Esta dissertação tem por objetivo apresentar uma abordagem baseada em técnicas de inteligência artificial para automatizar a etapa de particionamento de modelos em simulação distribuída. Essa abordagem utiliza os conceitos da computação evolutiva para o desenvolvimento de um algoritmo genético capaz de otimizar o processo de particionamento e auxiliar a tomada de decisões na tarefa de obtenção dos processos lógicos. Objetiva-se com sua aplicação minimizar o tempo de execução da simulação distribuída, evitando que o pior tempo de execução seja utilizado. Para alcançar esse objetivo, o particionamento apresentado como solução é caracterizado pelo balanceamento de carga e pela baixa latência de comunicação entre processos. Isso é possível porque o algoritmo genético utiliza informações contidas no modelo e na arquitetura de onde a simulação será executada. Esses padrões são utilizados para obter informações sobre a comunicação entre processos, a carga de processamento por centro de serviço e a capacidade de processamento das máquinas / This dissertation presents an approach based on intelligence artificial technics to automatize the model partitioning stage in distributed simulation. This approach makes uses evolutive computing concepts to developed a genetic algorithmic that can optimize the partitioning process and help to take decisions in the task to get the logical process. The propose of this algorithm is reduce to execution time the distributed simulation and to avoid the use of the worst execution time. To reach this target, the partitioning obtained has characteristics such as load balance and the low-communication interprocess. This is possible because the genetic algorithmic uses as input information from the model and the architect where the simulation with be executed. These inputs are used to get information about the interprocess communication, processing load per service center and processing capacity in the machines

Este trabalho propõe um novo mecanismo que possibilita a escolha entre os protocolos de sincronização para simulação distribuída, CMB (Chandy - Misra - Bryant) e Time Warp, durante a execução de uma simulação distribuída baseada em redes de filas. A utilização do mecanismo proposto é interessante porque a escolha do protocolo de sincronização mais apropriado é uma tarefa difícil. Desta forma, a troca entre os protocolos, automática e em tempo de execução, torna-se uma opção atrativa. A troca de protocolos deve considerar duas questões principais: como realizar a troca, uma vez que cada protocolo apresenta suas próprias características, e quando a troca deve ser considerada. Baseando-se nessas duas questões, o mecanismo para troca de protocolos proposto neste trabalho pode ser implementado através da execução dos processos lógicos da simulação concorrentemente com os processos: observador (responsável pela coleta de dados relativos ao desempenho da simulação), gerenciador (detecta a necessidade da troca de protocolos) e o conversor (responsável pela conversão entre os protocolos). Este trabalho apresenta o detalhamento destes processos e um estudo sobre as características do protocolo CMB, que devem ser consideradas para avaliar seu comportamento e uma possível troca para o protocolo Time Warp / This paper addresses a novel mechanism to allow the choice between the CMB and the Time Warp (TW) protocols during the execution of queuing-based model distributed simulations. The mechanism proposed is very attractive because the choice of the most appropriate synchronization protocol is a difficult task. Many times the use of both, conservative and optimistic protocols is a good option. The dynamic swapping of protocols involves two main questions: how to realize the swapping considering the distinct characteristics and how to define the best moment to perform the swapping. Considering these two questions, the mechanism for the protocol swapping, proposed in this work, can be implemented running the following three processes, concurrently with the logical processes: observer (responsible for collecting the performance metrics), management (responsible for the detection of the correct moment for the protocol swapping) and converter (responsible for the protocol swapping). This work presents the description of these processes. A study about which features of the CMB protocol to avaluate its behavior and a possible change between the CMB and TW protocol is also presented

