【正文】 加分發(fā)的代價，但是由于這些參加此次會議的節(jié)點可以去參加別的會議獲取定購的元數(shù)據(jù)，即相當于將在這次會議沒有獲得滿足的元數(shù)據(jù)定購請求向外傳播出去，這樣必然會提高元數(shù)據(jù)定購請求的命中率，可以進一步提高元數(shù)據(jù)分發(fā)的準確性，相對于分發(fā)代價的增大，對于分發(fā)準確性的提高效果還是很能值得的。 小結(jié) 本章首先介紹了設(shè)計的元數(shù)據(jù)分發(fā)機制的背景知識，為之后的具體設(shè)計打下了基礎(chǔ)，隨后介紹了輪值會議元數(shù)據(jù)分發(fā)機制的主要思想，并分析了其特點，最后詳細設(shè)計并實現(xiàn)了該機制的會議協(xié)議以及元數(shù)據(jù)分發(fā)的具體策略。4 原型系統(tǒng)開發(fā)與仿真實驗分析網(wǎng)格系統(tǒng)是一個非常龐大而且復雜的系統(tǒng)，在實際運行之前應(yīng)確保系統(tǒng)具有設(shè)計時預期的性能表現(xiàn)，因此需要使用實驗加以測試與驗證，一般采用仿真實驗的方式對網(wǎng)格系統(tǒng)進行評估。目前大多網(wǎng)格仿真軟件是研究人員為驗證自身研究成果而設(shè)計開發(fā)，如CAN Simulator[37]，Gnutella Simulator[38]，OptorSim[39]等，但此類仿真軟件設(shè)計目的單一，通用性較差，難以廣泛使用。為了更好的對網(wǎng)格中元數(shù)據(jù)分發(fā)策略進行仿真，提高仿真的效率及仿真結(jié)果的有效性，擬采用OPNET 這一通用網(wǎng)絡(luò)仿真工具來完成元數(shù)據(jù)分發(fā)方法的仿真工作。本章首先介紹了RMMD的原型系統(tǒng)開發(fā)，之后分析了網(wǎng)絡(luò)仿真工具OPNET的特點、構(gòu)成以及工作原理，并通過OPNET提供的編程環(huán)境實現(xiàn)了RMMD算法以及傳統(tǒng)的元數(shù)據(jù)分發(fā)算法，根據(jù)相關(guān)性能評價指標對實驗結(jié)果進行了分析比較。 RMMD原型系統(tǒng)開發(fā)、分發(fā)策略的介紹與設(shè)計。 RMMD原型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)RMMD原型系統(tǒng)的組成模塊包括：輪值會議核心模塊、沖突檢測/處理模塊，其中，輪值會議核心模塊包括：會議觸發(fā)模塊、會議召集模塊、會議延遲模塊、元數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，下面將對各個模塊的功能進行相應(yīng)介紹。會議觸發(fā)模塊的功能是完成輪值會議的觸發(fā)，網(wǎng)格系統(tǒng)中的每個節(jié)點中都應(yīng)包含一種隨機被系統(tǒng)觸發(fā)的機制，被觸發(fā)的節(jié)點將會成為“會議候選節(jié)點”進行會議的召集。會議召集模塊的功能是完成“會議候選節(jié)點”向會議半徑范圍內(nèi)的節(jié)點發(fā)送“會議召開消息”，并利用沖突檢測模塊檢測此會議半徑范圍內(nèi)是否有會議沖突，如果有則根據(jù)沖突處理模塊對沖突進行處理，處理后再由會議延遲模塊對相應(yīng)的會議進行延遲處理；如果沒有沖突則說明會議能正常進行，然后轉(zhuǎn)入到元數(shù)據(jù)分發(fā)模塊進行處理。會議延遲模塊的功能是完成對會議沖突處理模塊處理后需要進行延遲阻塞的會議進行相關(guān)設(shè)置，讓此會議在相應(yīng)時間后再次被系統(tǒng)觸發(fā)。元數(shù)據(jù)分發(fā)模塊的功能是完成會議進行中的相關(guān)元數(shù)據(jù)在“會議主持節(jié)點”及“會議參加節(jié)點”間的分發(fā)，同時也要調(diào)用沖突檢測/處理模塊對會議半徑范圍內(nèi)的會議沖突進行檢測及處理。沖突檢測/處理模塊的功能是完成對會議召集過程中、會議進行過程中的相關(guān)會議沖突進行檢測及處理。 實驗環(huán)境OPNETOPNET最早是由麻省理工學院信息決策實驗室受美國軍方委托開發(fā)，初始模型是由兩個博士創(chuàng)建的，并于1987年建立了商業(yè)化的OPNET。OPNET迅速而穩(wěn)步發(fā)展，作為高科技之網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、仿真及分析工具，OPNET在通信、國防及電腦網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛認可和采用。