9 Giải thuật cho MAGP trên mạng bất kỳ Ý tưởng: Mỗi tác tử duyệt DFS mạng để xây dựng cây khung của nó, các nút. được thu nạp vào cây khung theo luật đến trước thu nạp trước[r]
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
LÊ TRỌNG HÙNG
TRUYỀN BÁ THÔNG TIN PHÂN TÁN
GIỮA CÁC TÁC TỬ DI ĐỘNG
Ngành: Công nghệ Thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số: 60 48 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS NGUYỄN ĐẠI THỌ
Hà Nội, 2008
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined MỤC LỤC 2 BẢNG THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ, GIẢI THUẬT Error! Bookmark not defined
MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1 HỆ PHÂN TÁN Error! Bookmark not defined
1.1 Khái niệm hệ phân tán Error! Bookmark not defined 1.2 Vai trò hệ phân tán Error! Bookmark not defined 1.3 Đặc trưng hệ phân tán Error! Bookmark not defined 1.4 Mô hình truyền thông báo Error! Bookmark not defined 1.5 Công nghệ tác tử di động Error! Bookmark not defined 1.5.1 Sự tiến hóa Error! Bookmark not defined 1.5.2 Các đặc tính của tác tử di động Error! Bookmark not defined 1.5.3 Ứng dụng của tác tử di động Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 2 BẦU THỦ LĨNH TRÊN MẠNG ĐẦY ĐỦ Error! Bookmark not
defined
2.1 Giới thiệu bài toán Error! Bookmark not defined 2.2 Mô hình tính toán phân tán Error! Bookmark not defined 2.3 Giải thuật bầu thủ lĩnh Villadangos Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CÂY KHUNG TỐI THIỂU Error! Bookmark not
defined
3.1 Bài toán cây khung tối thiểu Error! Bookmark not defined 3.2 Giải thuật GHS83 Error! Bookmark not defined 3.3 Giải thuật SB95 Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 4 TRUYỀN BÁ THÔNG TIN PHÂN TÁN Error! Bookmark not
defined
GIỮA CÁC TÁC TỬ DI ĐỘNG Error! Bookmark not defined
4.1 Bài toán MAGP – Mobile Agent Gossip Problem Error! Bookmark not
defined
4.2 Một số khái niệm Error! Bookmark not defined 4.3 Mối quan hệ giữa MAGP và NLEP Error! Bookmark not defined 4.3.1 Hệ thống truyền thông báo Error! Bookmark not defined 4.3.2 Mô phỏng một giải thuật truyền thông báo Error! Bookmark not defined 4.4 Giải thuật hẹn gặp (Rendezvous Algorithm) Error! Bookmark not defined
Trang 34.5 Các giải thuật cho MAGP Error! Bookmark not defined 4.5.1 Mạng bất kỳ Error! Bookmark not defined 4.5.2 Mạng đầy đủ không cảm hướng Error! Bookmark not defined 4.5.3 Mạng đầy đủ cảm hướng Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 5 GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT CHO MAGP TRÊN MẠNG ĐẦY ĐỦ Error! Bookmark not defined
5.1 Phát biểu bài toán Error! Bookmark not defined 5.2 Ý tưởng, cấu trúc dữ liệu Error! Bookmark not defined 5.3 Giải thuật Error! Bookmark not defined
CHƯƠNG 6 GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT CHO MAGP TRÊN MẠNG BẤT KỲ Error! Bookmark not defined
6.1 Phát biểu bài toán Error! Bookmark not defined 6.2 Ý tưởng, cấu trúc dữ liệu Error! Bookmark not defined 6.3 Giải thuật Error! Bookmark not defined
KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined
1
GIỚI THIỆU
Mạng viễn thông phát triển mạnh truyền bá thông tin là nhu cầu thiết yếu,
là nền tảng để phát triển các dịch vụ khác.
Bài toán gossip là bài toán truyền bá thông tin phân tán giữa các nút, được
nghiên cứu từ năm 1954 và đã có nhiều kết quả nghiên cứu về bài toán này.
Truyền bá thông tin phân tán giữa các tác tử di động (MAGP) là hướng
nghiên cứu mới, được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Rendezvous là cách tiếp cận đầu tiên nhưng kém hiệu quả.
Suzuki và đồng sự [SAK07, SAK08] đưa ra cách giải quyết tốt hơn cho bài
toán MAGP Tuy nhiên, các giải thuật tác giả đưa ra mới ở mức ý tưởng
Phát triển các giải thuật đề xuất cho MAGP hiệu quả hơn
[SAK07] Suzuki & đồng sự, Optimal Moves for Gossiping Among Mobile Agents, Theoretical
Computer Science, 2007; [SAK08] Suzuki & đồng sự, Move-optimal Gossiping Among Mobile
Agents, Theoretical Computer Science, 2008.
Trang 4MÔ HÌNH HỆ TÁC TỬ DI ĐỘNG
v 0
v 3
v 2
v 1
v 4
v 5
p 2
whiteboard
home
Mạng G = (V, E)
Có k tác tử được khởi tạo tại các vị trí
khác nhau trong mạng.
