Inhaltsverzeichnis

Abk  ürzungsverzeichnis.  5

1.  Einleitung.  7

1.1.  Motivation.  7

1.2.  Aufgabenstellung.  8

1.3.  Aufbau der Arbeit.  9

2.  Multiplayerspiele im Desktop- und Konsolenbereich.  11

2.1.  Allgemeine Computerspiel-Genres.  11

2.1.1.  Actionspiele.  12

2.1.2.  Strategiespiele.  14

2.1.3.  Abenteuerspiele / Adventures.  16

2.1.4.  Simulationen.  17

2.1.5.  Sport- und Rennspiele.  18

2.2.  Multiplayer-Spiele.  20

2.2.1.  Technische Realisierungen für Multiplayer-Umgebungen.  20

2.2.2.  Populäre Multiplayer-Genres.  25

2.3.  Einführung in den MMOG-Bereich.  25

2.3.1.  Netzwerkstrukturen.  26

2.3.2.  Beeinflussung der Spielbarkeit.  30

2.3.3.  Fallbeispiel: World of WarCraft.  34

3.  Mobile Netzwerke.  37

3.1.  Übertragungstechniken.  38

3.1.1.  Bluetooth (802.15)  38

3.1.2.  Wireless LAN (802.11)  39

3.1.3.  GSM und GPRS.  40

3.1.4.  UMTS.  41

3.1.5.  WMAN (802.16)  43

3.2.  Beeinflussung drahtloser Kommunikation.  43

3.2.1.  Netzauslastung und Zellatmung.  44

3.2.2.  Ausbreitung der Funksignale.  44

3.3.  Eignung drahtloser Übertragungstechniken für mobile Spiele.  45

3.4.  Einführung in Standortbasierte Dienste.  46

3.4.1.  Global Positioning System (GPS)  46

3.4.2.  Netzwerk-basierte Positionsbestimmung.  47

3.4.3.  Assisted GPS (A-GPS)  48

3.4.4.  Weitere Ansätze.  49

4.  Verwandte Arbeiten.  51

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4.1.  Mobile MMOGs.  51

4.1.1.  TibiaME.  51

4.1.2.  Undercover 2: Merc Wars.  52

4.2.  Middleware für mobile Umgebungen.  53

4.2.1.  GASP - Gaming Service Platform.  53

5.  Entwurf und Implementierung der Middleware.  57

5.1.  Middlewarekonzepte.  57

5.2.  Middleware für MMOGs.  58

5.2.1.  Vorteile.  58

5.2.2.  Anforderungen.  59

5.3.  Design- und Implementierungskriterien.  60

5.3.1.  Gaming-Schnittstelle.  60

5.3.2.  Netzwerk-Schnittstelle.  62

5.3.3.  Programmiersprache.  64

5.4.  Entwurf und Implementierung.  64

5.4.1.  Struktur.  64

5.4.2.  Nachrichtensystem.  69

5.4.3.  Gesamtübersicht.  75

5.4.4.  Area of Interest.  76

5.4.5.  Flooding Algorithmus.  77

5.5.  Implementierung in eine Anwendung.  79

6.  Evaluierung und Test.  81

6.1.  Testumgebung und Vorgehensweise.  81

6.2.  Verhalten des Flooding Algorithmus.  84

6.2.1.  Erwarteter Versuchsausgang.  84

6.2.2.  Versuchsausgang und Auswertung.  84

6.3.  Einfluss der „Area of Interest“  86

6.3.1.  Erwarteter Versuchsausgang.  87

6.3.2.  Versuchsausgang.  87

7.  Zusammenfassung und Ausblick.  89

7.1.  Gaming-Architekturen.  90

7.2.  I/O Multiplexing.  91

7.3.  Umsetzen eines Clients auf J2ME.  91

7.4.  Location based Services.  92

7.5.  Weitere mögliche Funktionen.  92

Verwendete  Hilfsmittel.  93

Quellennachweis.   95

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Abkürzungsverzeichnis

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection DSL Digital Subscriber Line EDR Enhanced Data Rate FPS First Person Shooter GPRS General Packet Radio Service GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile Communications http Hypertext Transfer Protocol J2ME Java 2 Micro Edition LAN Local Area Network LBS Location Based Services MMOG Massive(ly) Multiplayer Online Game MMORPG Massive(ly) Multiplayer Online Role-Playing Game MOM Message-oriented Middleware P2P Peer to Peer PC Personal Computer PDA Personal Digital Assistant RPC Remote Procedure Calls RPG Role-Playing Game RTS Realtime Strategy RTT Round Trip Time SNES Super Nintendo Entertainment System TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protol UMTS Universal Mobile Telecommunications System VE Virtual Environments WAN Wide Area Network WAP Wireless Application Protocol WEP Wired Equivalent Privacy WLAN Wireless Local Area Network WMAN Wireless Metropolitan Area Network WPAN Wireless Personal Area Network XML Extensible Markup Language

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Der Computerspielemarkt hat in den vergangenen Jahren einen riesigen „Boom“ erfahren, der mittlerweile zum Beispiel in Deutschland sogar die Umsatzzahlen der Filmindustrie in den Schatten stellt [diepresse04]. Insbesondere Multiplayerspiele mit wenigen bis zu mehreren tausend Mitspielern (MMOGs) sind sehr populär geworden. Mit der stark gestiegenen Verbreitung mobiler Endgeräte ist auch die Nachfrage nach Spielen auf solchen Geräten immer größer geworden. Verfolgt man den Trend auf Desktop-Computern und Spielekonsolen, so werden MMOGs künftig auch im mobilen Spielesektor von großem Interesse sein.

Im Mobilbereich bietet sich insbesondere die Möglichkeit des so genannten „Pervasive Gamings“ ¹ , also Spiele, die durch die gegebene Mobilität der Endgeräte die reale Welt in die virtuelle Spielwelt mit einbeziehen. In diesem Zusammenhang sind ortsbezogene Dienste (LBS) von besonderem Interesse für künftige mobile Multiplayerspiele. Insbesondere ist dies für VE (Virtual Environments) und kurzzeitiges Spielen (z.B. auf dem Weg zu Arbeit) ein immer weiter wachsender Markt.

Während bei mobilen Computerspielen bisher technische Größen wie Speicher-, Video- und Rechenleistung limitierende Faktoren bei Nachahmungen erfolgreicher Computerspiele waren, ergeben sich bei mobilen Multiplayerspielen vor allem Probleme durch zugrunde liegende Netzwerkstrukturen, die Funktionen des Spiels entscheidend beeinflussen. Die Entwicklung eines jeden Multiplayerspiels muss sich folglich mit den Möglichkeiten und Begrenzungen der verschiedenen mobilen Netzwerkstrukturen und der Verwaltung der vielen tausend Spieler auseinandersetzen.

Eine einheitliche Plattform für den Zugang und die Nutzung der Netzstrukturen, aber auch die Verwaltung der gesamten MMOG-Umgebung stellt eine sinnvolle Lösung für Entwickler mobiler Mehrbenutzerspiele dar, die sich dadurch fast ausschließlich auf die Implementierung des Spielkonzepts konzentrieren können. Der Entwurf einer solchen

¹ pervasive (engl.) = durchdringend, tiefgreifend

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Kapitel 2 gewährt zuerst einen Einblick in den Multiplayer-Bereich in nicht-mobilen Umgebungen. Dazu werden allgemein Computerspiel-Genres betrachtet, bevor der Übergang zu Multiplayer-Spielen erfolgt, dessen technische Realisierungen vorgestellt werden. Der dritte Teil des Kapitels leitet schließlich in den MMOG-Bereich über und präsentiert mögliche Netzwerkstrukturen und damit verbundene Faktoren, die die Spielbarkeit beeinflussen können. Abschließend wird exemplarisch ein MMOG-Spiel aus dem Desktop-Bereich betrachtet.

Im dritten Kapitel werden mobile Netzwerke untersucht. Aktuelle und künftige mobile Übertragungstechniken werden vorgestellt. Da mobile Systeme hauptsächlich in drahtlosen Umgebungen genutzt werden, ergeben sich weitere Faktoren, die eine Übertragung beeinflussen und erschweren. Diese Faktoren werden analysiert, und es wird auf die Eignung mobiler Umgebungen für MMOGs eingegangen. Als weiteres Thema dieser Diplomarbeit werden Techniken, die Standort basierte Dienste ermöglichen, diskutiert. Das vierte Kapitel stellt die bisher noch seltenen Umsetzungen massiver Mehrbenutzerspiele im Handheldbereich vor und präsentiert einen verwandten Ansatz einer Middleware-Implementierung für mobile Mehrbenutzerspiele.