成千上萬的組織使用OPNET軟件來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能、最大限度地提高通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的可用性。目前共有大概2700個OPNET用戶，包括企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)運營商，儀器配備廠商以及軍事、教育、銀行、保險等領(lǐng)域，OPNET近幾年贏得的大量獎項是對其在網(wǎng)絡(luò)仿真中所采用的精確模擬方式及其呈現(xiàn)結(jié)果的充分肯定。 OPNET仿真機制OPNET采用階層性的模擬方式，從網(wǎng)絡(luò)物件層次關(guān)系看，提供了三層建模機制，最底層為進程(Process)模型，以狀態(tài)機來描述協(xié)議；其次為節(jié)點(Node)模型，由相應(yīng)的協(xié)議模型構(gòu)成，反映設(shè)備特性；最上層為網(wǎng)絡(luò)(Network)模型。OPNET采用離散事件驅(qū)動的模擬機制，其仿真核心實際上為離散事件驅(qū)動的事件調(diào)度器(Event Scheduler)，它對所有進程模塊希望完成的事件和計劃該事件發(fā)生的時間進行列表和維護。采用離散事件驅(qū)動的模擬機理，與時間驅(qū)動相比，計算效率得到了很大的提高[40]。 OPNET編程特點OPNET modeler進程—節(jié)點—網(wǎng)絡(luò)三層結(jié)構(gòu)的建模機制簡單明了，在“進程層”模擬單個對象的行為，在“節(jié)點層”將其互連成設(shè)備，在“網(wǎng)絡(luò)層”將這些設(shè)備互連組成網(wǎng)絡(luò)，幾個不同的網(wǎng)絡(luò)場景組成“項目”，從而比較不同的設(shè)計[40,41,42]。同時OPNET modeler圖形化編程環(huán)境給使用者提供極大便利， modeler的三層核心編輯器的界面。 OPNET modeler的核心編輯器界面1. 網(wǎng)絡(luò)編程器網(wǎng)絡(luò)編輯器以圖形化的方式展示了通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點和鏈路，這些對象可以通過對話框來進行配置。從編輯器的對象面板上拖拉，點擊節(jié)點和鏈路或者使用導入拓撲結(jié)構(gòu)和快速對象配置來建立網(wǎng)絡(luò)。2. 節(jié)點編程器節(jié)點編輯器通過描述功能模塊以及模塊之間的數(shù)據(jù)流來展示網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，它是用來定義每一個節(jié)點的行為，一般來說，每一個節(jié)點通常由多個模塊組成，其行為由其使用的不同的模塊決定。每個模塊完成一部分節(jié)點行為，同時每個模塊可以生成，發(fā)送和接受來自其它模塊的包。3. 進程編程器進程編輯器使用強大的有限狀態(tài)機（FSM）來支持規(guī)范、協(xié)議、應(yīng)用，算法以及排隊策略?？梢杂脿顟B(tài)和轉(zhuǎn)移條件圖形化的定義一個事件的邏輯。每個狀態(tài)包括C/C++代碼以及專門為協(xié)議編程設(shè)計提供的豐富的庫函數(shù)。有限狀態(tài)機是動態(tài)的，并且可以在仿真中對其它有限狀態(tài)機引起的特定事件進行響應(yīng)。作為OPNET modeler 三層建模機制的最底層，進程模型是實施各種算法的載體因此也是進行離散事件算法仿真所要研究的重點。對于仿真來說，仿真的控制權(quán)不斷地在進程模型和仿真核心之間轉(zhuǎn)移，當事件到達時，仿真核心確定該事件應(yīng)該交給哪一個進程進行處理，控制權(quán)隨后轉(zhuǎn)交給了該進程模型，進程模型進入活動狀態(tài)，進程模型根據(jù)到達的事件種類，進行相應(yīng)處理，處理后重新把控制權(quán)交回給仿真核心，進程模型進入阻塞狀態(tài)，即進程模型就是不斷在阻塞和活動狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換。對于進程模型主體之一的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來說，兩個最主要的組成元素就是“狀態(tài)”和“轉(zhuǎn)換”，這就是離散事件分析的基礎(chǔ)。狀態(tài)的含義就是進程在仿真進行當中所處的眾多模式中的一個，狀態(tài)之間既是互斥的，又是互補的，進程在收到中斷之后，就會從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)。OPNET中共有3中狀態(tài)：初始(initial)狀態(tài)、強制(forced)狀態(tài)和非強制(unforced)狀態(tài)。初始狀態(tài)是進程被訪問的第一個狀態(tài)，一般在此狀態(tài)中進行變量的初始化工作；對于強制狀態(tài)，指的是當仿真進入到此狀態(tài)后，仿真核心不允許其停留在這個狀態(tài)，強制其立即轉(zhuǎn)移到下一個狀態(tài)；對于非強制狀態(tài)，進行非強制狀態(tài)后的仿真，將停留在那個狀態(tài)，等待觸發(fā)喚起。每個狀態(tài)都有相應(yīng)的動作與其對應(yīng)，這些動作就是執(zhí)行代碼。每個狀態(tài)的執(zhí)行代碼分為上下兩個部分，上面部分稱為執(zhí)行代碼(enter executive)，下面部分成為離開執(zhí)行代碼(exit executive)，分別在仿真進入或離開這一狀態(tài)時執(zhí)行。對于非強制狀態(tài)，當進程執(zhí)行完進入代碼后，處于阻塞狀態(tài)，并等待被激活。 進入代碼 開始激活一旦激活，則進程執(zhí)行該狀態(tài)的離開代碼，然后立即轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)，執(zhí)行其進入代碼，然后再次被阻塞。 阻塞 等待中斷 離開代碼根據(jù)對條件的判斷，轉(zhuǎn)移線將指導進程進入下一個狀態(tài)或者返回本狀態(tài)。 進入代碼 阻塞 等待中斷 離開代碼 結(jié)束激活 OPNET進程模型中的非強制狀態(tài)的執(zhí)行流程強制狀態(tài)就其本質(zhì)來說并不能稱為狀態(tài)，因為系統(tǒng)并不會停留在強制狀態(tài)上。強制狀態(tài)只是由于編程的需要，為了有限狀態(tài)機編程的方便而提出的一個狀態(tài)。通過使用強制狀態(tài)，能夠方便而有效地把非強制狀態(tài)分開，增加狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的模塊化，使其可讀性大大地加強。激活后從非強制狀態(tài)的離開代碼開始執(zhí)行在非強制狀態(tài)的進入代碼執(zhí)行后結(jié)束激活若在相鄰非強制狀態(tài)之間存在多個強制狀態(tài)，則這些狀態(tài)將一次性順序執(zhí)行 加入強制狀態(tài)后的狀態(tài)執(zhí)行流程 仿真模型按照OPNET仿真建模機制，應(yīng)該采用網(wǎng)絡(luò)—節(jié)點—進程三層結(jié)構(gòu)進行構(gòu)造，由于要對RMMD、主動分發(fā)、被動分發(fā)進行相應(yīng)的仿真并最后進行對比，所以只需要根據(jù)三種分發(fā)方式的不同定義好相應(yīng)的進程級模型，并讓相應(yīng)的進程級模型部署到相同的網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點層上，即此仿真模型的網(wǎng)絡(luò)層、節(jié)點層對于不同的分發(fā)算法都是一致的，這也即是OPNET仿真設(shè)計的優(yōu)勢所在。下面將對相應(yīng)各層的模型的設(shè)計進行具體介紹。 仿真網(wǎng)絡(luò)級模型根據(jù)OPNET仿真設(shè)計的需要，首先應(yīng)該將最上層的網(wǎng)絡(luò)級模型實現(xiàn)出來。 仿真網(wǎng)絡(luò)級模型，對數(shù)據(jù)網(wǎng)格進行了分層設(shè)計，由于僅研究元數(shù)據(jù)服務(wù)器之間的分發(fā)算法設(shè)計，即只需考慮設(shè)計上層—純P2P層（非結(jié)構(gòu)化）。，目前流行的很多純P2P網(wǎng)格是滿足小世界特性的，故將此網(wǎng)絡(luò)級模型設(shè)計為符合Small World特性，仿真實驗中具體設(shè)計如下：網(wǎng)絡(luò)由35個節(jié)點組成，節(jié)點按照node_1到node_35進行編號，每個節(jié)點都于其最近的2個相鄰節(jié)點相連，同時考慮到實際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的隨機性，讓一部分節(jié)點隨機的與另一個節(jié)點相連。這樣構(gòu)造后，節(jié)點的連接度為2或者3，即連接度比較均勻。另外，為了簡化處理，對于仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)資源的設(shè)置如下：在仿真中設(shè)定數(shù)據(jù)資源為100個不同的文檔，且每個文檔都會有多份的拷貝，用數(shù)字0到99來標識這樣文檔的元數(shù)據(jù)。