Nút v icómột whiteboard, tác tử p k trên v i
cóthể write, read, delete thông tin trên đó.
p k di chuyển được từ v i sang v j chỉ nếu (v i,
v j) E
Độ PT di chuyển: tổng số bước di chuyển
của tất cả các tác tử.
Độ PT thời gian: khoảng thời gian kể từ
lúc bắt đầu đến khi kết thúc giải thuật.
5
BÀI TOÁN MAGP
Giả thiết:
trong mạng.
Yêu cầu: Tại cấu hình kết thúc, mỗi
tác tử đều có thông tin riêng của tất
cả các tác tử còn lại.
v 0
v 3
v 2
v 1
v 4
v 5
p 2
whiteboard
home
Trang 5Quan hệ giữa MAGP và NLEP
Suzuki và đồng sự đã chứng minh:
Định lý 4.3-1: Bài toán NLEP (Node Leader Election Problem) có
thể giải quyết được bởi bất cứ giải thuật MAGP nào trong hệ tác tử
di động.
Định lý 4.3-2: Bài toán MAGP có thể được giải quyết bằng cách
dùng giải thuật NLEP.
MAGP dựa trên ý tưởng của NLEP tương ứng.
7
Giải thuật cho bài toán MAGP
Phương pháp của Suzuki và đồng sự: Bầu ra một tác tử làm thủ lĩnh, tác tử này duyệt mạng để truyền bá thông tin cho các tác tử khác
Đợt bầu chọn dựa vào ý tưởng giải thuật NLEP.
Phương pháp hẹn gặp
(Rendezvous) Các tác tử di chuyển
đến điểm hẹn gặp và chia sẻ thông
tin với các tác tử khác Độ PT di
chuyển: (kN).
Phương pháp này kém hiệu quả.
v 1
1
2
3
v 4
v 1
v 2
v 4 4
1
2
3
Trang 6Giải thuật cho bài toán MAGP
GHS83: Giải thuật xây dựng MST( Minimum Spanning Tree) của Gallager và đồng sự
SB95: Giải thuật xây dựng MST của Singh và Bernstein
Bài toán MAGP
Giải thuật của Suzuki và đồng sự Giải thuật đề xuất
Mạng bất kỳ, cải biến từ GHS83.
Độ PT thời gian: O(N log k + |E|).
Mạng bất kỳ, cải biến từ SB95 Độ
PT thời gian: O(N + |E|).
Mạng đầy đủ, không cảm hướng, mỗi nút
biết mọi nút khác trong mạng Độ PT di
chuyển: 4N log k + 4 N + 4
Mạng đầy đủ, cảm hướng,
mỗi nút biết mọi nút khác trong mạng Độ PT
di chuyển: 4N + 8k
Mạng đầy đủ, vòng ảo
nối tất cả các nút trong mạng, mỗi nút chỉ cần biết nút kế tiếp trên vòng
ảo Độ PT di chuyển: N + 7k
9
Giải thuật cho MAGP trên mạng bất kỳ
Ý tưởng: Mỗi tác tử duyệt DFS mạng để xây dựng cây khung của nó, các nút
được thu nạp vào cây khung theo luật đến trước thu nạp trước.
1 Đợt bầu chọn tác tử thủ lĩnh là cải biến từ giải thuật xây dựng cây khung tối thiểu phân tán GHS83:
Mỗi e uv gắn trọng số (min{id(u), id(v)}, max{id(u), id(v)}).
Mỗi tác tử chủ sẽ tìm kiếm MOL trên cây khung của nó (dựa vào số hiệu mức), và tiến hành sát nhập với các cây khung khác qua liên kết MOL này, một tác tử được chọn làm chủ cây khung mới.
Cuối cùng, chỉ còn một cây khung duy nhất còn tồn tại, tác tử làm chủ cây khung này là tác tử thủ lĩnh.
2 Tác tử thủ lĩnh sẽ duyệt DFS trên cây khung của nó để truyền bá thông tin.
Độ PT: Giải thuật có độ PT di chuyển và thời gian là O(N log k + |E|).
Trang 7Giải thuật GHS83
Bài toán: Đồ thị G = (V, E) Mỗi cạnh có w(e) phân
biệt Tìm cây khung T = (V, E ) sao cho:
w(e) nhỏ nhất.
Tính chất 1: Gọi e là một MOE của một mảnh F
thuộc MST thì e MST.
Tính chất 2: Nếu tất cả các cạnh có trọng số phân
biệt thì MST là duy nhất.
E ' e
v 0
v 1
v 2
v 4
v 3 4
7
8
3 9
2 5
e
F
Ý tưởng: Mỗi mảnh ban đầu là một nút đơn nhất Các mảnh tìm kiếm MOE (dựa vào
số hiệu mức), mảnh sẽ sát nhập với các mảnh khác qua cạnh này (tính chất 1) Khi trong mạng chỉ còn một mảnh duy nhất, mảnh này chính là cây khung MST cần tìm (tính chất 2).
[GHS83] R.G Gallager, P.A Humblet, P.M Spira, A distributed algorithm for
minimum-weight spanning tree, ACM Transactions on Programming Languages and Systems, 1983.