Este trabalho propõe um novo mecanismo que possibilita a escolha entre os protocolos de sincronização para simulação distribuída, CMB (Chandy - Misra - Bryant) e Time Warp, durante a execução de uma simulação distribuída baseada em redes de filas. A utilização do mecanismo proposto é interessante porque a escolha do protocolo de sincronização mais apropriado é uma tarefa difícil. Desta forma, a troca entre os protocolos, automática e em tempo de execução, torna-se uma opção atrativa. A troca de protocolos deve considerar duas questões principais: como realizar a troca, uma vez que cada protocolo apresenta suas próprias características, e quando a troca deve ser considerada. Baseando-se nessas duas questões, o mecanismo para troca de protocolos proposto neste trabalho pode ser implementado através da execução dos processos lógicos da simulação concorrentemente com os processos: observador (responsável pela coleta de dados relativos ao desempenho da simulação), gerenciador (detecta a necessidade da troca de protocolos) e o conversor (responsável pela conversão entre os protocolos). Este trabalho apresenta o detalhamento destes processos e um estudo sobre as características do protocolo CMB, que devem ser consideradas para avaliar seu comportamento e uma possível troca para o protocolo Time Warp / This paper addresses a novel mechanism to allow the choice between the CMB and the Time Warp (TW) protocols during the execution of queuing-based model distributed simulations. The mechanism proposed is very attractive because the choice of the most appropriate synchronization protocol is a difficult task. Many times the use of both, conservative and optimistic protocols is a good option. The dynamic swapping of protocols involves two main questions: how to realize the swapping considering the distinct characteristics and how to define the best moment to perform the swapping. Considering these two questions, the mechanism for the protocol swapping, proposed in this work, can be implemented running the following three processes, concurrently with the logical processes: observer (responsible for collecting the performance metrics), management (responsible for the detection of the correct moment for the protocol swapping) and converter (responsible for the protocol swapping). This work presents the description of these processes. A study about which features of the CMB protocol to avaluate its behavior and a possible change between the CMB and TW protocol is also presented

Esta dissertação tem por objetivo apresentar uma abordagem baseada em técnicas de inteligência artificial para automatizar a etapa de particionamento de modelos em simulação distribuída. Essa abordagem utiliza os conceitos da computação evolutiva para o desenvolvimento de um algoritmo genético capaz de otimizar o processo de particionamento e auxiliar a tomada de decisões na tarefa de obtenção dos processos lógicos. Objetiva-se com sua aplicação minimizar o tempo de execução da simulação distribuída, evitando que o pior tempo de execução seja utilizado. Para alcançar esse objetivo, o particionamento apresentado como solução é caracterizado pelo balanceamento de carga e pela baixa latência de comunicação entre processos. Isso é possível porque o algoritmo genético utiliza informações contidas no modelo e na arquitetura de onde a simulação será executada. Esses padrões são utilizados para obter informações sobre a comunicação entre processos, a carga de processamento por centro de serviço e a capacidade de processamento das máquinas / This dissertation presents an approach based on intelligence artificial technics to automatize the model partitioning stage in distributed simulation. This approach makes uses evolutive computing concepts to developed a genetic algorithmic that can optimize the partitioning process and help to take decisions in the task to get the logical process. The propose of this algorithm is reduce to execution time the distributed simulation and to avoid the use of the worst execution time. To reach this target, the partitioning obtained has characteristics such as load balance and the low-communication interprocess. This is possible because the genetic algorithmic uses as input information from the model and the architect where the simulation with be executed. These inputs are used to get information about the interprocess communication, processing load per service center and processing capacity in the machines

Esta tese propõe um ambiente automático para desenvolvimento de simulação distribuída ASDA (Ambiente de Simulação Distribuída Automático), que tem como objetivo principal facilitar a utilização e desenvolvimento de simulação distribuída. As funcionalidades definidas no ASDA tornam-o diferente de todos os outros ambientes encontrados na literatura. A especificação do ASDA foi realizada através de um diagrama modular composto por sete módulos e também com o auxílio da ferramenta UML (Unified Modelling Language), através da utilização de três de seus diagramas: de casos de uso, de classes e de atividades. O ASDA permite aos usuários a utilização de simulação distribuída através da definição de uma nova simulação ou da replicação de um programa de simulação já desenvolvido. Se a opção for pelo desenvolvimento de um novo programa de simulação, o usuário deve fornecer o modelo e os parâmetros e o ambiente se encarrega de gerar o código do programa de simulação utilizando a abordagem que proporciona o melhor desempenho, levando em consideração as características do modelo e da plataforma. Além da especificação do ASDA, esta tese definiu um protótipo do ambiente com o objetivo de mostrar sua viabilidade de utilização. Neste protótipo, três módulos foram implementados, destacando-se o módulo Replicador, que utiliza a abordagem MRIP (Multiple Replication in Parallel). Esta tese contribui também com a definição de algumas diretrizes para a utilização da abordagem MRIP. A base para essa definição foram os resultados obtidos com a utilização do módulo Replicador / This thesis proposes an automatic environment for the development of distributed simulation ASDA (Ambiente de Simulação Distribuída Automático (in Portuguese), whose main goal is to make easier the use and development of distributed simulation. The ASDA functionality makes it different from all other environments found in the literature. The ASDA has been specified through a modular diagram, composed of seven modules built with the help of the UML (Unified Modelling Language) tool, using three of its diagrams: use case, class and activity. ASDA users can define the distributed simulation by means of the specification of a new simulation program or the replication of a simulation program already developed. If the user chooses to develop a new simulation program, he must only provide the model and the parameters. The environment will then generate the simulation program code using the approach that provides the best performance considering the model and platform characteristics. Besides the specification, this thesis presents a prototype of the ASDA environment with the goal of showing its viability. Three modules have been implemented for the prototype, highlighting the Replication module, which uses the MRIP (Multiple Replication in Parallel) approach. Another contribution of this thesis is the definition of a set of guidelines to the utilization of the MRIP approach. The basis to define these procedures was the results obtained with the utilization of the Replication module

Este trabalho analisa o impacto causado no desempenho de uma simulação distribuída quando técnicas de particionamento convencionais são empregadas. Essas técnicas não levam em conta informações inerentes ao estado da simulação. Pelo fato da execução de uma simulação também estar sujeita a sofrer interferências da plataforma, informações sobre a potência computacional de cada recurso utilizado e sobre o tipo de simulação, podem ser aplicadas em seu particionamento. Foram utilizadas informações estáticas, geradas através da avaliação da plataforma com benchmarks, e dinâmicas, obtidas através de índices de carga. Os resultados obtidos da utilização destas técnicas se mostram atrativos, principalmente quando o objetivo é a execução das simulações em ambientes que não disponibilizam políticas de escalonamento específicas e sim políticas convencionais. Nos estudos de casos avaliados, observaram-se ganhos satisfatórios, como a redução de até 24% do tempo de execução, um aumento de até 22% de eficiência e 79% menos rollbacks causados. Percebe-se que dependendo do tempo que se dispõe e dos objetivos pretendidos, as técnicas convencionais podem ser empregadas em simulações distribuídas. Este trabalho também contribui com o aperfeiçoamento das duas ferramentas utilizadas: WARPED e AMIGO. Uma interface de comunicação entre as duas ferramentas foi desenvolvida, ampliando assim seus campos de utilização. / This work analyses the impact caused on distributed simulation performance when conventional partitioning techniques are employed. These techniques do not take into account inherent information about the state of the simulation. Since a simulation execution is subject to platform interference, information about the type of simulations and about the computational power of resources may be applied to the partitioning process. Static performance information, generated from evaluating the platform with benchmarks has been employed, as well as dynamic load information provided by load indices. The results obtained with this approach are attractive, mainly when the objective is to execute simulations on environments which make conventional scheduling policies available, instead of specific policies. The evaluated case studies show satisfactory performance gains of up to 24% of reduction in execution time, 22% of improvement in efficiency and reduction of up to 79% in rollbacks. So, depending on the available time and the aimed objectives, it is worth using conventional techniques to assist distributed simulation partitioning. This work also contributes to the improvement of both tools used in it: Warped and AMIGO. A communication interface has been developed to integrate the tools, extending their capabilities.

Esta tese apresenta uma avaliação do desempenho de simulações distribuídas em tempo de execução. Baseando-se nos resultados obtidos nessa avaliação é proposto um mecanismo em que diferentes protocolos de sincronização coexistem em uma mesma simulação. Esse mecanismo tem por objetivo adequar a simulação em execução ao melhor protocolo de sincronização, para garantir melhor desempenho e, conseqüentemente, resultados mais rápidos. Todas as modificações que são necessárias nos protocolos e a definição da troca de mensagens entre os processos são detalhadas neste trabalho. Esta tese apresenta também os resultados dos testes realizados para identificar os casos onde é melhor manter o protocolo conservador ou onde uma troca de protocolo deve ser considerada. Os resultados obtidos são apresentados e mostram em que momento a troca deve ser considerada. Diferentes abordagens podem ser utilizadas para avaliar o desempenho da simulação, considerando cada processo individualmente ou todos os processos globalmente. De maneira análoga, a troca de protocolos pode ser realizada de forma local ou global. Essas considerações permitem a criação de uma taxonomia para a troca de protocolo que também é apresentada nesta tese. / This thesis presents a performance evaluation of distributed simulations during execution time. According to the results obtained in this evaluation, it is proposed a mechanism where different synchronization protocols can be used in the same simulation. This mechanism aims at tunning the simulation in execution to the best protocol in order to reach better performance. All modifications needed in the protocols and the definition of the exchanged messages between logical processes is presented in this work. This thesis also presents the results of the tests realized to identify the cases where it is better to keep the conservative protocol or it is better to swap the protocol. The results obtained are presented and shown when it is necessary to swap the protocol. Different approaches can be used to evaluate the simulation performance considering that it is possible to evaluate each logical process locally or all of them globally. The change of the protocol can also be applied in just one logical process or in all of them. These considerations allowed the definition of a taxonomy that is also presented in this thesis.

Esta tese propõe um novo método para a avaliação de desempenho de protocolos de sincronização otimistas adotados em programas de simulação distribuída. A utilização do método proposto é atrativa principalmente por permitir um usuário de simulação distribuída otimista optar pelo protocolo que mais se adapta às suas necessidades, sem ter que implementá-lo. O método de avaliação tem o modelo de um processo lógico Time Warp básico como núcleo, levando em consideração as características tanto da aplicação como da plataforma de hardware/software utilizada (o ambiente ALPHA/Sim é utilizado para a modelagem e simulação através de Redes de Petri). As características mais relevantes do protocolo Time Warp básico e suas variações são identificadas, a partir de uma nova taxonomia hierárquica proposta nesta tese, aliada a uma revisão bibliográfica ampla e detalhada. Além disso, domínios de plugins foram identificados, permitindo uma extensão (ou modificação) rápida e direta do modelo do Time Warp básico proposto. Esta tese também contribui apresentando resultados da avaliação de desempenho do protocolo Time Warp básico e do protocolo probabilístico PDSP. / This thesis proposes a novel method for the performance evaluation of optimistic synchronisation protocols adopted in distributed simulation programs. The use of the proposed method is attractive mainly for allowing an optimistic distributed simulation user to choose the protocol that best fits his needs, without having to implement it. The evaluation method has the model for a basic Time Warp logical process as its kernel, that takes into consideration the features of both the application and the hardware/software platform adopted (the ALPHA/Sim environment is used for modelling and simulation purposes through Petri Nets). The more relevant features of the basic Time Warp protocol and its variants are identified by using a new hierarchical taxonomy proposed in this thesis together with a wide and detailed literature survey. Furthermore, plugin domains could also been identified, allowing a quick and straightforward extension (or modification) of the basic Time Warp model proposed. This thesis also contributes by presenting performance evaluation results for both the basic Time Warp protocol and the PDSP probabilistic protocol.