初時化時，對于各節(jié)點元數(shù)據(jù)資源分布設(shè)置如下：平均每個節(jié)點擁有10個文檔的元數(shù)據(jù)，且請求5個文檔的元數(shù)據(jù)，，即仿真系統(tǒng)中80％的元數(shù)據(jù)請求集中于20％的元數(shù)據(jù)資源上。 仿真節(jié)點級模型 根據(jù)上層（網(wǎng)絡(luò)層）的需要對OPNET仿真的節(jié)點級模型進行設(shè)計。 仿真節(jié)點級模型 由于網(wǎng)絡(luò)層中設(shè)計了每個節(jié)點連接度為2或者3，故設(shè)計此節(jié)點級模型中包括3對收－發(fā)信機，收－發(fā)信機按照rec0xmt0到rec2xmt2進行編號。當節(jié)點的連接度為3時，收發(fā)－信機沒有空閑的；而當節(jié)點的連接度為2時有一對收發(fā)－信機空閑。其中收信機的功能就是模擬從相應(yīng)的節(jié)點端口中收取數(shù)據(jù)包，發(fā)信機的功能就是模擬把節(jié)點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包從相應(yīng)的節(jié)點端口發(fā)送出去，而對于數(shù)據(jù)包的處理/，這樣對應(yīng)于不同的分發(fā)算法，processor模塊的設(shè)計就不同，即在OPNET進程級設(shè)計就不同。 仿真進程級模型 不同的分發(fā)算法，應(yīng)該對應(yīng)于不同的進程級模型，它采用有限狀態(tài)機（FSM）來定義和實現(xiàn)了輪值會議元數(shù)據(jù)分發(fā)的協(xié)議。 RMMD進程級模型，之所以將這兩種分發(fā)方式的FSM圖設(shè)計相同，是因為這兩種分發(fā)協(xié)議都比較簡單，且處理過程類似，但實際仿真中此FSM圖中的各個狀態(tài)包含的代碼是完全不同的。 主動/被動分發(fā)進程級模型 仿真算法 仿真數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由于OPNET仿真主要基于數(shù)據(jù)包的通信，通信協(xié)議也必須通過包的字段來進行體現(xiàn)，因此仿真中所使用包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是整個仿真數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心，下面將分別對RMMD及主動/被動分發(fā)算法中的包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行介紹。1． RMMD中包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct pk_format_RMMD{object id meet_pro_objid。 //會議召開者的ID標識int meet_size。 //會議召開規(guī)模int meet_ttl。 //會議消息的TTL值int meet_try。 //會議召開消息標識int meet_start。 //會議開始消息標識int meet_deny。 //會議否決消息標識int meet_hold。 //會議參加消息標識float meet_time。 //一次會議持續(xù)的時間int meet_distance。 //會議消息所經(jīng)過的節(jié)點數(shù)統(tǒng)計int file_pro[10]。 //節(jié)點提供的元數(shù)據(jù)標識數(shù)組int file_req[5]。 //節(jié)點請求的元數(shù)據(jù)標識數(shù)組}2． 主動分發(fā)中包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct pk_format_ACTMD{object id act_pro_objid。 //主動分發(fā)節(jié)點的ID標識int act_size。 //主動分發(fā)的規(guī)模int act_ttl。 //主動分發(fā)消息的TTL值int act_distance。 //主動分發(fā)消息所經(jīng)過的節(jié)點數(shù)統(tǒng)計int file_pro[10]。 //節(jié)點提供的元數(shù)據(jù)標識數(shù)組}3． 被動分發(fā)中包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct pk_format_PASMD{object id pas_pro_objid。 //被動分發(fā)節(jié)點的ID標識int pas_size。 //被動分發(fā)的規(guī)模int pas_ttl。 //被動分發(fā)消息的TTL值in