Đồng bộ thận trọng trong mô phỏng mạng truyền thông quy mô lớn

Mô phỏng tin học (Computer simulation) là các chương trình máy tính, mạng máy tính để mô phỏng một mô hình trừu tượng của một hệ thống cụ thể thông qua các hiện tượng, các sự kiện trong thực tế hoặc số liệu đã có như các điều kiện thời tiết, các phản ứng hoá học, các quá trình sinh học và các số liệu kinh tế…. Quy mô của sự kiện được mô phỏng bằng mô phỏng tin học đã vượt xa bất cứ điều gì có thể (hoặc thậm chí có thể tưởng tượng) so với cách sử dụng mô hình toán học truyền thống giấy và bút. Đã có rất nhiều những bài báo, những cuộc hội thảo lớn trao đổi, nghiên cứu về mô phỏng song song và phân tán như Parallel and Distributed Simulation, Winter Simulation Conference, Computer Simulation Methods and Applications,… Các tác giả Alfred Park, Kalyan S. Perumalla và đặc biệt là Richard M. Fujimoto là những nhân tố tích cực, đóng góp rất nhiều kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực này. Trong đó có bài báo “Conservative Synchronization of LargeScale Network Simulations” (Đồng bộ thận trọng trong mô phỏng mạng truyền thông quy mô lớn) được in trong Kỷ yếu của Hội thảo lần thứ 18 về mô phỏng song song và phân tán (PADS04), tạp chí IEEE năm 2004. Trong phạm vi bài tập lớn môn học, tiểu luận sẽ trình bày các nội dung được đề cập đến trong bài báo, trên cơ sở của chuyên đề về các thuật toán mô phỏng song song thận trọng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC CÁC KỸ THUẬT HIỆN ĐẠI TRONG CNTT MÔ PHỎNG HIỆU NĂNG CAO Đề tài: “Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations” (Đồng thận trọng mô mạng truyền thông quy mô lớn) - Giảng viên hướng dẫn : TS Phạm Đăng Hải - Học viên thực : Hồ Thị Lợi (CA150114) Đoàn Vũ Giang (CA150108) Nguyễn Thị Thu Huyền (CB140170) - Môn học : Chuyên đề - Mã học phần : IT6190 - Chuyên ngành : Công nghệ thông tin - Hà Nội: 8/2015 - Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU TỔNG QUAN .4 GIỚI THIỆU BÀI BÁO PHÂN TÍCH CÁC MƠ HÌNH CMB 3.1 Null – message 3.2 Thuật toán lazy CMB null-message: 3.3 Tối ưu hoá thuật toán lazy null – message 3.4 Đồng hóa mơ quy mô lớn .9 ÁP DỤNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH NULL MESSAGE ĐỂ DỰ ĐỐN HIỆU SUẤT MƠ PHỎNG 4.1 Mơ hình đường sở (Baseline) 10 4.2 Những kịch khác cho mơ hình baseline 11 4.3 Nền tảng phần cứng phần mềm .11 4.4 Ước lượng Null-message 11 4.5 Ước tính số Overhead 12 4.6 Khả mở rộng thuật toán CMB .13 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NETWORK SIMULATION (NS) .14 5.1 Giới thiệu phần mềm mô NS 14 5.2 Đối tượng mô phỏng: 15 5.3 Dùng C++ Otcl để xây dựng NS: 16 5.4 Cấu trúc thư mục NS 16 5.5 Môi trường làm NS: .16 KẾT LUẬN .17 LỜI CẢM ƠN .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations LỜI MỞ ĐẦU Mô tin học (Computer simulation) chương trình máy tính, mạng máy tính để mơ mơ hình trừu tượng hệ thống cụ thể thông qua tượng, kiện thực tế số liệu có điều kiện thời tiết, phản ứng hố học, q trình sinh học số liệu kinh tế… Quy mô kiện mô mô tin học vượt xa điều (hoặc chí tưởng tượng) so với cách sử dụng mơ hình tốn học truyền thống giấy bút Đã có nhiều báo, hội thảo lớn trao đổi, nghiên cứu mô song song phân tán Parallel and Distributed Simulation, Winter Simulation Conference, Computer Simulation Methods and Applications,… Các tác giả Alfred Park, Kalyan S Perumalla đặc biệt Richard M Fujimoto nhân tố tích cực, đóng góp nhiều kết nghiên cứu lĩnh vực