Um melhor escalonamento em simulação distribuída é fundamental para uma execução mais rápida e eficiente. O projeto desenvolvido tem como objetivo a avaliação de desempenho de políticas de escalonamento convencionais e específicas para Simulação Distribuída (SD), apresentando uma comparação do desempenho destas duas abordagens. Análises das pesquisas feitas na área mostram que não existe avaliação semelhante. Assim, este trabalho tem a importante contribuição de demonstrar as vantagens e desvantagens do uso de políticas tradicionais em relação às específicas em SD. Para execução das simulações foi utilizada a ferramenta Warped, que está descrita nesta dissertação. Foram desenvolvidas e implementadas novas técnicas de escalonamento que utilizam os resultados da simulação em execução, assim executam um melhor balanceamento de carga. Para o desenvolvimento deste projeto foi necessária uma revisão bibliográfica envolvendo conceitos de simulação distribuída com seus respectivos protocolos de sincronização, escalonamento de processos específicos para programas de SD e políticas tradicionais. Com este estudo soma-se como contribuição deste trabalho uma nova classificação das políticas específicas para SD que utilizam protocolo otimista / A bestter scheduling in distributed simulation is fundamental to a fast and efficient execution. The developed project has as objective the evaluation of performance of conventional and specific politics of scheduling for Distributed Simulation (DS), presenting a comparison of the performance of these two boardings. Analyses of the research done in the area show that similar evaluation does not exists. Thus, this work has the important contribution to demonstrate to the advantages and disadvantages of the use of traditional politics in relation to the specific ones in DS. For execution of the simulations the Warped tool was used, that is described in this work. They had been developed and implemented new techniques of scheduling that use the results of the simulation in execution, thus they execute one better load balancing. For the development of this project a bibliographical revision was necessary involving concepts of simulation distributed with its respective protocols of synchronization, traditional scheduling of specific processes for DS programs and politics. With this study a new classification of the specific politics for DS is added as contribution of this work that use optimistical protocol

Esta tese propõe um novo método para a avaliação de desempenho de protocolos de sincronização otimistas adotados em programas de simulação distribuída. A utilização do método proposto é atrativa principalmente por permitir um usuário de simulação distribuída otimista optar pelo protocolo que mais se adapta às suas necessidades, sem ter que implementá-lo. O método de avaliação tem o modelo de um processo lógico Time Warp básico como núcleo, levando em consideração as características tanto da aplicação como da plataforma de hardware/software utilizada (o ambiente ALPHA/Sim é utilizado para a modelagem e simulação através de Redes de Petri). As características mais relevantes do protocolo Time Warp básico e suas variações são identificadas, a partir de uma nova taxonomia hierárquica proposta nesta tese, aliada a uma revisão bibliográfica ampla e detalhada. Além disso, domínios de plugins foram identificados, permitindo uma extensão (ou modificação) rápida e direta do modelo do Time Warp básico proposto. Esta tese também contribui apresentando resultados da avaliação de desempenho do protocolo Time Warp básico e do protocolo probabilístico PDSP. / This thesis proposes a novel method for the performance evaluation of optimistic synchronisation protocols adopted in distributed simulation programs. The use of the proposed method is attractive mainly for allowing an optimistic distributed simulation user to choose the protocol that best fits his needs, without having to implement it. The evaluation method has the model for a basic Time Warp logical process as its kernel, that takes into consideration the features of both the application and the hardware/software platform adopted (the ALPHA/Sim environment is used for modelling and simulation purposes through Petri Nets). The more relevant features of the basic Time Warp protocol and its variants are identified by using a new hierarchical taxonomy proposed in this thesis together with a wide and detailed literature survey. Furthermore, plugin domains could also been identified, allowing a quick and straightforward extension (or modification) of the basic Time Warp model proposed. This thesis also contributes by presenting performance evaluation results for both the basic Time Warp protocol and the PDSP probabilistic protocol.