PeerSim中文教程

PeerSim中文教程(1)：解析Cycle-based模式仿真本文介绍了PeerSim的基本概念，并解析了两个示例以更清晰地说明PeeSim的仿真流程。Peersim支持两种仿真模式，即Cycle-based的模型和传统的event-based的模型，本文专注于前者，Cycle-based模型是一个简化的模型，拥有更好的伸缩性及性能，在拥有4GB内存的情况下，event-driven模式目前最多支持十万节点级别，而cycle-based模式则支持千万个节点级别。但是Cycle-based模型缺少对传输层的仿真和并行处理，节点之间是直接通信的，仿真核心以一定的顺序周期性地给以节点控制。在运行时，可以进行任意的操作，如调用其它对象的方法并执行一些计算。Cycle-based模型损失了一些真实性，虽然一些简单的协议可以忽略这些差别，但是在选择使用这个模型时，需要注意这些区别。我们可以相对简单地将Cycle-based的仿真移植到Event-driven引擎上，但在本文中不讨论这个话题。一．基本介绍PeerSim鼓励基于接口的模块化编程，每一个组件都能被其它实现了相同接口的组件代替，一般的仿真过程如下：1.选择网络大小（即节点数量）。2.选择要实验的一个或多个协议并进行初始化。3.选择一个或多个Control对象来监视感兴趣的属性，并在仿真时修改一些参数（比如，网络大小，协议的内部状态，等等）。4.根据配置文件，调用Simulator类运行仿真。在仿真时创建的对象都是实现了一个或多个接口的类的实例，主要的接口如下所示：NodeP2P网络是由节点组成的，节点是协议的容器。Node接口提供了对节点所包含的协议的访问方法，并为节点提供了固定的ID。CDProtocol这是一个特定的协议，被设计用来在Cycle-based模型中运行，它只定义了在每一个周期中要运行的操作。Linkable一般都由协议来实现，这个接口为其它协议提供了访问邻居节点集合的服务，节点间相同的linkable协议类的实例定义了一个覆盖网络。Control实现了这个接口的类可以在仿真期间的某个时间点调度执行，这些类一般用于观察或修改仿真过程。Cycle-based仿真的生命周期是这样的：1.读取配置文件（通过命令行参数传递进来），然后仿真器初始化网络中的节点和节点中的协议，每个节点都拥有相同的协议栈。节点和协议的实例是通过克隆来创建的，只有一个原型是通过构造方法创建，其它的节点和协议都是从这个原型中克隆而来。基于这个原因，协议类中clone方法的实现是很重要的。2.初始化操作，设置每个协议的初始状态。初始化阶段是由Control对象控制运行的，仅在实验开始时运行一次。在配置文件中，初始化的组件可以由init前缀识别，在下面讨论的initializer对象也是controls，但为了标记其功能以区别于一般的Control对象，它被配置用来在初始阶段运行。3.在初始化完成后，Cycle-based引擎在每一个周期中调用所有组件（protocols和controls）一次，直到完成了指定的周期数，或者某个组件决定终止仿真为止。在PeerSim中每一个对象（controls和protocols）都被赋以一个Scheduler对象，它定义了什么时候本组件将会被执行。在默认情况下，所有对象都会在每个周期中运行。但我们也可以配置一个protocol或control只在某些特定的周期中运行，也可以在每一个周期中指定组件的执行顺序。下图展示了对controls和protocols的调度，其中C代表Control而P代表一个协议。图下方的数字代表PeerSim的周期，在最后一个周期后，可以运行一个control来获取最后的快照（snapshot）。peersim-schedule在一个Control收集数据时，数据将会被格式化并发送到标准输出或重定向到一个文件以进行后续的处理。配置文件只是一个普通的ASCII文本，本质上就是java.util.Properties，以#开头的行代表注释。用以下的方式在命令行的模式下运行，比如：1java-cppeersim.Simulatorconfig-edexample.txt具体来说，可能是：1java-cpD:\library\peersim-1.0.5\jep-2.3.0.jar;D:\library\peersim-1.0.5\djep-1.0.0.jar;D:\library\peersim-1.0.5\peersim-1.0.5.jar;D:\library\peersim-1.0.5\peersim-doclet.jarpeersim.SimulatorD:\library\peersim-1.0.5\example\config-edexample.txt当然你的jar包和配置文件的位置可能有所不同，也可以将这个jar包直接加到classpath上，就不必使用-cp参数来显示指定classpath。二．配置文件示例一Gossip-basedAggregation协议，Aggregation是聚集的意思，这里是指对一个分布于网络中的数值集合运行一个特定的函数进行计算（如求平均数，最大值，最小值等等），每个节点周期性地选择一个邻居节点进行通讯（基于覆盖网），并且在每次通讯时，基于前一个取得的近似值，相互更新它们下次计算的近似值。本例将创建一个由50000个节点组成的固定P2P随机拓扑，选定的协议是使用average函数的Aggregation协议，每个节点中用于求平均的值使用一个区间在(0,100)的线性分布来初始化，最后再定义一个Control监视平均值。