Паралельне моделювання комп'ютерної мережі в системі Prime

Астахов А.В., Ладиженський Ю.В.

Донецький національний технічний університет

Комп'ютерна мережа являє собою складне поєднання прикладних програм, протоколів зв'язку, з'єднань, потоків даних і алгоритмів маршрутизації. Проектування мережі є досить складним завданням, яке вимагає від розробників зіставляти очікувану продуктивність в мережі з витратами на час проектування та обсяги пам'яті. Одним з підходів до вирішення даного завдання є використання засобів моделювання комп'ютерної мережі. В даний час існує безліч таких засобів, створених окремими компаніями і групами розробників у науковому співтоваристві, які застосовуються в освітніх, комерційних і спеціалізованих цілях. Відповідно до їх використанням та доступністю, мережеві засоби можуть бути класифіковані на 4 групи: аналітичні, імітаційні, розпізнавання топології мережі та створення топології [1]. Засоби моделювання імітують динамічне поведінка мережевої моделі. Однією з найбільш ефективних систем, що дозволяють моделювати комп'ютерні мережі, є система PRIME.

PRIME (Parallel Real-time Immersive Modeling Environment) - це науково-дослідницький проект, головною метою якого є дослідження фундаментальних технологій, що допускають великомасштабне мережеве моделювання, та розробка мережного середовища моделювання в реальному часі [2].

Моделювання в реальному масштабі часу поєднує переваги і моделювання і емуляції для виконання різних імітаційних моделей і одночасно взаємодії з фізичним світом. Слово "immersive", часто використовується для опису середовища віртуального світу, має на увазі, що для тих, хто використовує комп'ютерну мережу, поведінка віртуальної мережі неможливо відрізнити від фізичної. Тобто моделювання має фіксувати важливі характеристики цільової мережі і підтримувати взаємодії з розподіленими додатками.

Основним програмним інструментом для досліджень є симулятор PRIME, написаний переважно на мові C + +, і виконуються в середовищі Unix. Для його роботи необхідний Linux, Mac OS або cygwin. Симулятор складається з двох компонентів: PRIME SSF і PRIME SSFNet.

PRIME SSF (Scalable Simulation Framework) - це механізм моделювання для запуску більших моделей на паралельних машинах (хоча процес моделювання може виконуватися і послідовно). SSF - це масштабована середу моделювання, яка є API стандартом для розробки моделей. PRIME SSF реалізує SSF специфікацію. Система розроблена на основі попередніх реалізацій DaSSF і iSSF. DaSSF - це симулятор, який розробили Jason Liu і David Nicol в Дартмутського коледжі. Головною його особливістю є ядро для моделювання. Остання версія ядра 3.0 підтримує паралельне моделювання на розподіленої пам'яті.

PRIME SSFNet - це симулятор, розроблений на основі PRIME SSF, який пов'язаний з моделюванням мережевої інфраструктури, такої, як Internet. У PRIME SSFNet реалізовані необхідні мережеві компоненти: маршрутизатори, з'єднання, протоколи та ін У порівнянні з іншими мережевими симуляторами, таких як NS, JavaSim, SSFNet досягає значно кращої продуктивності за швидкістю і при споживанні пам'яті.

Інтерфейс SSF API містить тільки 5 базових класу, які служать для побудови складних імітаційних моделей. Нижче коротко описані їхні функції [3].

Об'єкт (entity) - базовий клас, який представляє логічний об'єкт моделювання. Об'єкт моделювання - це контейнер для змінних стану моделювання. Наприклад, в мережевому моделюванні, хости і маршрутизатори зазвичай моделюються як об'єкти. Кожен об'єкт містить змінні, які описують стан маршрутизатора або хоста, наприклад, розмір черги висновку або час, що залишився на повторну передачу пакета. Передбачається, що користувач створює новий клас на основі базового класу Entity, що містить визначені користувачем змінні стану, включаючи процеси і канали.

Процес (process) розглядають як частину об'єкта, що визначає процес зміни стану об'єкта. Кожен процес моделювання в SSF представлений примірником класу Process або класу, отриманого на основі базової. Ці процеси, як і процеси Unix, являють собою незалежні потоки управління.

Вхідний канал (inСhannel) представляє приймальний кінець спрямованої зв'язку між об'єктами. У SSF зв'язок між об'єктами забезпечується передачею повідомлень. Об'єкт може отримати повідомлення з іншого об'єкта тільки на вхідний канал. Вхідний канал належить певному об'єкту, який не можна змінювати після створення каналу.

Вихідний канал (outChannel) - відправна точка зв'язку між об'єктами. Також як і inChannel вихідний канал повинен належати об'єкту. Вихідний канал об'єкта може бути відображений на безліч вхідних каналів, які належать цьому або інших об'єктів. Повідомлення, надіслане на вихідний канал, буде доставлено системою моделювання на всі відповідний вхідні канали.

Подія (event) - базовий клас, який представляє повідомлення, що надсилаються між об'єктами через канали зв'язку. Користувач визначає його власні класи на основі базового класу Event. При цьому він може додати певну інформацію, яку потрібно передавати між об'єктами.

В системі існує два методи створення імітаційної моделі. Перший полягає у використання SSF опису моделі мовою DML (Domain Modeling Language). Другий - main-функцію, для програмного засобу створення моделі на додаток або замість SSF DML опису.

SSF API універсальний для систем, які можуть бути промоделювати як сукупність об'єктів, що зв'язуються між собою через передачу повідомлень. Цей тип імітаційної моделі може бути автоматично відображений на безліч процесорів для паралельної обробки. Розподілене моделювання в SSF може розглядатися як сукупність SSF симуляторів, кожен з яких запускається на багатопроцесорної машині в кластері.

Список літератури

M.A. Rahman, A. Pakstas, F. Z. Wang. "Network Modelling and Simulation Tools ".

MESM'2006, Alexandria, Egypt, August 28-30 2006.

Jason Liu. "Parallel Real-time Immersive Modeling Environment. User's manual ".

Colorado School of Mines, June 9, 2006.

Jason Liu. "Parallel Simulation of Large Scale Wireless Ad Hoc Networks ".

Dartmouth College, Hanover, August 15, 2001.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua