Truyền bá thông tin phân tán giữa các tác tử di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ TRỌNG HÙNG TRUYỀN BÁ THÔNG TIN PHÂN TÁN GIỮA CÁC TÁC TỬ DI ĐỘNG Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN ĐẠI THỌ Hà Nội, 2008 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined MỤC LỤC BẢNG THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ, GIẢI THUẬT Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG HỆ PHÂN TÁN Error! Bookmark not defined 1.1 Khái niệm hệ phân tán Error! Bookmark not defined 1.2 Vai trò hệ phân tán Error! Bookmark not defined 1.3 Đặc trưng hệ phân tán Error! Bookmark not defined 1.4 Mô hình truyền thông báo Error! Bookmark not defined 1.5 Công nghệ tác tử di động Error! Bookmark not defined 1.5.1 Sự tiến hóa Error! Bookmark not defined 1.5.2 Các đặc tính tác tử di động Error! Bookmark not defined 1.5.3 Ứng dụng tác tử di động Error! Bookmark not defined CHƯƠNG BẦU THỦ LĨNH TRÊN MẠNG ĐẦY ĐỦ Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu toán Error! Bookmark not defined 2.2 Mô hình tính toán phân tán Error! Bookmark not defined 2.3 Giải thuật bầu thủ lĩnh Villadangos Error! Bookmark not defined CHƯƠNG XÂY DỰNG CÂY KHUNG TỐI THIỂU Error! Bookmark not defined 3.1 Bài toán khung tối thiểu Error! Bookmark not defined 3.2 Giải thuật GHS83 Error! Bookmark not defined 3.3 Giải thuật SB95 Error! Bookmark not defined CHƯƠNG TRUYỀN BÁ THÔNG TIN PHÂN TÁN Error! Bookmark not defined GIỮA CÁC TÁC TỬ DI ĐỘNG Error! Bookmark not defined 4.1 Bài toán MAGP – Mobile Agent Gossip Problem Error! Bookmark not defined 4.2 Một số khái niệm Error! Bookmark not defined 4.3 Mối quan hệ MAGP NLEP Error! Bookmark not defined 4.3.1 Hệ thống truyền thông báo Error! Bookmark not defined 4.3.2 Mô giải thuật truyền thông báo Error! Bookmark not defined 4.4 Giải thuật hẹn gặp (Rendezvous Algorithm) Error! Bookmark not defined 4.5 Các giải thuật cho MAGP Error! Bookmark not defined 4.5.1 Mạng Error! Bookmark not defined 4.5.2 Mạng đầy đủ không cảm hướng Error! Bookmark not defined 4.5.3 Mạng đầy đủ cảm hướng Error! Bookmark not defined CHƯƠNG GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT CHO MAGP TRÊN MẠNG ĐẦY ĐỦ Error! Bookmark not defined 5.1 Phát biểu toán Error! Bookmark not defined 5.2 Ý tưởng, cấu trúc liệu Error! Bookmark not defined 5.3 Giải thuật Error! Bookmark not defined CHƯƠNG GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT CHO MAGP TRÊN MẠNG BẤT KỲ Error! Bookmark not defined 6.1 Phát biểu toán Error! Bookmark not defined 6.2 Ý tưởng, cấu trúc liệu Error! Bookmark not defined 6.3 Giải thuật Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined GIỚI THIỆU  Mạng viễn thông phát triển mạnh  truyền bá thông tin nhu cầu thiết yếu, tảng để phát triển dịch vụ khác  Bài toán gossip toán truyền bá thông tin phân tán nút, nghiên cứu từ năm 1954 có nhiều kết nghiên cứu toán  Truyền bá thông tin phân tán tác tử di động (MAGP) hướng nghiên cứu mới, nhiều nhà nghiên cứu quan tâm  Rendezvous cách tiếp cận hiệu  Suzuki đồng [SAK07, SAK08] đưa cách giải tốt cho toán MAGP Tuy nhiên, giải thuật tác giả đưa mức ý tưởng  Phát triển giải thuật đề xuất cho MAGP hiệu [SAK07] Suzuki & đồng sự, Optimal Moves for Gossiping Among Mobile Agents, Theoretical Computer Science, 2007; [SAK08] Suzuki & đồng sự, Move-optimal Gossiping Among Mobile1 Agents, Theoretical Computer Science, 2008 MÔ HÌNH HỆ TÁC TỬ DI ĐỘNG  Mạng G = (V, E)  Có k tác tử khởi tạo vị trí khác mạng  Nút vi có whiteboard, tác tử pk vi write, read, delete thông tin  pk di chuyển từ vi sang vj (vi, vj)  E  Độ PT di chuyển: tổng số bước di chuyển tất tác tử  Độ PT thời gian: khoảng thời gian kể từ lúc bắt đầu đến kết thúc giải thuật whiteboard v1 v0 p1 p0 v2 v3 v5 p2 home v4 pk vi vj BÀI TOÁN MAGP  Giả thiết:  Mạng G = (V, E)  Cho k tác tử vị trí khác mạng  Mỗi tác tử có thông tin riêng  Yêu cầu: Tại cấu hình kết thúc, tác tử có thông tin riêng tất tác tử lại whiteboard v1 v0 p1 p0 v2 v3 home p2 v4 v5 Quan hệ MAGP NLEP  Suzuki đồng chứng minh:  Định lý 4.3-1: Bài toán NLEP (Node Leader Election Problem) giải giải thuật MAGP hệ tác tử di động  Định lý 4.3-2: Bài toán MAGP giải cách dùng giải thuật NLEP  MAGP NLEP quy nhau, giải MAGP dựa ý tưởng NLEP tương ứng Giải thuật cho toán MAGP  Phương pháp hẹn gặp (Rendezvous) Các tác tử di chuyển đến điểm hẹn gặp chia sẻ thông tin với tác tử khác Độ PT di chuyển: (kN)  Phương pháp hiệu  Phương pháp Suzuki đồng sự: Bầu tác tử làm thủ lĩnh, tác tử duyệt mạng để truyền bá thông tin cho tác tử khác  Đợt bầu chọn dựa vào ý tưởng giải thuật NLEP v3 v0 1 v3 v0 3 v2 v1 v1 v4 v2 v4 Giải thuật cho toán MAGP Bài toán MAGP Giải thuật Suzuki đồng Giải thuật đề xuất Mạng bất kỳ, cải biến từ GHS83 Độ PT thời gian: O(N log k + |E|) Mạng bất kỳ, cải biến từ SB95 Độ PT thời gian: O(N + |E|) Mạng đầy đủ, không cảm hướng, nút biết nút khác mạng Độ PT di chuyển: 4N log k + N + Mạng đầy đủ, vòng ảo nối tất nút mạng, nút cần biết nút vòng ảo Độ PT di chuyển: N + 7k Mạng đầy đủ, cảm hướng, nút biết nút khác mạng Độ PT di chuyển: 4N + 8k GHS83: Giải thuật xây dựng MST(Minimum Spanning Tree) Gallager đồng SB95: Giải thuật xây dựng MST Singh Bernstein Giải thuật cho MAGP mạng  Ý tưởng: Mỗi tác tử duyệt DFS mạng để xây dựng khung nó, nút thu nạp vào khung theo luật đến trước thu nạp trước Đợt bầu chọn tác tử thủ lĩnh cải biến từ giải thuật xây dựng khung tối thiểu phân tán GHS83:  Mỗi euv gắn trọng số (min{id(u), id(v)}, max{id(u), id(v)})  Mỗi tác tử chủ tìm kiếm MOL khung (dựa vào số hiệu mức), tiến hành sát nhập với khung khác qua liên kết MOL này, tác tử chọn làm chủ khung  Cuối cùng, khung tồn tại, tác tử làm chủ khung tác tử thủ lĩnh Tác tử thủ lĩnh duyệt DFS khung để truyền bá thông tin  Độ PT: Giải thuật có độ PT di chuyển thời gian O(N log k + |E|) Giải thuật GHS83  Bài toán: Đồ thị G = (V, E) Mỗi cạnh có w(e) phân biệt Tìm khung T = (V, E) cho:  w(e) nhỏ v1 v2 F eE'  Tính chất 1: Gọi e MOE mảnh F thuộc MST e  MST e v0 v3  Tính chất 2: Nếu tất cạnh có trọng số phân biệt MST  Ý tưởng: Mỗi mảnh ban đầu nút đơn Các mảnh tìm kiếm MOE (dựa vào số hiệu mức), mảnh sát nhập với mảnh khác qua cạnh (tính chất 1) Khi mạng mảnh nhất, mảnh khung MST cần tìm (tính chất 2) v4 [GHS83] R.G Gallager, P.A Humblet, P.M Spira, A distributed algorithm for minimum-10 weight spanning tree, ACM Transactions on Programming Languages and Systems, 1983