【正文】 加分發(fā)的代價(jià)，但是由于這些參加此次會(huì)議的節(jié)點(diǎn)可以去參加別的會(huì)議獲取定購(gòu)的元數(shù)據(jù)，即相當(dāng)于將在這次會(huì)議沒有獲得滿足的元數(shù)據(jù)定購(gòu)請(qǐng)求向外傳播出去，這樣必然會(huì)提高元數(shù)據(jù)定購(gòu)請(qǐng)求的命中率，可以進(jìn)一步提高元數(shù)據(jù)分發(fā)的準(zhǔn)確性，相對(duì)于分發(fā)代價(jià)的增大，對(duì)于分發(fā)準(zhǔn)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(jì)的元數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制的背景知識(shí)，為之后的具體設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，隨后介紹了輪值會(huì)議元數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制的主要思想，并分析了其特點(diǎn)，最后詳細(xì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了該機(jī)制的會(huì)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(shí)驗(yàn)分析網(wǎng)格系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大而且復(fù)雜的系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行之前應(yīng)確保系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)期的性能表現(xiàn)，因此需要使用實(shí)驗(yàn)加以測(cè)試與驗(yàn)證，一般采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。目前大多網(wǎng)格仿真軟件是研究人員為驗(yàn)證自身研究成果而設(shè)計(jì)開發(fā)，如CAN Simulator[37]，Gnutella Simulator[38]，OptorSim[39]等，但此類仿真軟件設(shè)計(jì)目的單一，通用性較差，難以廣泛使用。為了更好的對(duì)網(wǎng)格中元數(shù)據(jù)分發(fā)策略進(jìn)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(diǎn)、構(gòu)成以及工作原理，并通過OPNET提供的編程環(huán)境實(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(jì)。 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(huì)議核心模塊、沖突檢測(cè)/處理模塊，其中，輪值會(huì)議核心模塊包括：會(huì)議觸發(fā)模塊、會(huì)議召集模塊、會(huì)議延遲模塊、元數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，下面將對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行相應(yīng)介紹。會(huì)議觸發(fā)模塊的功能是完成輪值會(huì)議的觸發(fā)，網(wǎng)格系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都應(yīng)包含一種隨機(jī)被系統(tǒng)觸發(fā)的機(jī)制，被觸發(fā)的節(jié)點(diǎn)將會(huì)成為“會(huì)議候選節(jié)點(diǎn)”進(jìn)行會(huì)議的召集。會(huì)議召集模塊的功能是完成“會(huì)議候選節(jié)點(diǎn)”向會(huì)議半徑范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送“會(huì)議召開消息”，并利用沖突檢測(cè)模塊檢測(cè)此會(huì)議半徑范圍內(nèi)是否有會(huì)議沖突，如果有則根據(jù)沖突處理模塊對(duì)沖突進(jìn)行處理，處理后再由會(huì)議延遲模塊對(duì)相應(yīng)的會(huì)議進(jìn)行延遲處理；如果沒有沖突則說明會(huì)議能正常進(jìn)行，然后轉(zhuǎn)入到元數(shù)據(jù)分發(fā)模塊進(jìn)行處理。會(huì)議延遲模塊的功能是完成對(duì)會(huì)議沖突處理模塊處理后需要進(jìn)行延遲阻塞的會(huì)議進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，讓此會(huì)議在相應(yīng)時(shí)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(huì)議進(jìn)行中的相關(guān)元數(shù)據(jù)在“會(huì)議主持節(jié)點(diǎn)”及“會(huì)議參加節(jié)點(diǎn)”間的分發(fā)，同時(shí)也要調(diào)用沖突檢測(cè)/處理模塊對(duì)會(huì)議半徑范圍內(nèi)的會(huì)議沖突進(jìn)行檢測(cè)及處理。沖突檢測(cè)/處理模塊的功能是完成對(duì)會(huì)議召集過程中、會(huì)議進(jìn)行過程中的相關(guān)會(huì)議沖突進(jìn)行檢測(cè)及處理。 