格物致知

1. 介绍

本教程使用Event-driven模型来演示一个简单的例子，仍然使用的是gossip-based平均数协议，对消息的发送将进行更细节的建模；通过与cycle-based模型的对比，可以发现本协议存在的问题。

在Event-based模型中，除了时间管理和control传递给protocols的方式以外，其它与cycle-based模型相同。不可执行的Protocols（只用于存储数据，比如只存储邻居节点的linkable协议，或存储数值的vectors）可以以同样的方式应用和初始化，在peersim.cdsim包之外的controls也都可以使用。在默认情况下，在cycle-based模型中，controls会的每个周期中调用 ，但在event-based模型中，它们需要进行明确的调度，因为事件驱动模型并不存在周期的概念。

显然，我们可以编写专用于event-based模型的controls，即可以给协议发送事件（消息）。在很多情况下，这是必要的，因为系统经常完全或部分地由外部事件如用户的查询来驱动 ，这能很好地用由生成这些事件，并且驱动仿真执行的controls进行建模。

有些组件是不可用的。例如依赖于静态类peersim.cdsim.CDState（它提供了读取cycle相关的全局状态的接口）的所有组件。我们的经验是，很多依赖于这个状态的 cycle-based 组件可以经过简单的修改并删除这个依赖。

然而，可能有些令人吃惊的是，实现了cycle-based接口的peersim.cdsim.CDProtocol也可以使用于event-based模型，但是必须指出，在大部份的情况下这样做没有什么意义。然而，这个特性的有用之处在于：它让周期性地调用protocols变得很简单，这是一个几乎对所有与housekeeping，失效检测和sending heartbeat message有关的P2P协议来说典型的特性。

2. Protocol

下面以event-based模型来实现平均数协议：

package example.edaggregation;

import peersim.vector.SingleValueHolder;
import peersim.config.*;
import peersim.core.*;
import peersim.transport.Transport;
import peersim.cdsim.CDProtocol;
import peersim.edsim.EDProtocol;

/**
* Event driven version of epidemic averaging.
*/
public class AverageED extends SingleValueHolder
			implements CDProtocol, EDProtocol {

首先，这里同时实现了EDProtocol和CDProtocol接口，前者能让这个类能处理输入的消息，后者则可能令人困惑，因为它属于cycle-based模型的接口。但注意 event-based 的协议不是必须实现CDProtocol接口的，然而想要实现一个可以周期性取得control的协议时，可以通过实现CDProtocol接口，并在配置文件中设置一个CDScheduler 来实现。这样，代码就显得更清晰：以一个单独的组件来管理周期性的执行，而且能单独地进行配置。最后，我们还能简单地将 cycle-based 的协议移植到 event-based 模型上。

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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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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：

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。

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