格物致知

本教程描述了如何构建一个新的 PeerSim 拓扑生成器。

1. 什么是拓扑？为什么它很重要？

在一个大型的动态P2P系统中，节点没有关于整个网络的信息，而所有的节点都可能拥有一些邻居节点，即节点能”感知”的peers，这种”感知”的关系就定义了一个覆盖网络，这是P2P系统中的一个基本概念。

很多P2P协议都需要在多个不同的网络拓扑上进行实验。PeerSim中的peersim.dynamic.Wire*类已经包含了很多拓扑结构，可以直接用来对linkable协议进行初始化，本教程将展示如何构建一个自定义的拓扑生成器。

2. 一个用来模拟Internet的简单模型

下面我们将编写一个拓扑生成器来构建类似于Internet的树状拓扑，整个构建过程基于一个特定的，与位置相关的preferential attachment方法，编写规则很简单，并且会考虑几何和网络的限制以更好地模拟真实的网络。Preferential attachment由参数a来调整，这个参数能扩大或减少几何位置所带来的影响。

这个规则的策略如下：给定一个单位正方形，将x₀置于中心，即x₀ = (0.5,0.5)，这个节点被称为root，令W()为与root相隔的跳数(hops)，对于i=1 … n-1，随机在单位正方形中选择一个x_i，然后选择使下面的表达式值最小的节点x_j来连接它：

在这里dist()是欧几里德距离而a (alpha)是权重参数，显然，

通过这个方案我们得到了一个x₀以为根的树。这个拓扑中每个节点(除了root外)的出度都为1,如果想更深入地理解这个模型，可以参考下面的文章：

• Heuristically Optimized Trade-offs: A New Paradigm for Power Laws in the Internet
• Degree distributions of the FKP network model
• On Power-Law Relationships of the Internet Topology

3. 如何编码

我们的目标是编写一个可以根据 a (alpha)参数生成所需拓扑的PeerSim组件，并且能对生成的拓扑进行分析。这个拓扑可以在仿真过程中逐步生成，也可以用一个步骤生成拓扑，在这里我们倾向后者。为了构建需要的拓扑结构，我们需要下面的组件（注意这只是其中一种方案）。

• 一个protocol 类，可以存储坐标，它不具备行为元素，只是一个普通的容器。
• 一个initializer 类，可以为每个节点设置坐标值。
• 一个control 类， 可在一个任意的linkable协议中根据坐标连接拓扑(在节点间添加link）
• 一个observer 类，将拓扑结构打印到一个文件中（例如用GnuPlot对图进行可视化）。
• 一个observer 类，用来收集节点入度的分布的统计数据
• 一个observer 类，用来测试对随机节点失效的健壮性

在下节我们将看到，一些我们列出来的类是PeerSim中的基本组件，它们都实现了Linkable接口，Linkable以模块化的方式为用户提供了一个能处理任何拓扑结构的抽象。

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本文的目的是在PeerSim中用Cycle-based模型实现一个简单的负载均衡算法。节点的状态有两种值：本地负载（local load）和配额(quota)，其中配额是指节点在每个周期中允许传输的“负载”的大小。配额是必要的，是一个时间单元中能传输的负载上限。每个节点与和它距离最远的邻居节点交换配额值，这里“距离最远”是指与当前节点的负载差异最大。经过对比距离，协议将在负载均衡时选用push或pull的方式。

在每个周期之后，配额值将会被存储。协议并不关心拓扑管理，它依赖于其它组件来访问邻居节点（例如，Newscast，或者由IdleProtocol实现的静态拓扑）。

一. 必要的组件

一般来说只编写一个协议类是不足够的，还需要一些附加的组件。例如，为了在每个周期结束时为每个节点存储配额值，需要一个特定的Control对象。基本上来说，PeerSim是一个可替换的组件集合，所以在开发时需要注意模块化以让代码尽可能重用，出于这样的目的，我们这样设计下面的类：

• protocol 它基于peersim.vector.SimpleValueHolder，这是一个简单的基类，用于访问一个浮点变量。Aggreation协议也使用了同样的基类。
• ResetQuota 用于在每个周期结束时存储每个节点配额的control。
• QuotaObserver 一个control，用于监视quota参数，即覆盖网中交换的流量大小。
• initialization 这是在aggregation示例中的初始化器，这里也可以直接使用，因为它们实现了同样的接口SingleValueHolder。注意在example包中提供的初始化器是轻量级的，开发者应当更多地使用peersim.vector.*包中的初始化器。
• observers 可以使用aggreagation.AverageObserver，因为这些组件实现了相同接口。

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