книги2 / монография 31

Шаг 5. Корректировка таблиц в узле, в котором размещен элемент данных.

Если элемент данных размещается в узле k, то его номер записывается в матрице . При этом, если размещенный элемент данных это оригинальный элемент, то соответствующему элементу1 матрицы присваивается значение 1 или присваивается значение 0, если элемент данных это реплика.

Переход к Шагу 1.

Шаг 6. Конец работы алгоритма в текущем узле сети.

6.6.Пример работы эвристического алгоритма в произвольном узле сети MANET

Рассмотрим работу предложенного в работе алгоритма на примере сети, состоящей из K=16 узлов.

6.6.1. Исходные данные для работы алгоритма

На момент начала работы алгоритма сеть имеет топологию, показанную на рисунке 6.7.

Рассматривается ситуация, когда алгоритм передислокации реплик запускается практически одновременно в трех узлах сети с номерами 1, 8 и 12.

189

Рис. 6.7. Топология мобильной сети, используемой в примере

На рисунке 6.7 окружности одинакового радиуса с центром в мобильном узле обозначают границы зон радиовидимости мобильных узлов. Пунктирные стрелки – одинаковые по размерам радиусы зон радиовидимости узлов сети. Линиями обозначены каналы связи между узлами (радиоканалы). Пунктирной линией, соединяющей узлы 9 и 12, обозначен радиоканал, у которого вероятность сбоя в канале превышает заданное минимальное значение LP.

Заданы следующие значения параметров сети, используемых в алгоритме репликации.

LP = 0,05 – вероятность отказа каналов связи между любыми смежными узлами сети должна быть меньше заданного ограничения

LP.

RR = 15 – радиус зоны радиовидимости узла, одинаковый для всех узлов сети.

I = 8 – количество оригинальных элементов данных, используемых в сети.

̅– максимальный объем памяти, доступной в узле сети

= 100

для хранения элементов данных и их реплик (объем одинаков для всех узлов сети).

190

= { } – кортеж с размерами элементов данных или их идентичных реплик. Значения элементов кортежа представлены в таблице 6.3.

Таблица 6.3. Размеры элементов данных

Ниже приведены две таблицы, соответствующие топологии мобильной сети, представленной взвешенным графом (рисунок 6.7).

GAM –симметричная матрица смежности взвешенного графа

= ( , ) – таблица 6.4.

матрица параметров кратчайших путей для трех узлов мобильной сети {1,8,12} – таблица 6.5.

На рисунке 6.8 показана мобильная сеть, используемая в данном примере. На рисунке показаны радиозоны только для узлов 1, 8 и 12. Для каждого из 16-ти узлов сети показаны столбцы с номерами элементов данных и их реплик, размещенных в каждом из мобильных узлов сети (в соответствии с таблицей 6.6). Номера узлов на сером фоне означают номера оригинальных элементов данных (например, узел d4).

191

Таблица 6.4. Матрица GAM смежности взвешенного графа

192

Таблица 6.5. Матрица кратчайших путей для узлов (1,8,12)

193

Рис.6.8. Фрагмент топологии мобильной сети, используемой в примере

Таблица 6.6. Размещение элементов данных и их реплик по

Ниже в таблице 6.7 показаны объемы памяти узлов, использованной для размещения в узлах реплик элементов данных. Эти объемы рассчитываются на основе данных матрицы с информацией о размещении данных в узлах сети и кортежа S с размерами элементов данных.

194

Таблица 6.7. Объем памяти узлов, занятой репликами элементов данных

В таблице 6.8 представлены значения элементов матрицы = ‖ ‖ с частотами запросов к элементам данных и их репликам, сгенерированных в узлах сети на момент начала работы алгоритма.

Таблица 6.8. Частоты запросов к элементам данных

На основе анализа данных таблицы 6.8 с данными о частотах генерации запросов в узлах сети и данных о топологии сети и размещения реплик элементов данных можно сделать следующие выводы о том, как будет работать предложенный алгоритм.

6.6.2. Описание работы алгоритма в трех узлах сети

Предположим, что система находится в ситуации, когда алгоритм передислокации реплик должен отработать практически одновременно в трех узлах сети с номерами 1, 8 и 12.

1). Работа алгоритма в узле номер 1.

В этом узле возникла высокая интенсивность (100) запросов к элементу d4, однако в узле этот элемент данных не хранится. Среди всех соседних для узла 1 узлов только в узле 2 размещен элемент

195

данных d4. В этой ситуации многочисленные запросы к элементу d4 из узла 1 адресуются по радиоканалу в узел 2, что влечет за собой значительные затраты на использование ресурса радиоканала между этими двумя узлами. Было бы целесообразно скопировать элемент данных d4 из узла 2 в узел 1 и затем удалить его экземпляр в узле 2. Однако узел 2 содержит оригинальный элемент d4. Поэтому этот элемент в узле 2 не удаляется, а его копия размещается в узле 1. На этом работа алгоритма в узле 1 заканчивается.

