Sistemas Distribu dos e Redes de Sensores - PUC-Rionoemi/sd-13/aula6.pdf · 2013. 4. 12. · simetria do c odigo facilita entendimento do programa algoritmos em execu˘c~ao determinam

Sistemas Distribúıdos e Redes de SensoresAula 6: Outros Padrões – disseminação e roteamento

abril de 2013

Sistemas Distribúıdos e Redes de Sensores

Padrões de programas distribúıdos

padrão cliente-servidor exibe assimetria intŕınseca

padrões envolvendo processos pares: código idêntico

G. Andrews. Paradigms for process interaction in distributedprograms. ACM Computing Surveys, 23(1), march 1991,49-90.


Notação Andrews

canais

desacoplamento em relação a parceiros espećıficos

tipagem


exemplos C/S

monoprocesso

“monitor”: alocação de recursos de caráter homogêneocontrolador de disco

pré-alocação

sessões de uso (continuidade conversacional) e estado


Padrões p2p

simetria do código facilita entendimento do programa

algoritmos em execução determinam padrões de comunicação

relação entre discussão no artigo Andrews e aplicações maisrecentemente rotuladas como p2p


Disseminação de informações

Motivação

Disseminação de informações de um nó raiz para toda a rede

Disseminação de informações de todos os nós para todos osnós da rede (ex., problema de descoberta de topologia darede)

Coleta de dados de todos os nós da rede

Probe/echo e heartbeat

Padrões de interação adequados para disseminação de informaçõesquando os nós trocam mensagens apenas com seus vizinhosimediatos.


Algoritmos e padrão da aplicação

possivel combinação de vários padrões

algoritmo de disseminação pode ser apenas pequena parte do que écomputado na aplicação


Disseminação e roteamento

redes f́ısicas

redes de overlay


Algoritmos heartbeat

Cada processo executa uma sequência de iterações, onde cadaiteração compreende:

1 enviar seu conhecimento local para todos os vizinhos(expansão)

2 receber o conhecimento dos vizinhos (contração)3 ... e combinar os dados gerando nova versão da informação

global


problema exemplo: descoberta de topologia da rede

Cada nó só se comunica com seus vizinhos;

Inicialmente cada nó só conhece seus vizinhos imediatos;

A rede é conexa (todo nó tem ao menos um vizinho);

Ao final queremos que cada nó (processo) conheça atopologia inteira da rede (grafo de enlaces).

por exemplo, para tomar decisões sobre roteamento demensagens

problema representativo em SDs pois reaparece em váriasformas


Algoritmo distribúıdo para descoberta de topologia

Cada nó pergunta pela topologia de seus vizinhos (enviando erecebendo uma mensagem);

Depois de uma interação (round), cada nó conhece atopologia no raio de dois saltos;

Depois de r interações, o seguinte predicado será verdadeiroem cada nó p:

ROUND: ∀q : 1 ≤ q ≤ n : (dist(p, q) ≤ r ⇒ top[q, ∗] jápreenchida)


Algoritmo heartbeat para descoberta de topologia

primeira solução: diâmetro da rede (distância em saltos entreos nós mais distantes) conhecido:


Interface de comunicação p2p

Interface do enlace

Module:

Name: PerfectP2PLink

Events:

Request: < Send | dest, msg >

Indication: < Deliver | src, msg >

Propriedades do enlace

mensagens são entregues em ordem, não há criação de mensagens


Interface para componente de descoberta de topologia (v1)

(considerando que o diâmetro da rede seja conhecido)

Module:

Name: Topologia-v1

Events:

Request:

Indication:


Ligação entre componentes


Algoritmo heartbeat (parte 1)

Implements: Topologia-v1

Uses: PerfectP2PLink

event do

global top[1:n][1:n] := false;

global r := 0; resp := 0; num_vizinhos := 0;

proc Expande() do

forall q in top[p] do

trigger

resp := num_vizinhos;

end

event do

top[p][1:n] := vizinhos[1:n];

num_vizinhos := computa vizinhos;

call Expande()

end



event do

top := top or newtop;

resp := resp - 1;

call Topo();

end

proc Topo() do

if (resp = 0) then

r := r + 1;

if (r = d) then

trigger ;

else

call Expande()

end

end

end


Problemas da solução anterior

1 Conhecimento a priori do diâmetro D da rede

2 Troca excessiva de mensagens: nós na região central da redecontinuarão a ex ecutar as interações mesmo depois de játerem terminado de computar a topologia


Algoritmo heartbeat refinado para descoberta de topologia

Depois de r interações, o nó p conhecerá a topologia dentroda distância r: ∀q : dist(p, q) ≤ r , os vizinhos de q estarãoarmazenados na linha q de top

Como a rede é conexa, cada nó tem ao menos um vizinho, então onó p terá executado um número suficiente de interações (rounds)para saber a topologia da rede assim que toda linha de top tiver aomenos um valor TRUE

Nesse ponto, q pode terminar após compartilhar sua topologiafinal com seus vizinhos


Interface para descoberta de topologia (v2)

Module:

Name: Topologia-v2

Events:

Request:

Indication:



Implements: Topologia-v2

Uses: PerfectP2PLink

event do

global top[1:n][1:n] := false;

global resp := 0; num_vizinhos_ativos := 0;

global ativos[1:n] := false; done := false;



proc Topo() do

if (resp = 0) then

if (todas linhas de top tem uma entrada true) then

done := true;

forall q in ativos do

trigger

if (done) then

trigger ;

else

resp := num_vizinhos_ativos;

end

end



event do

top[p][1:n] = vizinhos[1:n];

ativos[1:n] = vizinhos[1:n];

num_vizinhos_ativos := computa vizinhos;

forall q in ativos do

trigger

resp := num_vizinhos_ativos;



event do

if (not done) then

top := top or newtop;

if (qdone) then

ativos[q] := false;

num_vizinhos_ativos = num_vizinhos_ativos-1;

end

resp := resp - 1;

call Topo();

end


Observações sobre a solução anterior

O limite superior de mensagens trocadas é: n ∗ 2 ∗m ∗ (D + 1),onde n é o número de nós na rede e m é o número máximo devizinhos de um nó

Cada nó n executa no máximo D + 1 rodadas nas quais troca 2msgs com cada um dos seus m vizinhos


Observações sobre o padrão heartbeat

O loop principal dos algoritmos heartbeat segue sempre amesma estrutura básica (envia msgs para os vizinhos e esperapelas respostas);

O conteúdo das msgs e como elas são tratadas depende decada aplicação;

O critério de término e como é verificado depende de cadaaplicação

no exemplo, cada nó é capaz de identificar o término;em outros casos, o nó precisará:

interagir com um controlador centraltrocar informações adicionaisou executar o pior caso de número de rodadas


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