Açık Kaynak Kodlu Portico RTİiçin Yeni İletişim Modelleri

Koşum-zaman altyapılarında (Run-time infrastructure, RTI) federe ile federasyon arasındaki bağlantı modeli, altyapının dizaynında dikkat edilmesi gereken önemli bir unsurdur. Mevcut kapalı ve açık kaynak kodlu sistemlerde bağlantı modelleri olarak paylaşımlı hafıza, UDP ve TCP/IP gibi yöntem ve protokoller kullanılmaktadır. Portico RTI, anlaşılır bir şekilde yazılmış kodu, esnek mimarisi ve geliştiriciler tarafından sağlanan destek bakımından açık kaynak kodlu RTI yazılımları arasında önemli bir yere sahiptir. Portico RTI'nın halihazırda iletişim modeli olarak sunduğu 2 farklı iletişim modeli bulunmaktadır. Bunlardan ilki Jgroups tabanlı iletişim modelidir. Jgroups, IP tabanlı güvenilir birden çoğa yayın (reliable IP multicast) tabanlı bir kütüphanedir. Bu iletişim modeli ile birlikte, ağ üzerinde dağıtık olarak çalışan simülasyon programları birbirleri ile haberleşebilmekte ve HLA (High Level Architecture) standardının kuralları çerçevesinde birlikte çalışabilmektedirler. Jgroups ağ tabanlı bir kütüphane olduğundan zaman açısından birtakım gecikmeler yaşatabilmektedir. Simülasyon programlarının farklı bilgisayarlar üzerinde değil de aynı bilgisayarlar üzerinde çalıştığı durumlarda Jgroups tabanlı iletişim modeli yerine kullanılabilecek farklı iletişim modeli arayışları gelişmiştir. Bunun sonucu olarak JVM (Java Virtual Machine) tabanlı iletişim modeli geliştirilmiştir. JVM modelinde aynı bilgisayar üzerinde koşan simülasyonlar farklı işlem parçaları (thread) olarak çalışmaktadır. Bu iletişim modelinin de birtakım problemleri bulunmaktadır. JVM tabanlı iletişim modelinde herhangi bir işlem parçasının hata vermesi sonucu tüm JVM işlemi (process) sonlanabilir ve böylece birlikte çalışabilirlik ilkesine aykırı bir durum oluşmuş olur. Bir diğer problem ise, simülasyonların farklı birer işlem parçası olarak çalışmasını sağlayacak ara bir program hazırlanmak zorundadır. Bu durum simülasyonların doğrudan birlikte çalışmasını engellemektedir. Tüm bu durumlar göz önüne alındığında, kapalı kaynak kodlu sistemlerde de sıkça kullanılan paylaşımlı hafıza (shared memory) modelinin Portico RTI için geliştirilmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Paylaşımlı hafıza modelinde, simülasyonlar farklı birer işlem olarak çalışacak olup, hafıza alanı üzerinden haberleşeceklerdir. Bu da JVM modelinde bahsedilen dezavantajları giderecek ve simülasyonlara Jgroups modeline göre daha hızlı bir iletişim altyapısı sunacaktır. Java tabanlı bir yazılım olan Portico'da hafıza operasyonları JNI (Java Native Interface) teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilecektir. JNI Java programlarına doğrudan hafıza operasyonları yapma olanağı tanıyan bir kütüphanedir. Bu çalışmada, her bir bilgisayarda birden fazla olmak üzere ağ üzerinde dağıtık olarak çalışan simülasyonların haberleşmelerini sağlayacak hibrit iletişim modeli de anlatılacaktır. Bu modele göre aynı bilgisayar üzerinde çalışan simülasyonlar paylaşımlı hafıza modeli ile, farklı bilgisayardakiler ise Jgroups modeli altyapısı ile haberleşeceklerdir. Bu iki yeni model var olan Jgroups altyapısına göre daha hızlı bir haberleşme imkanı sunmaktadır. Daha önce Portico için paylaşımlı hafıza ve hibrit iletişim modelleri geliştirilmediği için bu çalışma iki yeni iletişim modeli sunarak Portico ile haberleşen simülasyonlar için daha hızlı bir iletişim altyapısı sağlamaktadır.