Trong có báo “Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations” (Đồng thận trọng mô mạng truyền thông quy mô lớn) in Kỷ yếu Hội thảo lần thứ 18 mô song song phân tán (PADS'04), tạp chí IEEE năm 2004 Trong phạm vi tập lớn môn học, tiểu luận trình bày nội dung đề cập đến báo, sở chuyên đề thuật tốn mơ song song thận trọng Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations TỔNG QUAN Kỹ thuật mô song song theo kiện rời rạc cho phép ứng dụng với mô hình mạng truyền thơng quy mơ lớn (chứa tới hàng triệu thiết bị đầu cuối thiết bị chuyển mạch) Tuy nhiên, hiệu suất mơ song song bị giảm xuống đáng kể không sử dụng thuật tốn đồng thích hợp Nội dung báo đưa nét so sánh hiệu suất khả mở rộng thuật toán synchronous (đồng bộ) asynchronous (không đồng bộ) mô mạng song song thận trọng Nhóm nghiên cứu phát triển mơ hình phân tích để đánh giá hiệu tính khả mở tham số xác định thuật tốn tiếng có tên Null-message Bài báo rõ liệu thực nghiệm chứng minh tính xác mơ hình Việc phân tích đo lường hệ thống song song với hàng trăm vi xử lý cho thấy kịch mô mơ hình mạng thu nhỏ có số lượng kênh vào / xác định thuật tốn null-message có khả mở rộng tốt khả giảm số lượng tính tốn giá trị tồn cục tối thiểu (global reduction) dựa giao thức đồng GIỚI THIỆU BÀI BÁO Mô song song ngầm định thực chương trình mơ tập processors kết nối chặt chẽ (máy tính song song) Các tiến trình logic (LPs) mơ song song thuật tốn thận trọng ln đảm bảo nguyên tắc causality, điều có nghĩa message nhận tiến trình xử lý theo trật tự không giảm nhãn thời gian Tuy nhiên, khơng có đảm bảo đồng hồ cục tiến trình khác “đồng giờ” với Vì vậy, đồng hóa mơ đề tài đề cập đến nhiều nghiên cứu trước Các thuật toán thận trọng chia thành loại, đồng khơng đồng Các thuật tốn khơng đồng khơng yêu cầu đồng hóa giá trị GVT (global vitua time) Thuật toán null-message (được phát triển từ thuật toán gốc Chandy-MisraBryant) giải vấn đề hủy bỏ bế tắc ví dụ điển hình thuật tốn khơng đồng Bên cạnh đó, thuật tốn đồng hóa sử dụng tính tốn global redution để tìm biên độ thời gian tối thiểu (Lower Bound on Timestamp - LBTS) thơng điệp nhận LP tương lai, điều giúp xác định Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations kiện an toàn để xử lý (ví dụ giao thức YAWNS) Một số thuật toán khác lại sử dụng kỹ thuật phát bế tắc phục hồi (deadlock detection and recovery) hay kỹ thuật cửa sổ thời gian (simulation time windows) Mặc dù trước có nhiều nghiên cứu đánh giá hiệu suất thuật toán đồng hoá thận trọng, hầu hết nghiên cứu mô quy mơ nhỏ (ít 100 vi xử lý) Do vậy, kết luận dựa nghiên cứu mơ khơng áp dụng kịch quy mơ lớn Trong báo nhóm nghiên cứu giải vấn đề liên quan việc so sánh thuật tốn khơng đồng CMB null-message với thuật tốn đồng barier mơ mạng truyền thông quy mô lớn Bài báo đề cập đến thuật tốn lazy null-message (trình bày phần 3) Phần mô tả kịch mô sử dụng cho nghiên cứu thực nghiệm, trình bày so sánh dự đốn mơ hình phân tích đo lường Phần trình bày liệu thực nghiệm so sánh hiệu suất thuật tốn CMB thuật tốn global reduction PHÂN TÍCH CÁC MƠ HÌNH CMB Thuật tốn CMB (Chandy – Misra – Briant) xây dựng dựa giả thiết tiến trình logic: - - Các LPs sử dụng kênh vào riêng cho LP khác có trao đổi với Mỗi kênh vào FIFO, có đồng hồ thời gian mà giá trị tương ứng với nhãn thời gian của: thông điệp đầu kênh vào (nếu có) thơng điệp cuối nhận (nếu hàng đợi rỗng) LPs trao đổi thơng điệp có nhãn thời gian Cấu hình mạng tĩnh, khơng tạo LPs