: Kommt es zu größeren Ansammlungen von Spielern, dann leidet das Spielerlebnis erheblich. Online-Rollenspiele versuchen mit Instanzierung einzelner Bereiche das Problem in den Griff zu bekommen - mit meist mäßigem Erfolg, wenn die Server eh gut besucht sind.

Zwar sind Online-Rollenspiele auch mit Verzögerungen meist noch spielbar, doch bei schnellen Spielen wie 3D-Shootern, bei denen sich die Verzögerungen während der Echtzeit-Gefechte nicht negativ auf das Spielerlebnis auswirken dürfen, gibt es deswegen ein deutlich stärkeres Spielerlimit. Gerade bei Shootern kommt es darüber hinaus auch beim Spieler auf gute Reaktionen an.

Microsofts Lösungsansatz geht von einer Peer-to-Peer-Vernetzung (P2P) aus, der eigene Client sendet also die relevanten Daten an alle Mitspieler. Da jedoch insbesondere die Bandbreite beim Hochladen meist stark begrenzt ist, helfen selbst die bisherigen Optimierungen kaum, um die Anzahl der Spieler in einen Bereich zu bringen, den Online-Rollenspiele mit ihrer Client-Server-Kommunikation bereits erreicht haben.

Die bisherige Optimierung sieht laut Microsoft wie folgt aus: Wenn zwei Spieler sich nicht sehen können, brauchen diese sich gegenseitig keine Daten (Geschosse, Spielerpositionen, spielrelevante bewegliche Gegenstände, etc.) zu senden. Das Hauptproblem ist, dass es trotzdem genug Situationen gibt, in denen jeder Spieler alle anderen sehen kann. Dem lässt sich zwar mit entsprechendem Kartendesign entgegenwirken, aber selbst dann gibt es Punkte auf einer Karte, die besonders anziehend auf menschliche Spieler wirken (Power Law Distribution).

Microsoft will mit einer Technologie namens "Donnybrook" das Spielerlebnis in P2P-Netzwerken verbessern. Dabei sind prinzipiell zwei Richtungen möglich: Zum einen können Spieler mit niedrigen Bandbreiten (vor allem im Bereich des Uploads) profitieren und zum anderen wäre es möglich, die Zahl der Spieler drastisch zu erhöhen.

Für interne Tests hat Microsoft zunächst einmal den ersten Weg eingeschlagen und das quelloffene Quake III Arena modifiziert. Testpersonen sollten Quake III spielen, dabei standen bei niedriger Bandbreite zwei Möglichkeiten offen: Die erste war ein regulärer Quake-Match, die zweite ein Quake-Match mit aktivierter "Donnybrook"-Technologie und weniger Bandbreite.

Die Spieler waren laut Microsoft mit weniger Bandbreite und "Donnybrook" fast genauso zufrieden wie beim normalen Spiel in einem Netzwerk mit hoher Bandbreite. Beim Vergleich in einem rein bandbreitenlimitierten Szenario entschieden sich sogar 96 Prozent der Teilnehmer für den "Donnybrook"-Server.

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"Donnybrook" bedient sich drei verschiedener Methoden zur Optimierung des Netzwerkverkehrs und drei verschiedener Prinzipien, denen die Spieler folgen:

"Focus Sets" und "Bounded Attention": Menschliche Spieler haben dem Forschungspapier zufolge eine begrenzte Aufnahmefähigkeit, wenn es um Gegner geht. Focus Sets nutzen den Umstand, dass der menschliche Spieler sich nur auf eine konstante Anzahl von Gegnern konzentrieren kann und passt die Anzahl der notwendigen Aktualisierungen entsprechend an. Die Anzahl der Aktualisierungen wird dabei anhand der vermuteten Aufmerksamkeit angepasst. Die Bewertung dessen übernimmt der Client und schickt - etwa an ein Ziel direkt vor den Augen des Spielers, auf welches er gerade schießt - genug Datenpakete für ein gutes Spielerlebnis.

Ein zweiter Spieler im Sichtbereich, der womöglich woanders hinschaut und nur Sperrfeuer abbekommt, würde dafür nicht so häufig neue Datenpakete bekommen, um Bandbreite zu sparen. Entsprechend sind die Bewertungskriterien erstellt worden: Entfernung des Ziels und Anvisieren des Ziels werden priorisiert. Zusätzlich werden auch vergangene Aktivitäten bewertet. Wird man etwa von einem Gegner ausmanövriert, ist dieser weder im Sichtbereich noch im Zielbereich. Dennoch hat der Spieler ein Interesse daran, den Gegner hinter ihm zeitnah zu finden.

"Pairwise Rapid Agreement": Wichtige Kommunikation zwischen Spielern wird priorisiert vermittelt. Für Quake III Arena haben die Forscher nur vier Interaktionen dieses Typs entdeckt, die in jedem Fall sofort zugänglich sein müssen: Ein Spieler fügt dem anderen Schaden zu, ein Spieler stirbt und ein anderer bekommt Punkte gutgeschrieben, ein Spieler nimmt einen Gegenstand auf und ein Spieler öffnet eine Tür.

Eine interessante Optimierung stellt die "Guidable AI" dar: Hierbei ersetzt der Client mit einer künstlichen Intelligenz die Gegner, die wenig priorisiert werden oder bei denen zu wenige Datenpakete vorliegen. In bisherigen Spielen sieht man dies etwa durch teleportierende Charaktere, hier fehlen die Datenpakete zwischen den Positionen. Die Guidable AI soll zum einen sicherstellen, dass die Bewegungen flüssig bleiben und zum anderen einen realistischen Weg gehen, da die Guidable AI den nächsten Schritt versucht vorherzusagen und umzusetzen.

Zwei wichtige Daten werden dazu ausgewertet: Position und Ausrichtung des Objekts. Während der Experimente haben die Forscher herausgefunden, dass eine Zeit von weniger als einer Sekunde ausreichend genug vorhergesagt werden kann. Das lokale Replikat eines menschlichen Spielers soll dabei alles können, was auch der menschliche Spieler tätigt bzw. tätigen kann. Dazu soll sich die bereits vorhandene Bot-AI nutzen lassen. Die Guidable AI soll natürlich nicht bei Gegnern angewendet werden, die durch die beiden genannten Mechanismen bereits im Fokusfeld des Spielers stehen.

'Donnybrook' im Vergleich zu herkömmlichen Technologien

Microsoft hofft, dass sich die ersten Ergebnisse auf größere Spieleransammlungen übertragen lassen. Ein 3D-Shooter mit fast 1.000 Spielern wäre so - laut Schätzungen der Forscher - möglich. Dabei genügt 1 MBit/s als Upload-Rate. Die Abhängigkeit zwischen Steigerung der Spieleranzahl und der Bandbreite könne dabei fast 1:1 umgesetzt werden.

Für die Zukunft wollen die Forscher noch daran arbeiten, dass das Spiel auch mit "Donnybrook" fair bleibt, die ersten Ergebnisse waren vielversprechend und große Nachteile waren nicht auszumachen. Für die Tests haben sich die Forscher bei den Bots bedient und diese 24 Stunden in den drei Umgebungen - hohe Bandbreite, niedrige Bandbreite und niedrige Bandbreite mit "Donnybrook" - gegeneinander spielen lassen. Die Forscher vermuten dennoch, dass gerade geübte Spieler Nachteile haben könnten.

Das komplette Forschungspapier mit dem Titel "Scaling Peer-to-Peer Games in Low-Bandwidth Environments" enthält auch Details zur Methodik und findet sich auf der Webseite von Microsoft-Forscher Jacob Lorch. (as)
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