Místní Algoritmy pro robustní odpojen systémů (LARDS)


Original: http://www.cs.unh.edu/cnrg/projects/lards/

Fakulta: Michel Charpentier a Radim Bartoš
Student: Li Ying
Projekt absolvent: Swapnil Bhatia
Projekt osnovy:

Domníváme se, že systémy, které jsou přirozeně (a často nevyhnutelně) distribuované. Účastníci těchto systémů jsou různé (čidla a akční členy, mobilní roboty, mobily, stolní, přenosné a nositelné počítače, atd.), a my se na ně odkazovat pomocí obecný pojem agentů. Tyto prostředky jsou použity pro účel, a je třeba koordinovat, aby bylo dosaženo jejich úkolů. Tyto úkoly obvykle zahrnují výpočty, ale ne k vyloučení dalších poplatků jako je snímání, ovládání, pohyb a interakci s jinými látkami. Máme na mysli specifikaci úkolů agentů je jejich poslání.

Šíření deleay
Délky nejkratších cest k horní hraně (UrUrUrUr setkání vzor). V tomto experimentu 42% z uzlů (v černém) se nepodařilo, a dalších 9% (ve žlutém) jsou izolovány. Světlejší odstíny modré ukazují delší nejkratší cesty. (Viz [1])

Tato mise se často požaduje, aby agenti reagují na jejich prostředí rychle a bezpečně Propagation deleaypřes rozsáhlé nasazení, nejistota, dynamických změn a omezených zdrojů. Toho se nejlépe dosáhne, pokud prostředky jsou navrženy ve strukturované, ale není pevně způsobem. Struktura je nutné kontrolovat technické složitosti, ale mnoho předpokladů tradičních distribuovaných modelů (statické topologie, známé sady účastníků, nízká míra selhání, neomezenou moc, velkou šířku pásma, end-to-end směrování, atd.) jsou příliš rigidní pro tyto systémy. Zejména očekáváme, že prostředky, aby mohl reagovat na místní úrovni v těch případech, kde koordinace po celé síti, nebo dokonce komunikace s centrálním orgánem je nemožné. Jinými slovy, kromě toho, že ve fyzické podobě, systémy považujeme jsou ve své podstatě decentralizované.

Koordinace mezi agenty vyžaduje komunikaci. Naši agenti, nicméně mají tendenci obývat svět, ve kterém komunikace může být obtížné, například z důvodu mobility, bezdrátových nebo podvodní přenosy nebo napájecích omezení. Jedním z přístupů na tuto výzvu, nejlépe ilustrovaný práce na Delay tolerantní sítě (DTNs), je minimalizovat nezbytné změny distribuovaných algoritmů jejich obchodní úpravu sítě abstrakce co nejblíže tomu, co byly navrženy pro. Problém samozřejmě je dosáhnout takových dobře vychovaný sítě i přes problémy životního prostředí, které není vždy možné v přísném slova smyslu (tedy “Zpoždění” v DTN). Hlavní výhodou tohoto přístupu je, že návrháři se mohou spolehnout na známé rámců (případně s neobvyklými parametry, jako je vysoká latence) při provádění misí.

V poslední době, jiná strategie se začaly objevovat. Je odkázán na myšlence vzdát Propagation deleaystandardních síťových abstrakce, jako je směrování a end-to-end spojení, nevhodné na nové prostředí, v němž agenti mají tendenci se vyvíjet v prospěch nových výpočetních modelů. Na rozdíl od DTNs, to je radikální krok, ve kterém se dítě vyhozen s vaničkou. To vyžaduje kompletní redesign distribuovaných algoritmů a aplikací. Náš projekt patří do této rodiny myšlenky a zdůraznit skutečnost, že agenti stále tvoří spolupracující sítě i přes absenci standardní komunikační sítě, máme na mysli takových systémů pomocí mírně oxymoronic termín odpojených sítí.
Šíření deleay
Šíření informací od od středu 31×31 sítě pomocí UrUlUlUr schůzku vzor (viz [1]).