động Các message gửi link theo trật tự thời gian Đường truyền tin cậy, thông điệp đến theo thứ tự gửi Thuật toán với mục đích đảm bảo xử lý kiện LP theo trật tự thời gian, tiến trình thực sau: WHILE (mơ chưa kết thúc) { - Đợi hàng đợi FIFO chứa msg Lấy kiện có nhãn thời gian nhỏ khỏ hàng đợi Xử lý kiện } END-LOOP Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations Thuật tốn dễ dàng cho thấy không vi phạm ràng buộc causality, message xử lý theo trật tự thời gian, nhiên lại dễ rơi vào bế tắc mà chu trình, tiến trình trạng thái chờ đợi message từ tiến trình khác Để giải vấn đề thuật toán null – message sử dụng 3.1 Null – message Trước hết, hiểu null – messge message chứa nhãn thời gian mục tiêu sử dụng gỡ bế tắc thực thuật toán thận trọng CMB cách lan truyền thời gian nhân tạo Cơ chế sử dụng null – message đơn giản: LP gửi null - message để nhãn thời gian thấp messages mà gửi tương lai Thuật toán CMB cải tiến với null – message: WHILE (mô chưa kết thúc) { - Đợi hàng đợi FIFO chứa msg Lấy kiện có nhãn thời gian nhỏ khỏ hàng đợi Xử lý kiện (null message không xử lý, gửi tiếp) Gửi tới LPs lân cận null messages mang nhãn thời gian thấp nhât của message LP gửi đến tương lai (Giá trị thời gian thời cộng với giá trị lookahead) } END-LOOP Có thể thấy thuật tốn null-message tháo gỡ bế tắc thuật toán CMB, nhiên thuật toán lại phục thuộc vào giá trị lookahead từ việc phục thuộc phát sinh thêm nhiều vấn đề phải giải như: giá trị lookahead = 0, giá trị lookahead nhỏ hay mức độ rẽ nhánh mạng lớn dẫn đến phát sinh nhiều null – message, điều đồng nghĩa với việc hệ thống phải xử lý nhiều null-message, hiệu suất hệ thống mô không cao Vậy phải làm để dự đoán giá trị lookahead phù hợp, số thuật toán bổ sung khắc phục nhược điểm null-message đời 3.2 Thuật toán lazy CMB null-message: Một phiên thuật toán CMB - lazy CMB đời, lazy CMB null-message hạn chế số lượng null message gửi hệ thống cách Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations gửi chúng cần thiết Cụ thể, null message gửi LP đạt đến cuối thời gian xử lý an tồn nó, tức LP bị chặn Trong trường hợp này, không gửi null message hệ thống dẫn đến bế tắc Thuật tốn lazy CMB null-message sẽ: • Đợi thời gian τ trước gửi null-message • Chỉ gửi message cần thiết – Khi xử lý tất msg an toàn, gửi null-message chờ đợi – Khi nhận null-message, tính cận nhãn thời gian message tiếp Hình 1: Runtimes thuật tốn Lazy CMB Hình cho thấy q trình mơ sử dụng thuật tốn Lazy CMB (giả sử LP có lookahead) với giá trị "LBTS" lazy null message thực tương tự mô thời gian bước Với số lượng tối thiểu null message trao đổi LP, sơ đồ tương tự mô đồng Người ta tính tốn số lượng null message Nɸ gửi sau: (1) Trong m số lượng LP, n số lượng kênh đầu LP, s chiều dài thời gian chạy mô Số lượng cửa sổ thực (s chia lookahead), cho biết số vòng quay thời gian bước cho null message gửi Vd với: m = 8, n = 2, s = 25, lookahead = 0,2 giây Bằng công thức 1, tổng số null message 2.000 Khái qt hố, tính tốn gần số Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations lượng tin nhắn đồng hóa (Nψ) thay đổi số lượng đầu vào phương trình (giả sử m bội số 2): (2) 3.3 Tối ưu hoá thuật toán lazy null – message Để tối ưu hố thuật tốn lazy null-message sử dụng phương pháp sau: - Gửi null-message theo chu kỳ: LP gửi null-message f đơn vị thời gian trước mơ (trong giá trị f nhỏ giá trị lookahead LP, giả thiết LP có lookahead) Với cách tăng tần suất gửi nullmessage tới LP