New Communication Models for Open Source Portico RTİ

The communication model between federates and the federation is an important point that should be considered carefully when d esigning runtime infrastructure (RTI) software. Some of the communication methods and protocols used in existing closed-source systems include shared memory, UDP and TCP/IP. Portico has a very special place among other open source RTIs since it has a well-written code, flexible architecture and it is actively supported by its developers. Portico RTI currently has 2 different communication models. First of these models is Jgroups based communication model. Jgroups is an IP multicast based library. Federates, distributed over network, can communicate with each other and run together by following the HLA (High Level Architecture) standard rules. Since Jgroups is a network based library, it may cause some latency. The need for new communication models has risen for the scenarios where simulations run on the same computer. As a result of this need, JVM (Java Virtual Machine) communication model has been developed for Portico RTI. Simulations, running on the same computer, are invoked as separate threads in JVM model which has some deficiencies. Failing one of simulation threads may cause JVM process to fail which in turn makes other simulations fail which breaks the interoperability rule. Another problem of JVM model is that a wrapper class is needed to invoke simulations as separate threads. This prevents simulations from running directly without any need for a wrapper class. A need for new communication models have raised because of the deficiencies current communication models have. In shared memory model, simulations run as separate processes and communicate through a shared memory region. Shared memory model overcomes the problems JVM model has and provides a faster communication model to simulations. JNI (Java Native Interface) technology will be used in order to realize memory operations in Portico which is a Java based software. Not only shared memory model but also a hybrid communication model will be presented in this paper. In hybrid communication model, simulations running on the same computer will communicate through shared memory model and simulation running on different computers will communicate through Jgroups communication model. Both shared memory and hybrid communication model perform better than Jgroups communication model. Since both hybrid and shared memory communications model have not been developed for Portico until now, this study proposes new communication models for Portico and improves the total communication times of simulations communicating through Portico.

PDF

___

IEEE standard for modeling and simulation (M&S) High Level Architecture (HLA) framework and rules. IEEE Std 1516-2010 (Revision of IEEE Std 1516-2000), pages 1-38, Aug (2010)
IEEE standard for modeling and simulation (M&S) High Level Architecture (HLA)- Object Model Template (OMT) specification. IEEE Std 1516.2-2000, pages I - 130, (2001)
IEEE standard for modeling and simulation (M&S) High Level specification, (Revision of 1516.1-2000) - Redline: IEEE Standard for Modeling & Simulation (M & S) High Level Architecture (HLA) Federate Interface Specfication - Redline, page 1, (2011) interface
K. L. Morse and M. D. Petty. High Level Architecture Data Distribution Management migration from DoD 1.3 to IEEE 1516. Concurrency and Computation: Practice and Experience, 16(15):1527-1543, (2004)
M. B. Martin Adelantado. HP-CERTI: Towards a high performance, high availability open source RTI for composable simulations. 04F-SIW-014, 1(1):2, (2004)
M. RTI. MAK RTI connection technology. MAK RTI Web Site,(Erişim tarihi: 13 Temmuz 2014)
P. RTI. Pitch RTI connect and incorporate. Pitch RTI Web Site, (Erişim tarihi: 12 Temmuz 2014)
L. Malinga and W. H. le Roux. Hla rti performance evaluation. In Proceedings of the 2009 SISO European Simulation Interoperability Workshop, SIW '09, pages 39-44, Vista, CA, (2009)
R. L. Pamella Knight, Aaron Corder. Evaluation of run time infrastructure (RTI) implementations. In 2001 Fall Simulation September, (2001) Workshop, 9-14
K. L. Morse, D. L. Drake, and R. P. Brunton. Web enabling HLA compliant simulations to support network centric applications. In Proceedings of the 2004 Symposium on Command and Control Research and Technology, San Diego, CA, (2004)
M. Dragoicea, L. Bucur, W. Tsai, and H. Sarjoughian. Integrating HLA and service oriented architecture in a simulation framework. (Proceedings - 12th IEEE/ACM International Symposium on Cluster, Cloud and Grid Computing, CCGrid 2012):861-866, (2012)
W. Zhang, T. Zhang, and Y.-B. Zha. Web service enabling of HLA based distributed simulation. Guofang Keji Daxue Xuebao/Journal of National University of Defense Technology, 30(5):120-124, (2008)
T. Zhiying, G. Zacharewicz, and D. Chen. Developing a web-enabled HLA federate based on Portico RTI. Proceedings Conference (WSC), page 22-89, (2011) Simulation
A. Kapolka. The extensible run-time infrastructure (XRTI): An emerging middleware standard for interoperable networked virtual environments. In Level Architecture, Master's thesis, Naval Postgraduate School, (2003)
W. Zhiteng, Q. Zhao, Z. Hongjun, Z. rui, X. Ying, and Y. Dejun. The application of MDA in distributed services of run-time infrastructure. Advances in Computer Science and its Applications ACSA, 41(2), (2012)
Z. J.-z. XU Ting-xue. Design and implementation of missile equipment martial and local integration maintenance support simulation system based on HLA. Systems Engineering - Theory & Practice, 33(3):802, (2013)
Z. Zhou, C. Xu, W. Hou, and W. Wu. Distributed ownership management algorithm for HLA/RTI implementation. Information Systems, 7(5):1628- 1637, (2011) of Computational
L. Lu, Z. Zhou, W. Wu, and Q. Zhao. DVE-RTI: Distributed interactive simulation runtime infrastructure. Jisuanji Yanjiu yu Fazhan/Computer Research and Development, 41(5):828-834, (2004)
J. Byrne, C. Heavey, and P. Byrne. A review of web- based simulation and supporting tools. Simulation Modeling Practice and Theory, 18(3):253 - 276, (2010)
Z. Wang, H. Zhang, A Run-time infrastructure based on service-distributed architecture, Applied Mathematics & information sciences, 1 June, (2014)
P. P. W. Page. Portico history. Portico Project Web Page, 2(2):1, (2008)