實(shí)驗(yàn)環(huán)境OPNETOPNET最早是由麻省理工學(xué)院信息決策實(shí)驗(yàn)室受美國(guó)軍方委托開發(fā)，初始模型是由兩個(gè)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(guó)防及電腦網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛認(rèn)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(gè)OPNET用戶，包括企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，儀器配備廠商以及軍事、教育、銀行、保險(xiǎn)等領(lǐng)域，OPNET近幾年贏得的大量獎(jiǎng)項(xiàng)是對(duì)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(jī)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(jī)制，最底層為進(jìn)程(Process)模型，以狀態(tài)機(jī)來描述協(xié)議；其次為節(jié)點(diǎn)(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(dòng)的模擬機(jī)制，其仿真核心實(shí)際上為離散事件驅(qū)動(dòng)的事件調(diào)度器(Event Scheduler)，它對(duì)所有進(jìn)程模塊希望完成的事件和計(jì)劃該事件發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行列表和維護(hù)。采用離散事件驅(qū)動(dòng)的模擬機(jī)理，與時(shí)間驅(qū)動(dòng)相比，計(jì)算效率得到了很大的提高[40]。 OPNET編程特點(diǎn)OPNET modeler進(jìn)程—節(jié)點(diǎn)—網(wǎng)絡(luò)三層結(jié)構(gòu)的建模機(jī)制簡(jiǎn)單明了，在“進(jìn)程層”模擬單個(gè)對(duì)象的行為，在“節(jié)點(diǎn)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(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景組成“項(xiàng)目”，從而比較不同的設(shè)計(jì)[40,41,42]。同時(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點(diǎn)和鏈路，這些對(duì)象可以通過對(duì)話框來進(jìn)行配置。從編輯器的對(duì)象面板上拖拉，點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)和鏈路或者使用導(dǎo)入拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和快速對(duì)象配置來建立網(wǎng)絡(luò)。2. 節(jié)點(diǎn)編程器節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的行為，一般來說，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通常由多個(gè)模塊組成，其行為由其使用的不同的模塊決定。每個(gè)模塊完成一部分節(jié)點(diǎn)行為，同時(shí)每個(gè)模塊可以生成，發(fā)送和接受來自其它模塊的包。3. 進(jìn)程編程器進(jìn)程編輯器使用強(qiáng)大的有限狀態(tài)機(jī)（FSM）來支持規(guī)范、協(xié)議、應(yīng)用，算法以及排隊(duì)策略。可以用狀態(tài)和轉(zhuǎn)移條件圖形化的定義一個(gè)事件的邏輯。每個(gè)狀態(tài)包括C/C++代碼以及專門為協(xié)議編程設(shè)計(jì)提供的豐富的庫函數(shù)。有限狀態(tài)機(jī)是動(dòng)態(tài)的，并且可以在仿真中對(duì)其它有限狀態(tài)機(jī)引起的特定事件進(jìn)行響應(yīng)。作為OPNET modeler 三層建模機(jī)制的最底層，進(jìn)程模型是實(shí)施各種算法的載體因此也是進(jìn)行離散事件算法仿真所要研究的重點(diǎn)。對(duì)于仿真來說，仿真的控制權(quán)不斷地在進(jìn)程模型和仿真核心之間轉(zhuǎn)移，當(dāng)事件到達(dá)時(shí)，仿真核心確定該事件應(yīng)該交給哪一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行處理，控制權(quán)隨后轉(zhuǎn)交給了該進(jìn)程模型，進(jìn)程模型進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)程模型根據(jù)到達(dá)的事件種類，進(jìn)行相應(yīng)處理，處理后重新把控制權(quán)交回給仿真核心，進(jìn)程模型進(jìn)入阻塞狀態(tài)，即進(jìn)程模型就是不斷在阻塞和活動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)于進(jìn)程模型主體之一的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來說，兩個(gè)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(jìn)程在仿真進(jìn)行當(dāng)中所處的眾多模式中的一個(gè)，狀態(tài)之間既是互斥的，又是互補(bǔ)的，進(jìn)程在收到中斷之后，就會(huì)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)。OPNET中共有3中狀態(tài)：初始(initial)狀態(tài)、強(qiáng)制(forced)狀態(tài)和非強(qiáng)制(unforced)狀態(tài)。初始狀態(tài)是進(jìn)程被訪問的第一個(gè)狀態(tài)，一般在此狀態(tài)中進(jìn)行變量的初始化工作；對(duì)于強(qiáng)制狀態(tài)，指的是當(dāng)仿真進(jìn)入到此狀態(tài)后，仿真核心不允許其停留在這個(gè)狀態(tài)，強(qiáng)制其立即轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)；對(duì)于非強(qiáng)制狀態(tài)，進(jìn)行非強(qiáng)制狀態(tài)后的仿真，將停留在那個(gè)狀態(tài)，等待觸發(fā)喚起。