kế cận tránh tình trạng bế tắc hệ thống - Loại bỏ bớt null-message có nhãn thời gian: Giả sử LP vừa gửi null-message có nhãn thời gian t, sau không cần thiết phải gửi thêm null-message khác có nhãn thời gian t (các nullmessage có nhãn thời gian cần gửi lần từ LP) Từ biện pháp tối ưu trên, phương trình sửa đổi sau: (3) Trong c tỷ lệ null-message bị hủy bỏ f tần suất null-message gửi Ở đây, giá trị f sử dụng vị trí giá trị lookahead phương trình Bây chuyển sang trường hợp tổng quát lookahead không đồng kênh đầu Nó hữu ích để xây dựng mơ hình phân tích mà mơ hình mơ khơng thường xun Ở đây, giả định giá trị lookahead gán cho liên kết Trong trường hợp giá trị lookahead khác LP, công thức sửa đổi thành phương trình: (4) Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations Phương trình 1-4 với giá trị lookahead tần suất gửi null message cho phép ước lượng số null message gửi suốt q trình mơ Tính tốn số lượng null message quan trọng yếu tố quan trọng để tính tốn giá trị overhead thuật tốn null message Phương trình tính tốn số overhead thuật tốn lazy null messge Ở a số lượng kết nối từ xa, p tỷ lệ phần trăm w số lượng loại kết nối cụ thể Số lượng w yếu tố thông thường truyền thông Ví dụ, có kết nối nhớ dùng chung (w1) Ethernet (w2), w1 = w2 = 10 Bằng cách sử dụng phương trình này, khơng tính tốn số lượng null message gửi qua tất LP, mà cịn tính giá trị overhead thuật tốn null message với kịch mơ Điều hữu ích việc dự báo hiệu suất kịch baseline (ví dụ thí nghiệm nhỏ) 3.4 Đồng hóa mơ quy mơ lớn Lưu ý phương trình (1) phương trình (2) khác hệ số n (1) thay log2m (2) Đối với thuật toán quản lý thời gian đồng bộ, số lượng tin nhắn đồng hóa tăng tỉ lệ thuận với mlog 2m, so với tỉ lệ m thuật toán CMB Hơn nữa, giá trị không bao gồm thời gian ngắt khởi động lại đồng thời toàn LP hệ thống (thời gian tăng tuyến tính số lượng LP tăng), góp phần tăng giá trị overhead quản lý thời gian phép tính LBTS Vấn đề thảo luận thêm với kết hiệu suất phần 4.5 ÁP DỤNG MƠ HÌNH PHÂN TÍCH NULL MESSAGE ĐỂ DỰ ĐỐN HIỆU SUẤT MƠ PHỎNG Các mơ hình phân tích cho phép dự báo hoạt động null-message giá trị overhead Những số sử dụng để dự báo hiệu suất mơ hình mơ khác Đầu tiên ước tính hoạt động nullmessage giá trị overhead hệ thống mô phỏng, sau so sánh với số Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations đo đạc thực nghiệm Các phần sau liên quan đến kết thực nghiệm (mỗi LP tương ứng với CPU vật lý) 4.1 Mơ hình đường sở (Baseline) Nhóm nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn phát triển Đại học Dartmouth tập hợp mơ hình baseline để mơ hình hóa mơ mạng cộng đồng [22] Cấu hình baseline tạo để chứng minh khả mở rộng mạng mô Mỗi phần mạng gọi Campus Network (CN) Hình cho thấy cấu trúc liên kết cho CN Mỗi CN bao gồm máy chủ, 30 thiết bị định tuyến, 504 máy chủ (tổng số 538 nút) Mỗi CN bao gồm mạng (sub-network) riêng biệt Net bao gồm thiết bị định tuyến, có nút 0:0 router gateway cho CN Net gồm router máy chủ Net gồm tuyến, router LAN, 294 khách hàng Net chứa định tuyến, thiết bị định tuyến mạng LAN, 210 khách hàng 0:2 To other CNs 0:0 1:0 1:2 1:3 0:1 Net 1:4 1:1 2:0 2:1 2:2 2:3 2:4 1:5 Net 2:5 3:0 3:1 3:2 3:3 2:6 Net Net Hình 4: Campus Network Tất liên kết máy chủ khơng phải điểm cuối (non-end host) có băng thông 2Gb/s độ trễ truyền thông (delay) 5ms (riêng truyền thông Net đến Net có delay 1ms) Host cuối kết nối point-to-point với router mạng LAN tương ứng có băng thơng 100MB/s delay 