Pro ilustraci pojmy odpojených sítí, zvažte populace protokoly model Angluin et al. (Nebo naše vlastní poněkud související s vlastním v podobných algoritmy). Jedná se o výpočetní modely, ve kterých agenti nedeterministicky komunikovat s ostatními každý, ale nemají žádnou kontrolu nad těmito interakcemi. Výpočty postupovat příležitostný, kdy si vytvářejí lokální skupiny agentů a proveďte kroky nezávisle na všech ostatních agentů v systému. To je radikální odklon od klasické zprávy založené na počítači, kde agent odešle zprávu na konkrétní agenta B. Zde je látka musí pracovat s tím, co agenti jsou v současné době dostupné (a případně jich použít jako meziprodukty, pokud některé informace, které vzniká na specifický prostředek B není nutná). Komunikace se vyvíjí od služby, která je více či méně vždy k dispozici na zdroj, který je třeba používat efektivně a příležitostný. (Poznámka, nicméně, je to, že standardní distribuované algoritmy a komunikační mechanismy stále zapotřebí provádět místní skupiny kroků.)

Populační protokoly a osoby samostatně výdělečně podobných algoritmy zkoumat takové skupiny založené výpočty v minimalistickém souboru předpokladů (v podstatě, že vznik skupin je v rukou kontradiktorní životního prostředí, ale že existuje dostatek setkání agentů pro systém, aby se pokročilo) . Takové extrémní předpoklady jsou vhodné pro analýzu vyčíslitelnosti otázek a nejhorší výkon algoritmů, ale ve skutečnosti agenti mají určitý stupeň kontroly nad tvorbě skupin a jak používat to může mít obrovský dopad na výkon a spolehlivost systému. Studie o tom, jak agenti by měla využívat jejich skupinu tvoří schopnosti k vytvoření příležitosti k interakcím, které potřebují jejich algoritmy a podpořit provádění jejich poslání je jádrem našeho projektu. Jinými slovy, snažíme strategie, které povedou k efektivní implementaci nových skupin založených na výpočetních modelů.

Existuje mnoho aspektů tohoto problému v závislosti na typu agentů a charakteristiky jejich činnosti. Například, mohou agenti být mobilní a autonomní a tvoří skupiny založené na vzdálenosti a umístění. Nebo to může být statická, ale občas napájený pomocí Spánek / Probuzení doby jejich skupina sdružující princip. V obou případech může existovat napětí mezi tvorbě skupin a posláním parametrů. Například může být žádoucí pro mobilní prostředek k přesunu do umístění x za účelem vstupu do skupiny, ale musí také navštívit různé polohy y podle jejich skenování a snímání poslání. Stejným způsobem může být kompromisem mezi dlouhou dobu probuzení (více skupin, lepší prostředek koordinace) a krátké doby probuzení (lepší životnost sítě) musí být studován. Ukazuje se, že tam jsou jemnější než parametry těchto zřejmých kompromisy. Například, to může být prokázáno, že bez změny skupiny míst a návštěvnosti (nebo probuzení / spánek trvání), může být výkon výrazně zlepšila pečlivě vybrat pořadí, ve kterém agenti podílet na jejich různých skupin, s minimem znalostí agentů ” poslání.

Hlavním důvodem, proč jsme se odklonit od tradičních výpočetních modelů pro systémy posuzovaných je nevhodnosti (a často i nemožnost) zavedení a udržování plně propojených sítí agentů za všech okolností. Bez ohledu na problémy životního prostředí (vysoká latence, vysoká míra selhání, pohyb, hluk, interference, krátké komunikační sporáky, atd.), které je třeba vzít v úvahu, hledáme systémy, které mohou reagovat na místní úrovni s omezenou globální koordinace. Agenti by měly tvořit místní skupiny na základě povahy mise a typu akce, které reagují na.