每個(gè)狀態(tài)都有相應(yīng)的動(dòng)作與其對(duì)應(yīng)，這些動(dòng)作就是執(zhí)行代碼。每個(gè)狀態(tài)的執(zhí)行代碼分為上下兩個(gè)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(jìn)入或離開這一狀態(tài)時(shí)執(zhí)行。對(duì)于非強(qiáng)制狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行完進(jìn)入代碼后，處于阻塞狀態(tài)，并等待被激活。 進(jìn)入代碼 開始激活一旦激活，則進(jìn)程執(zhí)行該狀態(tài)的離開代碼，然后立即轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)，執(zhí)行其進(jìn)入代碼，然后再次被阻塞。 阻塞 等待中斷 離開代碼根據(jù)對(duì)條件的判斷，轉(zhuǎn)移線將指導(dǎo)進(jìn)程進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)或者返回本狀態(tài)。 進(jìn)入代碼 阻塞 等待中斷 離開代碼 結(jié)束激活 OPNET進(jìn)程模型中的非強(qiáng)制狀態(tài)的執(zhí)行流程強(qiáng)制狀態(tài)就其本質(zhì)來說并不能稱為狀態(tài)，因?yàn)橄到y(tǒng)并不會(huì)停留在強(qiáng)制狀態(tài)上。強(qiáng)制狀態(tài)只是由于編程的需要，為了有限狀態(tài)機(jī)編程的方便而提出的一個(gè)狀態(tài)。通過使用強(qiáng)制狀態(tài)，能夠方便而有效地把非強(qiáng)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(qiáng)。激活后從非強(qiáng)制狀態(tài)的離開代碼開始執(zhí)行在非強(qiáng)制狀態(tài)的進(jìn)入代碼執(zhí)行后結(jié)束激活若在相鄰非強(qiáng)制狀態(tài)之間存在多個(gè)強(qiáng)制狀態(tài)，則這些狀態(tài)將一次性順序執(zhí)行 加入強(qiáng)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(jī)制，應(yīng)該采用網(wǎng)絡(luò)—節(jié)點(diǎn)—進(jìn)程三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)造，由于要對(duì)RMMD、主動(dòng)分發(fā)、被動(dòng)分發(fā)進(jìn)行相應(yīng)的仿真并最后進(jìn)行對(duì)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(jìn)程級(jí)模型，并讓相應(yīng)的進(jìn)程級(jí)模型部署到相同的網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)層上，即此仿真模型的網(wǎng)絡(luò)層、節(jié)點(diǎn)層對(duì)于不同的分發(fā)算法都是一致的，這也即是OPNET仿真設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)所在。下面將對(duì)相應(yīng)各層的模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行具體介紹。 仿真網(wǎng)絡(luò)級(jí)模型根據(jù)OPNET仿真設(shè)計(jì)的需要，首先應(yīng)該將最上層的網(wǎng)絡(luò)級(jí)模型實(shí)現(xiàn)出來。 仿真網(wǎng)絡(luò)級(jí)模型，對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)格進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)，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(jì)，即只需考慮設(shè)計(jì)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(jí)模型設(shè)計(jì)為符合Small World特性，仿真實(shí)驗(yàn)中具體設(shè)計(jì)如下：網(wǎng)絡(luò)由35個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)按照node_1到node_35進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都于其最近的2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)相連，同時(shí)考慮到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性，讓一部分節(jié)點(diǎn)隨機(jī)的與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。這樣構(gòu)造后，節(jié)點(diǎn)的連接度為2或者3，即連接度比較均勻。另外，為了簡(jiǎn)化處理，對(duì)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(gè)不同的文檔，且每個(gè)文檔都會(huì)有多份的拷貝，用數(shù)字0到99來標(biāo)識(shí)這樣文檔的元數(shù)據(jù)。