Kapitel 5 erarbeitet die wichtigsten Komponenten einer Middleware für MMOGs, deren Merkmale schließlich auch für die mobile Variante übernommen werden sollen. Es folgt der eigentliche Entwurf der Middleware, der grundlegende Strukturen vorstellt und einige implementierte Features erklärt.

Im sechsten Kapitel werden Testergebnisse, die mit der entwickelten Middleware erzielt wurden, präsentiert. Hierbei steht die Frage der Leistungsfähigkeit der Middleware anhand entstehender Verzögerungszeiten im Vordergrund. Hierbei soll die Skalierbarkeit des Systems durch implementierte zusätzliche Funktionen deutlich verbessert werden. Kapitel 7 fasst die erarbeiteten Ergebnisse noch einmal kurz zusammen und gibt einen Ausblick für zukünftige Weiterentwicklungen der Middleware.

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“I think there is a world market for maybe five computers.”

- Thomas J. Watson, Gründer von IBM, 1943

Dieses Kapitel gibt zunächst eine Übersicht über Multiplayerspiele und Genres, die sich im Heimcomputerbereich - also im Markt für Spielekonsolen und Desktop PCs - etabliert haben.

Dazu werden sowohl die populärsten Spiel-Genres vorgestellt als auch die verschiedenen (technischen) Multiplayer-Varianten und deren entsprechend benötigte Netzwerkstrukturen. Im Mittelpunkt der Betrachtungen stehen dabei Onlinespiele, die mehrere tausend Spieler unterstützen. Die möglichen technischen Realisierungen und Anforderungen, um eine akzeptable Spielbarkeit dieser so genannten Massive Multiplayer Online Games zu erreichen, sind dabei von besonderem Interesse im Hinblick auf die spätere Übertragung auf mobile Netzwerke.

2.1. Allgemeine Computerspiel-Genres

Computerspiele können anhand diverser Kriterien in Genres eingeteilt werden. Dabei ist sowohl eine eindeutige Aufstellung der Genres selbst als auch die Einteilung der Spiele in ein bestimmtes Genre nur schwierig möglich. Durch innovative Ideen und dem Streben der Spielhersteller, ein möglichst breites Spektrum an potentiellen Käufern zu erreichen, werden neue Spielfelder kreiert oder Spiele entwickelt, die gleichzeitig in mehrere Kategorien fallen. Dass eine eindeutige und zeitlose Klassifizierung nicht möglich ist, liegt unter anderem auch an der rasanten Weiterentwicklung der Technik (schnellere Prozessoren/Grafikkarten, größerer Arbeitsspeicher), die die Entstehung neuer Spiele und somit auch Genres fördert. Umgekehrt haben Spielhersteller heutzutage ebenfalls einen großen Einfluss auf die

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Jump ’n’ Run

Der Spieler steuert eine Spielfigur durch die Spielwelten (meist durch so genannte Levels ³ ) und überwindet dabei Hindernisse und Fallen. Ein populäres Beispiel ist das Spiel „Super Mario Land“ [SuML89], welches 1989 bereits auf dem tragbaren Handheld Gameboy [Gboy89] erhältlich war.

Beat’em Up

Diese Variante legt den Schwerpunkt auf das Bekämpfen/Schlagen von Gegnern. Dabei kann noch zwischen Spielen mit Bildschirm-Scrolling (die Levels werden durchlaufen ähnlich wie bei Jump ‚n’ Runs) und reinen Kampfspielen mit Eins-gegen-Eins (1 vs 1) Kämpfen, wie etwa „Streetfighter“ [StFi87], unterschieden werden.

³ Unterteilung des Spiels in einzelne Spielabschnitte (auch „Stages“) unterschiedlicher Schwierigkeit

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Echtzeitstrategiespiele

Die Entscheidungen des Spielers und die Entwicklung der Spielwelt geschehen in Echtzeit. Dies bedeutet, dass die Spielzeit ständig voranschreitet und somit in Echtzeit agiert (z.B. Verteilen von Aufgaben an seine Spielfiguren) und reagiert werden muss (auch bekannt als Realtime Strategy).