1ms Nhiều CN kết nối với để tạo thành cấu trúc liên kết vịng Chính tính chất mạng cho phép mơ hình sở để dễ dàng thay đổi kích thước (thu nhỏ hay mở rộng quy mơ) 10 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations 4.2 Những kịch khác cho mơ hình baseline Nhóm nghiên cứu đưa kịch với cấu hình tương phản Việc lựa chọn máy chủ ngẫu nhiên, thay đổi độ trễ lan truyền mạng liên kết vòng thay đổi cụm liên kết tạo kịch sử dụng nghiên cứu Kịch Lưu lượng Chord? Đặc tính khác Baseline Std No None Baseline-R Rand No None Baseline-2ms Rand No Single 2ms ring link Chord-R Rand Yes None Chord-Asym Rand Yes Asym Chord delays Bảng Benchmark Scenarios 4.3 Nền tảng phần cứng phần mềm Phần mềm mô song song / phân tán (PDNS) phần mềm mô mạng tảng HLA RTI (High Level Architecture & using RunTime Infrastructure based) Các PDNS nhắc đến nghiên cứu gồm có: NS2, libSynk, NS-2 (Network Simulator 2): phần mềm mã nguồn mở mô mạng điều khiển kiện riêng rẽ hướng đối tượng, phát triển UC Berkely, viết ngôn ngữ C++ Otcl chạy Windows 32 Linux NS hữu ích cho việc mô mạng diện rộng (WAN) mạng local (LAN) Bốn lợi ích lớn NS-2 phải kể đến là: Khả kiểm tra tính ổn định giao thức mạng tồn tại; Khả đánh giá giao thức mạng trước đưa vào sử dụng; Khả thực thi mô hình mạng lớn mà gần ta khơng thể thực thi thực tế; Khả mô nhiều loại mạng khác libSynk: thư viện quản lý kết nối thời gian libSynk sử dụng để quản lý tình mơ song song phân tán, sử dụng để phân chia nhớ kết nối SMP TCP/IP để truyền thông qua SMPS 4.4 Ước lượng Null-message Sử dụng mơ hình phân tích cho thuật tốn CMB ước tính số lượng Null-message gửi hệ thống Bảng cho thấy số liệu ước tính 11 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations với số liệu đo đạc thực kịch baseline mô song song Trong kịch có s = 25; lookahead = 0,2; f = ( 0,2/3 ); n = 2; c = 0,5 Số lượng CPUs Null-message ước lượng Null-message đo đạc 1,500 1,424 3,000 2,974 16 6,000 6,064 32 12,000 11,890 64 24,000 23,586 128 48,000 48,628 256 96,000 96,034 512 192,000 193,862 Bảng Ước lượng số lượng Null message Số liệu Bảng cho thấy mơ hình phân tích nhóm nghiên cứu dự đốn xác số lượng null-message Sự chênh lệch số liệu ước lượng số liệu mô phụ thuộc vào tỉ lệ số lượng null-message gửi số lượng null-message bị hủy bỏ Gần khơng thể dự đốn xác tỉ lệ này, số liệu ước lượng gần với số liệu thực tế đo đạc từ việc mô 4.5 Ước tính số Overhead Từ kết ước tính số lượng null-message gửi trên, với phương trình thiết lập mục 3.3, để ước tính giá trị overhead cho kịch mơ Nhóm nghiên cứu đưa khái niệm “Packet Transmissions per Second of wallclock time” (PTS): số lượng gói tin xử lý giây wallclock hay số lượng gói tin truyền từ nút tới nút khác hệ thống mạng Giá trị overhead PTS trường hợp mô với 32 CPU thể Bảng Số liệu thống kê cho biết 28 CPU (87,5%) gửi tin nullmessage thông qua đệm nhớ dùng chung CPU cịn lại (12,5%) giao tiếp thơng qua giao thức TCP / IP Ethernet Sử dụng giá trị m = 32, p1 = 0,875, p = 0,125, W1 = 1, w2 = 10, số overhead cho kịch 6,25 12 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations Kịch Chỉ số Overhead PTS Baseline 6.25 1,512,410 Baseline-R 8.52 865,385 Baseline-2ms 10.54 621,008 Chord-R 9.43 699,848 Chord-Asym 4.6 12.21 684,630 Bảng Ước lượng số Overhead Khả mở rộng thuật tốn CMB Trong phần 3.3, chúng tơi rằng, thuật toán Null-message tương đối ổn định tăng kích thước mơ hình mơ Chúng tơi chứng minh thực nghiệm với kịch Baseline (đường