01#PEERSIMEXAMPLE10203random.seed123456789004simulation.cycles300506control.shfShuffle0708network.size500000910protocol.lnkIdleProtocol1112protocol.avgexample.aggregation.AverageFunction13protocol.avg.linkablelnk1415init.rndWireKOut16init.rnd.protocollnk17init.rnd.k201819init.peakexample.aggregation.PeakDistributionInitializer20init.peak.value1000021init.peak.protocolavg2223init.linLinearDistribution24init.lin.protocolavg25init.lin.max10026init.lin.min12728#youcanchangethistoselectthepeakinitializerinstead29include.initrndlin3031control.avgoexample.aggregation.AverageObserver32control.avgo.protocolavg上面的配置中，一部份是全局属性，另一部分对应单个组件的实例。如simulation.cycles是全局属性，而protocol.lnk.xxx则定义了lnk协议的xxx参数。第6行的control.shfShuffle，Shuffle类是用来重新洗牌，在每次重新洗牌后，在一个Cycle-based类型的仿真周期中，节点迭代的次序将会变成随机的，这个类只对Cycle-based类型的仿真起作用。每个组件都有一个名字，比如lnk。对于协议，这个名字将会被映射到一个在PeerSim引擎中称为protocolID的数值型索引，虽然这个索引不出现在配置文件中，但在仿真时需要使用它来访问协议，这在后面将进一步解释。一个组件，即protocol或control由下面的语法来声明：1[protocol|init|control].string_id[full_path_]classname注意到类的全路径是可选的，事实上PeerSim可以在类路径中搜索类名，只有在多个类拥有相同的名称时必须使用全路径。init前缀定义了一个Initializer对象，它实现了Control接口。组件的参数（如果有的话）则以下面的语法定义：1[protocol|init|control].string_id.parameter_name第10行定义了第一个协议，键部份包含了它的类型，而值则是组件的类名，由于IdleProtocol类在peersim包中，所以不必使用全路径。可以为每一个组件声明参数，如第13行；而从第3行到第8行一些全局的仿真属性被引入，如仿真的总周期数和覆盖网的大小。Shufflecontrol对每一个周期中节点的访问顺序进行重新洗牌。从第10行到第13行，引入了两个协议:IdleProtocol是存储邻居节点链路的一个静态容器，在进行静态拓扑建模的时候尤其有用，这个协议的唯一功能是作为其它协议的邻居信息的源，它没有实现CDProtocol接口但实现了Linkable接口，Linkable接口提供了到邻居节点的链路。AverageFunction是聚集协议的求平均数版本。它的参数（linkable）是很重要的，aggregation协议需要与邻居节点交流但是本身没有邻居节点列表。在模块化的方式中，它能应用于任何覆盖网络；定义覆盖网的协议栈应当在这里指定，参数linkable的值是实现了Linkable接口的协议的类名（在这里是IdleProtocol）。从15行到26行用于初始化之前声明的所有组件。前面声明了3个初始化组件，但只有其中的2个被使用了（见29行）。第一个初始化器，peersim.init.WireKOut，进行的是对静态覆盖网的布线，特别的，节点以度数k随机地与其它节点相连接。第2个和第3个初始化器是初始化aggregation协议的可选方案，在这里是指需要求平均的初值。初始化器设置初始值遵循peak分布或线性分布。Peak的意思是只有一个节点拥有与0不同的值。而线性则代表节点被拥有一个线性增加的值。两个初始化都需要一个指定了协议来进行初始化（协议参数）的协议名。额外的参数是PeakDistributionInitializer的range(max,min参数)。使用peak还是linear分布是由include.init属性来决定的(29行)，它指定了选择哪个初始化器。这个属性也定义了组件运行的顺序，注意到默认的顺序（即如果没有include属性），是根据字母排序的，对于protocol和control的include属性也是如此。最后，31行和32行声明了最后一个组件：aggregation.AverageObserver。它使用的唯一参数是protocol，它引用了aggregation.AverageFunction协议类型，所以这个参数的值是avg。在命令行下，注释掉第3行的seed，运行这个仿真，得到的结果将是：01control.avgo:01.0100.05000050.49999999999998816.79900663354681102control.avgo:11.297005940118802399.385197703954085000050.50000000000005249.406732876865451103control.avgo:29.57357147142942884.388749024980485000050.50000000000008577.893858778951821104control.avgo:323.86036158223164771.936272241069825000050.4999999999996724.1313667072284021105control.avgo:434.92091596714746568.9282