初時(shí)化時(shí)，對(duì)于各節(jié)點(diǎn)元數(shù)據(jù)資源分布設(shè)置如下：平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有10個(gè)文檔的元數(shù)據(jù)，且請(qǐng)求5個(gè)文檔的元數(shù)據(jù)，，即仿真系統(tǒng)中80％的元數(shù)據(jù)請(qǐng)求集中于20％的元數(shù)據(jù)資源上。 仿真節(jié)點(diǎn)級(jí)模型 根據(jù)上層（網(wǎng)絡(luò)層）的需要對(duì)OPNET仿真的節(jié)點(diǎn)級(jí)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。 仿真節(jié)點(diǎn)級(jí)模型 由于網(wǎng)絡(luò)層中設(shè)計(jì)了每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接度為2或者3，故設(shè)計(jì)此節(jié)點(diǎn)級(jí)模型中包括3對(duì)收－發(fā)信機(jī)，收－發(fā)信機(jī)按照rec0xmt0到rec2xmt2進(jìn)行編號(hào)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的連接度為3時(shí)，收發(fā)－信機(jī)沒有空閑的；而當(dāng)節(jié)點(diǎn)的連接度為2時(shí)有一對(duì)收發(fā)－信機(jī)空閑。其中收信機(jī)的功能就是模擬從相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)端口中收取數(shù)據(jù)包，發(fā)信機(jī)的功能就是模擬把節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包從相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)端口發(fā)送出去，而對(duì)于數(shù)據(jù)包的處理/，這樣對(duì)應(yīng)于不同的分發(fā)算法，processor模塊的設(shè)計(jì)就不同，即在OPNET進(jìn)程級(jí)設(shè)計(jì)就不同。 仿真進(jìn)程級(jí)模型 不同的分發(fā)算法，應(yīng)該對(duì)應(yīng)于不同的進(jìn)程級(jí)模型，它采用有限狀態(tài)機(jī)（FSM）來定義和實(shí)現(xiàn)了輪值會(huì)議元數(shù)據(jù)分發(fā)的協(xié)議。 RMMD進(jìn)程級(jí)模型，之所以將這兩種分發(fā)方式的FSM圖設(shè)計(jì)相同，是因?yàn)檫@兩種分發(fā)協(xié)議都比較簡(jiǎn)單，且處理過程類似，但實(shí)際仿真中此FSM圖中的各個(gè)狀態(tài)包含的代碼是完全不同的。 主動(dòng)/被動(dòng)分發(fā)進(jìn)程級(jí)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(jìn)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(gè)仿真數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心，下面將分別對(duì)RMMD及主動(dòng)/被動(dòng)分發(fā)算法中的包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(huì)議召開者的ID標(biāo)識(shí)int meet_size。 //會(huì)議召開規(guī)模int meet_ttl。 //會(huì)議消息的TTL值int meet_try。 //會(huì)議召開消息標(biāo)識(shí)int meet_start。 //會(huì)議開始消息標(biāo)識(shí)int meet_deny。 //會(huì)議否決消息標(biāo)識(shí)int meet_hold。 //會(huì)議參加消息標(biāo)識(shí)float meet_time。 //一次會(huì)議持續(xù)的時(shí)間int meet_distance。 //會(huì)議消息所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)int file_pro[10]。 //節(jié)點(diǎn)提供的元數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)數(shù)組int file_req[5]。 //節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求的元數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)數(shù)組}2． 主動(dòng)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(dòng)分發(fā)節(jié)點(diǎn)的ID標(biāo)識(shí)int act_size。 //主動(dòng)分發(fā)的規(guī)模int act_ttl。 //主動(dòng)分發(fā)消息的TTL值int act_distance。 //主動(dòng)分發(fā)消息所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)int file_pro[10]。 //節(jié)點(diǎn)提供的元數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)數(shù)組}3． 被動(dòng)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(dòng)分發(fā)節(jié)點(diǎn)的ID標(biāo)識(shí)int pas_size。 //被動(dòng)分發(fā)的規(guī)模int pas_ttl。 //被動(dòng)分發(fā)消息的TTL值in