sở) Nhưng với kịch khác, hiệu thuật toán null-messages phụ thuộc nhiều vào khả dự báo giá trị lookahead Số lượng CPUs Null Messages Reductions 16 784 736 32 783 747 128 787 Bảng Mô cho kịch Baseline 892 Thời gian mơ thuật tốn CMB gần không đổi mô với quy mô từ 16-128 VXL (xem Bảng 4), thời gian toàn cục (global redutions) lại đặn tăng theo số lượng CPU (từ 16 đến 128 CPU) Hình cho thấy thay đổi giao thức đồng với kịch Baseline Số lượng CPUs Null Messages Reductions 64 420 508 128 414 523 256 420 563 512 436 620 Bảng Mơ mơ hình lớn với kịch Baseline Đây kết mô máy Compaq Alpha Tru64 cluster 13 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations Giá trị PTS tương ứng thể hình Kịch baseline sử dụng giá trị global reductions tăng theo hàm mũ tương ứng với quy mơ mơ Ngược lại, thuật tốn null-message lại tương đối ổn định thời gian chạy hiệu suất lên đến 512 CPU Hình Đánh giá PTS theo quy mơ mơ Hình PTS mơ hình lớn PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NETWORK SIMULATION (NS) 5.1 Giới thiệu phần mềm mô NS NS (Network Simulation) chương trình phần mềm dạng hướng đối tượng sử dụng để mô lại kiện xảy hệ thống mạng NS sử dụng để mô LAN WAN, thực thi mô mạng lớn nhiều loại mạng khác 14 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations Hệ mô NS-2 phát triển trường đại học Berkeylay từ năm 1989, phần dự án VINT (Virtual Internet Testbed) phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley Hình ảnh: Tổng quan NS góc độ người dùng • OTcl Script Kịch OTcl • Simulation Program Chương trình Mơ phịng • OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng • NS Simulation Library Thư viện Mơ NS • Event Scheduler Objects Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện • Network Component Objects Các đối tượng Thành phần Mạng • Network Setup Helping Modules Các mơ đun Trợ giúp Thiết lập Mạng • Plumbling Modules Các mơ đun Plumbling • Simulation Results Các kết Mơ • Analysis Phân tích • NAM Network Animator Minh họa Mạng NAM 5.2 Đối tượng mô phỏng: - Wired, Wireless, Satellite - TCP Agents, UDP Agents, multicast, unicast - Thiết kế chế quản lý hàng đợi định tuyến DropTail, Fair Queueing, Red 15 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations - Cài đặt thuật toán định đường động tĩnh, Dijkstra, vector khoảng cách, thuật toán trạng thái liên kết, - Hỗ trợ ứng dụng WebCache, FTP, Telnet, CBR, Web, Real Audio 5.3 Dùng C++ Otcl để xây dựng NS: Hệ mô NS viết C++ Otcl, C++ dùng để xử lý liệu, thao tác gói tin Otcl sử dụng để định dạng cấu hình mơ phỏng, điều khiển mơ Đây lí để hệ mô NS đạt hiệu Để giảm bớt thời gian xử lý gói tin kiện mô phỏng, tất thực C++ 5.4 Cấu trúc thư mục NS 5.5 Môi trường làm NS: Để thực mô mơ hình mạng trước hết ta phải khởi tạo đối tượng, liên kết, Agent, dịch vụ truyền tin môi trường NS, điều đơn giản NS hỗ trợ cách khởi tạo đối tượng Sau khởi tạo đối tượng nút(node), liên kết(link), Agent, dịch vụ truyền tin đoạn mã lệnh tương ứng phát sinh Cấu trúc câu lệnh NS đơn giản sử dụng để tạo mơ hình theo ý muốn 16 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations Sau thực mơ mơ hình mạng NS, trình biên dịch dịch chương trình mô phỏng, kết lưu dạng file NAM NAM có giao diện dễ sử dụng (có nút điều khiển chương trình như: Play, Stop, FastForward, Rewind, Pause ), thực chương trình biên dịch dạng file NAM mơi trường NAM cách dễ dàng Trên hình ln ln hiển thị thời gian thực chương trình, tốc độ truyền gói tin