2). Работа алгоритма в узле 8.

Вданном узле наиболее интенсивно генерируются запросы к следующим элементам данных: d2 (60 запросов за прошедший интервал времени), d4 (150 запросов), d5 (50) и d8 (60). При этом в самом узле хранятся реплики элементов данных d2, d5 и d8. Элемент d4 отсутствует.

Взоне радиовидимости узла 8 находятся несколько узлов, в которых хранятся реплики элемента данных d4, к которому генерируются запросы в узле 8. Это узел 7 (20 запросов к d4) и узел 9 (25 запросов к d4). Поскольку в узле 8 генерируется существенно большее запросов к элементу d4, чем в соседних узлах, то для уменьшения нагрузки на радиоканалы алгоритм переместит реплику элемента d4 из узла 9 в узел 8, поскольку он расположен на более близком к узлу 8 расстоянии. Между узлом 8 и узлами 7 и 9 расстояние равно 10 и 8 соответственно (см. рисунок 2). В узле 9 будет освобождена память, отведенная ранее для хранения реплики элемента d4. На этом работа алгоритма в узле 8 заканчивается.

3). Работа алгоритма в узле 12.

В узле 12 запросы к элементам данных d3, d4 и d6 обрабатываются локально, поскольку реплики этих элементов данных размещены в этом же узле. Однако в узле генерируется интенсивный трафик запросов (90 запросов) к элементу данных d5, который в узле не хранится. При текущей конфигурации сети запросы к элементу d5 для обработки адресуются в соседний узел 13. В самом узле 13 частота генерации запросов к элементу d5 намного меньше (10), чем аналогичная частота запросов в узле 12. Элемент данных d5 так же размещен и в узле 9 и в узле 10. Но из узла 9 его перемещать в узел 12 нельзя, поскольку в узле 9 размещен оригинал

196

этого элемента данных. Кроме того, вероятность сбоя в радиоканале между узлами 9 и 12 превышает заданное ограничение (на рисунке этот радиоканал представлен пунктирной линией). В узле 10 генерируется существенное количество запросов к D5. Перемещать реплику D5 из узла 10 в узел 12 нецелесообразно. В итоге работы алгоритма реплика элемента данных d5 перемещается из узла 13 в узел 12. В узле 13 реплика элемента d5 удаляется.

Результат перераспределения реплик в мобильной сети по окончании работы алгоритма в рассмотренных выше узлах 1, 8 и 12 представлен на рисунке 6.9.

Рис. 6.9. Распределение реплик элементов данных по окончанию работы алгоритма

Направления дальнейших работ

Предложенный метод может показать свою недостаточную эффективность при использовании его для репликации элементов данных в крупномасштабных мобильных сетях с большим количеством узлов, размещенных на больших территориях. Причина заключается в необходимости использования большого количества широковещательных сообщений. Данную проблему целесообразно решать за счет предварительного разбиения крупномасштабной сети на отдельные, менее крупные логические кластеры. Пример алгоритма разделения узлов сети на кластеры приведен в главе 5 данной работы.

197

Тогда предложенный метод можно использовать отдельно для каждого полученного кластера. В случае необходимости обмена сообщениями между мобильными узлами, расположенными в разных кластерах, целесообразно использовать реактивные методы маршрутизации, которые работают для каждого такого сообщения между кластерами.

В случае изменения элемента данных, размещенного в некотором узле, этот узел в широковещательном режиме рассылает соответствующее сообщение в другие узлы сети, которые хранят аналогичные реплики элемента данных для реализации в этих узлах аналогичных изменений. Для поддержки идентичности реплик элементов данных во всех таких узлах необходимо использовать тот или иной метод синхронизации изменений данных в узлах сети для поддержания непротиворечивости реплик. Можно проанализировать целесообразность и эффективность использования в сетях MANET некоторых из известных методов синхронизации распределенных транзакций, например, методы, изложенные в известной работе [73].

Краткие выводы

Репликация элементов данных, используемых в мобильных сетях, является эффективным методом повышения производительности, отказоустойчивости и масштабируемости мобильных сетей, доступности и сохранности используемых данных. Управление репликами в мобильных сетях это сложная задача по нескольким причинам. Но главную проблему создает изменчивость структуры мобильной сети, так как мобильные узлы постоянно перемещаются, некоторые из них отключаются, а другие узлы в тоже время могут подключаться к сети.

В данной главе дан краткий обзор видов мобильных сетей, приведены сведения о стандартах технологиях, которые используются при построении таких сетей. Перечислены особенности сетей MANET, которые влияют на реализацию репликации данных в таких сетях. Дан краткий обзор методов репликации и маршрутизации, используемых в мобильных сетях.

Предложена формальная модель мобильной сети MANET и эвристический алгоритм репликации элементов данных, используемых в мобильной сети. Модель и алгоритм используют

198