Skalierbare Netzwerkemulationsverfahren zur vergleichenden Leistungsanalyse von Protokollen und verteilten Anwendungen im Mobile Computing
Final Report Abstract
Das Ziel des NET Projektes war die Entwicklung von Methoden und Konzepten zur hochskalierbaren, verteilten Netzwerkemulation zur Leistungsbewertung verteilter Anwendungen und Kommunikationsprotokolle. Die Methode der Netzwerkemulation erlaubt es hierbei Netzwerkumgebungen in einer kontrollierten Umgebung nachzubilden und somit Experimente einer verteilten Software reproduzierbar durchzuführen. Im Rahmen dieses Projektes wurde zur realistischen Nachbildung der Eigenschaften von Netzwerkverbindungen wie Bandbreite, Verzögerung und Verlustrate von drahtgebunden und drahtlosen Netzen das Emulationswerkzeug NETshaper entwickelt. Zur Steigerung der Skalierbarkeit wurde das Konzept der virtuellen Knoten entwickelt. Hierbei werden mehrere Instanzen der zu testenden Software auf einem physischen Rechner ausgeführt (Knotenvirtualisierung). Virtuelle Protokollstapel erlauben eine effiziente Partitionierung eines physischen Rechners bei minimalem Mehraufwand. Die Skalierbarkeit der Netzwerkemulation konnte durch das entwickelte Konzept der dynamischen virtuellen Zeit erhöht werden. Durch eine verlangsamte Experimentausführung ist es möglich die Anzahl virtueller Knoten pro physischem Rechner ohne Überlastung der physischen Ressourcen zu erhöhen. Zur Minimierung der Experimentlaufzeit wird dabei Ausführungsgeschwindigkeit derart angepasst, dass es auf keinem physischen Rechner zu einer Überlast kommt. Die Experimentlaufzeit wird entscheidend durch die Platzierung der virtuellen Knoten auf die physischen Rechner beeinflusst. Je nach Platzierung der virtuellen Knoten müssen Verbindungen zwischen virtuellen Knoten über physische Rechnergrenzen hinweg, emuliert werden und besitzen somit einen unterschiedlich hohen Ressourcenbedarf. Um die Laufzeit von Netzwerkexperimenten zu minimieren wurde NETplace zur Berechnung einer initialen Platzierung von virtuellen Knoten entwickelt. Durch die Minimierung der Last der physischen Rechner konnte die Experimentlaufzeit um bis zu 60% reduziert werden. In vielen Netzwerkexperimenten ändert sich der Ressourcenverbrauch virtueller Knoten während eines Experiments und kann somit zu einer temporär suboptimalen Platzierung führen. Durch eine Neuplatzierung einzelner virtueller Knoten kann eine optimale Platzierung wiederhergestellt werden. NETbalance berechnet unter Berücksichtigung der notwendigen Rekonfigurationskosten eine neue Platzierung welche die Experimentlaufzeit bei wechselndem Ressourcenbedarf der virtuellen Knoten minimiert. Die entwickelten Konzepte wurden in einem Prototyp implementiert. Zur effizienten Spezifikation, Durchführung und Auswertung der Netzwerkexperimente wurde eine integrierte Steuerumgebung (NETcaptain) auf Basis der Entwicklungsumgebung Eclipse entwickelt, welche eine direkte Leistungsbewertung der entwickelten verteilten Software mittels unseres Netzwerkemulators erlaubt.
Publications
- On Node Virtualization for Scalable Network Emulation. In SPECTS’05: Proc. of the 2005 Int’l Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems, 2005
Steffen Maier, Daniel Herrscher und Kurt Rothermel
- On the Impact of Radio Propagation Models on MANET Simulation Results. In MWCN’05: Proc. of the 7th IFIP Int’l Conference on Mobile and Wireless Communication Networks, 2005
Illya Stepanov, Daniel Herrscher und Kurt Rothermel
- Simulating Mobile Ad-Hoc Networks in City Scenarios. In WWIC’06: Proc. of the 4th Int’l Conf. on Wired/Wireless Internet Communications, 2006
Illya Stepanov und Kurt Rothermel
- Experiences with node virtualization for scalable network emulation. In: Computer Communications, Vol. 30(5), Elsevier, 2007
Steffen Maier, Daniel Herrscher und Kurt Rothermel
- Scalable Network Emulation: A Comparison of Virtual Routing and Virtual Machines. In ISCC'07: Proc. of the IEEE Symposium on Computers and Communications, 2007
Steffen Maier, Andreas Grau, Harald Weinschrott und Kurt Rothermel
- Simulating mobile ad hoc networks in city scenarios. In: Computer Communications, Vol. 30(7), Elsevier, 2007
Illya Stepanov und Kurt Rothermel
- Time Jails: A Hybrid Approach to Scalable Network Emulation. In PADS’08: Proc. of the 22nd Workshop on Principles of Advanced and Distributed Simulation, 2008
Andreas Grau, Steffen Maier, Klaus Herrmann und Kurt Rothermel
- Efficient and Scalable Network Emulation using Adaptive Virtual Time. In ICCCN’09: Proc. of the 18th Int’l Conf. on Computer Communications and Networks, 2009
Andreas Grau, Klaus Herrmann und Kurt Rothermel
- Exploiting Emulation Testbeds for Security Experiments. In: Proc. of the Workshop on Experimental platforms for Internet resilience, security and stability research, 2009
Andreas Grau, Klaus Herrmann und Kurt Rothermel
- NETplace: Efficient Runtime Minimization of Network Emulation Experiments. In SPECTS'10: Proc. of the Int’l Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems, 2010. Best Paper Award
Andreas Grau, Klaus Herrmann und Kurt Rothermel
- NETbalance: Reducing the Runtime of Network Emulation using Live Migration. In ICCCN'11: Proc. of the 20th Int’l Conf. on Computer Communication and Networks, 2011
Andreas Grau, Klaus Herrmann und Kurt Rothermel