Lze tedy soudit, že látka má určitou kontrolu nad tím, které skupiny na formě, ale obecně, nebudou moci dosáhnout optimální harmonogram schůzek s jinými látkami přesně. Z tohoto důvodu je důležité, aby každý program slouží k uspořádání setkání agentů být robustní a schopná odolat zpoždění, selhání a obecně nepřátelské prostředí. V rámci našeho projektu budeme studovat spolehlivosti sítě na základě různých modelů poruch. Také jsme vymysleli mechanismy, které lze spustit na “opravu” sítí změnou kompozice členství ve skupině a plány setkání dynamicky. Hlavním problémem při definování těchto oprav mechanismů je, že často je třeba koordinovat, ale jediný způsob, jak agenti může koordinovat je s aktuálním (a není-li), divize Building strategii. Přesto se ukazuje, že jednoduchý (místní, autonomní, volně Coordinated) strategie jsou schopné pracovat s mnoha chybami, včetně katastrofických scénářů.

Tyto příklady ilustrují, jak seskupování a plánování strategie lze hodnotit z hlediska výkonu a robustnosti. Kromě těchto vnitřních vlastností, mohou být strategie v porovnání s ohledem na konkrétní algoritmy a výpočetních modelů, ve kterých jsou vyjádřeny se. Plánujeme rozšířit embryonálních modely populační protokolů a soběpodobných algoritmů do full-opeřit modelu schopného vyjádřit distribuovaných řešení všech aspektů mise. To nám umožní porovnat výkon a robustnost určitého algoritmu při různých skupin tvořících strategií. Na rozdíl od klasického řešení založeného na počtu vyměněných zpráv a jejich velikost, toto srovnání využívá míry složitosti, která kombinuje počet kroků skupiny a složitosti jednotlivé kroky.

Odpojení sítě agentů mohou být dost složité, protože výpočet, pohyb, snímání, komunikace, ovládání a poslání specifikace jsou vzájemně propojeny, což umožňuje jejich analytická studie obtížný úkol. S cílem získat vhled do vlivu různých parametrů, jsme zavedli software simulátor, který nám umožňuje realizovat různé plány, zasedací politiky a opravy strategií a umožňuje nám představit klíčové aspekty systému, jako je například mise souvisejících činností a informační propagace . Tento simulátor umožňuje výzkumný proces, ve kterém jsme se formulovat předpoklad, navrhnout odpovídající experiment, simulovat chování systému k ověření (nebo vyvrátit) náš předpoklad, a nakonec pokračovat v důsledné vysvětlení pozorovaného chování.

Celkem tento projekt se zaměřuje na nově vznikající skupiny distribuovaných systémů, u nichž konvenční algoritmy-a sítí abstrakce, které je podporují, jsou nedostatečné. Zkoumáme nové výpočetní modely a navrhovat vhodné strategie k jejich provedení spolehlivě. Konečným cílem tohoto výzkumu je zjednodušit návrh softwaru těchto systémech a pro zlepšení jejich odolnosti.
Publikace:

M. Charpentier, R. Bartoš a Y. Li, “Interakce vzory pro pružné občas propojených statické senzorových sítí,” v Proc. konference IEEE pro vojenské komunikací (MILCOM’10), San Jose, CA, říjen 2010. [Pdf, prezentace]
M. Charpentier, R. Bartoš a S. Bhatia “Když Opportunity Příjmy z autonomie: Tour architektura založená na nezapojené mobilní senzory,” v Proc. The Third IEEE Workshop WoWMoM na autonomní a oportunistické komunikace, Kos, Řecko, červen 2009. [Pdf, prezentace]
M. Charpentier, R. Bartoš a S. Bhatia, “Mechanismus na Struktura mise-Aware Interakce v mobilních senzorových sítích,” v Proc. 10. Mezinárodní konference o distribuované výpočetní a sítě – ICDCN 2009, LNCS 5408, s. 425-436, 01 2009. [Pdf]
S. Bhatia a R. Bartoš, “self-podobný Funkce a obyvatel protokoly: charakterizace a srovnání,” v Proc. 10. Mezinárodní konference o distribuované výpočetní a sítě – ICDCN 2009, LNCS 5408, s. 236-274, 01 2009. [Pdf]
K. Mani Chandy a Michel Charpentier. “Self-podobných algoritmy pro dynamické distribuovaných systémů,” v Proc. 27. Mezinárodní konference o distribuované výpočetní systémy (ICDCS’2007), červen 2007. [Abstrakt, pdf]