Ngồi cịn có hình quan sát lưu lượng gói tin truyền số lượng gói tin rời khỏi đường truyền có độ trì hỗn cao hay nghẽn mạch xảy mạng KẾT LUẬN Bài báo trình bày mơ hình phân tích cho thuật tốn lazy null message không đồng để quản lý thời gian Các phương trình đề xuất báo sử dụng để tính tốn số lượng null-message giá trị overhead tương ứng Cụ thể, số overhead cho phép dự đốn việc tối ưu hóa thuật tốn null-message, giá trị overhead tăng lên không đáng kể đầu vào/ra kênh ổn định (như mơ với quy mơ nhỏ) Thuật tốn null-message linh động cho mơ hình mạng biến động khơng đối xứng Thuật tốn tối ưu hóa CMB đồng hóa message theo giá trị lookahead gửi tới kết nối cục Các tính chất chứng minh lợi mơ mạng quy mơ lớn thuật tốn CMB 17 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations LỜI CẢM ƠN Môn học kỹ thuật đại CNTT với chuyên đề Mô hiệu cao mang đến cho chúng em kiến thức phương pháp mô phỏng, đặc biệt mô tin học hiệu cao Qua trình thực tiểu luận, phần chúng em hiểu thêm thuật toán thận trọng mô song song Tuy nhiên, chủ đề mẻ kiến thức hạn chế nên tiểu luận chúng em dừng lại mức tìm hiểu thử nghiệm vài ví dụ nhỏ phần mềm mơ Chúng em xin chân thành gửi tới Thầy, TS Phạm Đăng Hải lời cảm ơn sâu sắc Thầy tận tình giảng dạy cung cấp cho chúng em kiến thức tài liệu cần thiết để chúng em hoàn thành tiểu luận 18 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations TÀI LIỆU THAM KHẢO R M Fujimoto, Parallel and Distributed Simulation Systems New York: Wiley-Interscience, 2000 [2] K M Chandy and J Misra, "Distributed Simulation: A Case Study in Design and Verification of Distributed Programs," IEEE Transactions on Software Engineering, vol 5, pp 440-452, 1979 [3] R E Bryant, "Simulation of Packet Communications Architecture Computer Systems," Massachusetts Institute of Technology MIT-LCS-TR-188 MIT-LCSTR-188, 1977 [4] R Bagrodia and M Takai, "Performance evaluation of conservative algorithms in parallel simulation languages," IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol 11, pp 395-411, 2000 [5] W.-K Su and C L Seitz, "Variants of the Chandy-MisraBryant Distributed Discrete-Event Simulation Algorithm," presented at the SCS Multiconference on Distributed Simulation '89, Miami, FL, 1989 [6] J Porras, V Hara, J Harju, and J Ikonen, Improving the Performance of the Chandy-Misra Parallel Simulation Algorithm in a Distributed Workstation Environment Arlington, VA, 1997 [7] W Cai and S J Turner, "An Algorithm for Reducing NullMessages of the CMB Approach in Parallel Discrete Event Simulation," University of Exeter, 1995 [8] D M Nicol, "The Cost of Conservative Synchronization in Parallel Discrete Event Simulations," Journal of the ACM, vol 40, pp 304-333, 1993 [9] K M Chandy and J Misra, "Asynchronous Distributed Simulation via a Sequence of Parallel Computations," Communications of the ACM, vol 24, pp 198-205, 1981 [10] B D Lubachevsky, "Efficient Distributed Event-Drive Simulations of Multiple-Loop Networks," Communications of the ACM, vol 32, pp 111-123, 1989 [11] Z Xiao, B Unger, R Simmonds, and J Cleary, "Scheduling Critical Channels in Conservative Parallel Discrete Event Simulation," presented at the 13th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, Atlanta, GA, 1999 [12] H Y Song, R A Meyer, and R Bagrodia, "An Empricial Study of Conservative Scheduling," presented at the 14th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, Bologna, Italy, 2000 [13] M L Bailey and M A Pagels, "Measuring the Overhead in Conservative Parallel Simulations of Multicomputer Programs," presented at the 23rd Winter Simulation Conference, Phoenix, AZ, 1991 [1] 19 Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations D M Nicol, "Scalability, Locality, Partitioning and Synchronization in PDES," presented at the 12th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, Banff, Alberta, Canada, 1998 [15] D M Nicol and J Liu, "Composite Synchronization in Parallel Discrete-Event Simulation," IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol 13, pp 433-446, 2002 [16] D M Nicol, "Analysis of Synchronization in Massively Parallel Discrete-Event Simulation," presented at the 2nd ACM SIGPLAN, Seattle, WA, 1990 [17] D M Nicol, C Michael, and P Inouye, "Efficient Aggregation of Multiple LP's in Distributed Memory Parallel Simulations," presented at the 21st Winter Simulation Conference, Washington, D.C., 1989 [18] C.-C Lim, Y.-H Low, B.-P Gan, S Jain, W Cai, W J Hsu, and S Y Huang, "Performance Prediction Tools for Parallel Discrete-Event Simulation," presented at the 13th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, Atlanta, GA, 1999 [19] E Naroska and U Schwiegelshohn, "Conservative Parallel Simulation of a Large Number of Processes," Simulation, vol 72, pp 150-162, 1999 [20] J Lemeire and E Dirkx, "Performance Factors in Parallel Discrete Event Simulation," presented at the 15th European Simulation Multiconference, Prague, 2001 [21] V Jha and R Bagrodia, "A Performance Evaluation Methodology for Parallel Simulation Protocols," presented at the 10th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, Philadelphia, PA, 1996 [22] "NMS Baseline Model http://www.cs.dartmouth.edu/~nicol/NMS/baseline/." [23] "pdns http://www.cc.gatech.edu/computing/compass/pdns/." [23] [24] G F Riley, R M Fujimoto, and M H Ammar, "A Generic Framework for Parallelization of Network Simulations," presented at the 7th MASCOTS, College Park, MD, 1999 [25] "libSynk http://www.cc.gatech.edu/computing/pads/kalyan/libsynk.htm." [24] R M Fujimoto, T McLean, and K S Perumalla, "Design of High Performance RTI Software," presented at the 4th Workshop on Distributed Simulation and RealTime Applications, San Francisco, CA, 2000 [25] K S Perumalla, A Park, R M Fujimoto, and G F Riley, "Scalable RTIBased Parallel Simulation of Networks," presented at the 17th Workshop on Parallel and Distributed Simulation, San Diego, CA, 2003 [26] G F Riley, "The Georgia Tech Network Simulator," presented at the ACM SIGCOMM '03, Karlsruhe, Germany, 2003 [27] Alfred Park, Richard M Fujimoto, Kalyan S Perumalla, “Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations” Proceedings of the 18th Workshop on Parallel and Distributed Simulation (PADS’04), Atlanta, Georgia, USA, 2004 [14] 20 ... nghiên cứu lĩnh vực Trong có báo “Conservative Synchronization of Large-Scale Network Simulations” (Đồng thận trọng mô mạng truyền thông quy mô lớn) in Kỷ yếu Hội thảo lần thứ 18 mô song song phân... thuật tốn khơng đồng CMB null-message với thuật toán đồng barier mô mạng truyền thông quy mô lớn Bài báo đề cập đến thuật tốn lazy null-message (trình bày phần 3) Phần mô tả kịch mô sử dụng cho... bảo đồng hồ cục tiến trình khác ? ?đồng giờ” với Vì vậy, đồng hóa mô đề tài đề cập đến nhiều nghiên cứu trước Các thuật toán thận trọng chia thành loại, đồng khơng đồng Các thuật tốn khơng đồng