Echtzeitstrategiespiele erfreuen sich insbesondere im Mehrspielermodus großer Beliebtheit. Ein beliebter Vertreter dieses Genres ist die „WarCraft“-Serie [WarCraft94].

Rundenbasierte Strategiespiele

Das strategische Denken und Handeln erfolgt in einzelnen Runden. In jeder Runde trifft der Spieler eine Entscheidung, die anschließend in das Spielgeschehen übertragen wird. Dabei hat der Spieler genug Zeit, bevor er sich für einen Spielzug entscheiden muss. Ein typisches Beispiel wäre Schach (ein „Hybrid“, da es ebenfalls in die Kategorie „Sportspiel“ passt).

Aufbauspiele

Hier steht das Aufbauen und Verwalten einer Spielwelt im Vordergrund, so zum Beispiel die Entwicklung einer Stadt oder die Evolution eines virtuellen Volkes.

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Abbildung 2.5: The Secret of Monkey Island (PC-Version)

Rollenspiele

Computer-Rollenspiele (auch bekannt als Role-Playing Games) stammen von ihren Brettspiel-Vorbildern ab, die wiederum von entsprechender Literatur, wie den Werken von J.R.R. Tolkien, inspiriert wurden.

In einem Rollenspiel übernehmen die Spieler die Rolle eines Charakters in einer Fantasiewelt und versuchen unter vorgegebenem Regelwerk, die Entwicklung ihres eigenen Charakters voranzutreiben (Hinzugewinnen neuer Fähigkeiten wie „Zauberkräfte“, Sammeln von Gegenständen), um diverse Abenteuer in der Spielwelt zu meistern. Dabei werden den Spielern verschiedene Aufgaben, so genannte Quests, gestellt, die es zu lösen gilt.

Rollenspiele müssen kein vorgesehenes Ende haben, so dass die Fantasiewelten parallel zur „echten Welt“ ständig weiterleben und weiterentwickelt werden können. Wie im nächsten Abschnitt aufgeführt, sind Rollenspiele durch diese fiktiven Welten und Charaktere ein besonders interessantes Mehrspieler-Genre. Die starke Verbreitung des Internets in den letzten Jahren hat dafür gesorgt, dass Rollenspiele mit mehreren tausend Spielern möglich geworden sind (MMORPGs).

2.1.4. Simulationen

Simulationsspiele versuchen, Teile der realen Welt abzubilden, indem bestimmte Szenarien so realitätsnah (dies kann sich sowohl auf die Grafik als auch auf die inhaltlichen Elemente beziehen) wie möglich dargestellt werden. Die virtuellen Umgebungen sind dabei von

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Abbildung 2.7: Microsoft Flight Simulator 2004 (PC-Version)

Nachdem im ersten Abschnitt ein kurzer Einblick in eine mögliche Einteilung der Computerspiel-Genres gegeben wurde, werden nun solche Spiele detaillierter betrachtet, die für mehrere Spieler besonders interessant und gefragt sind. Dazu wird in erster Linie auf die technischen Möglichkeiten zur Implementierung eines Mehrbenutzer-Modus in Spielen im Heimcomputerbereich - insbesondere die Realisierung durch Netzwerkunterstützung - eingegangen.

2.2.1. Technische

Es ist bemerkenswert, dass „Pong“ [Pong72], das erste populäre Videospiel der Welt ⁵ , bereits für zwei Spieler entwickelt wurde und wenig später sogar Varianten mit 4 Spielern (vergleichbar mit einem Tennis-Doppel) vorgestellt wurden.

Single-Screen

Während „Pong“ aufgrund technischer Limitierungen einen Mehrspielermodus auf einem einzigen Bildschirm (Single-Screen, d.h. alle Spieler benutzen denselben Bildschirm) bot, wurde diese erste Möglichkeit mehrere menschliche Spieler gleichzeitig an derselben Konsole spielen zu lassen, wiederholt in den ersten Generationen der Videospiele

⁵ es wurden bereits Videospiele vor „Pong“ entwickelt, allerdings wird „Pong“ aufgrund der weltweiten Verbreitung als „Urvater“ der Videospiele bezeichnet [Wiki06]

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