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.

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 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 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

As tecnologias da informação, telecomunicações e mobilidade aliadas às mudanças econômicas e sociais acarretaram uma grande reestruturação da indústria. Entre estas mudanças, verifica-se um maior nível de descentralização e especialização das unidades produtivas, o aumento da automação dos processos e, em conseqüência, uma maior quantidade e complexidade nas interações de seus sub-sistemas. De forma a lidar com esta complexidade e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas, faz-se necessário o uso de modelos, que são analisados por exemplo, através de simulação. Entre elas destaca-se a simulação distribuída, a qual trata da evolução de situações/cenários do sistema em computadores fisicamente dispersos, conectados através de uma rede de comunicação, visando, por exemplo, a redução do tempo de simulação, a simulação de grandes modelos(composto por muitos elementos), maior tolerânica a falhas e mesmo a distribuição geográfica. Visando contribuir para uma maior aplicabilidade das técnicas de modelagem e simulação, em especial a distribuída, propõe-se nesta tese (1) um novo método para a modelagem hierárquica de sistemas produtivos; e (2) um novo algoritmo para a sincronização da evolução do tempo de simulação de diferentes simuladores interagindo através de redes de comunicação (LAN, WAN). No método de modelagem proposto, utiliza-se uma abordagem top-down para a decomposição do sistema, partindo-se de um nível de abstração para um de maior detalhamento, permitindo, assim, um maior nível de conhecimento quanto ao comportamento dos elementos e suas interações. No nível de detalhamento desejado, utiliza-se a Rede de Petri na modelagem dos elementos básicos do sistema, que são, assim como na orientação a objetos, denominados classes. Em seguida, através de uma abordagem bottom-up, estes modelos são agrupados, formando modelos mais complexos: componentes e aplicativos. A fim de garantir a interação entre estes elementos, foram definidos um conjunto de interfaces, bem como suas regras de relacionamento. Este método foi aplicado a um estudo de caso para comprovar sua eficácia. No que diz respeito ao algoritmo proposto para sincronizar os tempos de simulação, utiliza-se como subsidio o mecanismo de gerenciamento da transmissão de dados em redes conhecido como Token Ring. Um simulador de eventos, distribuído, foi implementado com a finalidade de validar o algoritmo proposto. / Evolution on the information technology, telecommunications and transport systems, associated to social and economic changes around the world have caused a significative reorganization of the industry. In this context, a high level of decentralization and specialization of the productive units, as well as an increment of the automation level used in productive processes have been verified. It results on the increase of the amount and the complexity of the enterprise subsystems interactions. Modeling techniques are used with simulation to deal with the complexity, to analysis, and to design new productive systems. Among the simulation approaches, distributed simulation is distinguished. It deals with the execution of simulation in physically dispersed computers connected through a LAN (Local Area Network), providing, for example, the reduction of the simulation time, huge simulation models (models with many elements), fault tolerance, as well as geographic dispersion. To contribute for the evolution of modeling and simulation techniques, in special the distributed one, it is proposed on this work: (1) a new method for the hierarchical modeling of productive systems; and (2) a new time synchronization algorithm used to manage the time evolution of a set of distributed simulation software. On the proposed modeling method it is used a top-down approach to decompose the system in basic elements, starting in a high-level abstraction model, and ending with a set of basic models with high level of detail. Then, these models are modeled using Petri net. As well as on object-oriented languages, each model is called class. After that, using a bottom-up approach, these basic models are grouped to generate more complex models: component and application. A set of interfaces, as well as its relationship rules had been defined to guarantee the interaction among these elements. This method was applied to a case study to confirm its effectiveness. About the time synchronization algorithm, the token ring protocol is used as subsidy. An event based distributed simulator was implemented with the purpose to validate the proposed algorithm.

As tecnologias da informação, telecomunicações e mobilidade aliadas às mudanças econômicas e sociais acarretaram uma grande reestruturação da indústria. Entre estas mudanças, verifica-se um maior nível de descentralização e especialização das unidades produtivas, o aumento da automação dos processos e, em conseqüência, uma maior quantidade e complexidade nas interações de seus sub-sistemas. De forma a lidar com esta complexidade e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas, faz-se necessário o uso de modelos, que são analisados por exemplo, através de simulação. Entre elas destaca-se a simulação distribuída, a qual trata da evolução de situações/cenários do sistema em computadores fisicamente dispersos, conectados através de uma rede de comunicação, visando, por exemplo, a redução do tempo de simulação, a simulação de grandes modelos(composto por muitos elementos), maior tolerânica a falhas e mesmo a distribuição geográfica. Visando contribuir para uma maior aplicabilidade das técnicas de modelagem e simulação, em especial a distribuída, propõe-se nesta tese (1) um novo método para a modelagem hierárquica de sistemas produtivos; e (2) um novo algoritmo para a sincronização da evolução do tempo de simulação de diferentes simuladores interagindo através de redes de comunicação (LAN, WAN). No método de modelagem proposto, utiliza-se uma abordagem top-down para a decomposição do sistema, partindo-se de um nível de abstração para um de maior detalhamento, permitindo, assim, um maior nível de conhecimento quanto ao comportamento dos elementos e suas interações. No nível de detalhamento desejado, utiliza-se a Rede de Petri na modelagem dos elementos básicos do sistema, que são, assim como na orientação a objetos, denominados classes. Em seguida, através de uma abordagem bottom-up, estes modelos são agrupados, formando modelos mais complexos: componentes e aplicativos. A fim de garantir a interação entre estes elementos, foram definidos um conjunto de interfaces, bem como suas regras de relacionamento. Este método foi aplicado a um estudo de caso para comprovar sua eficácia. No que diz respeito ao algoritmo proposto para sincronizar os tempos de simulação, utiliza-se como subsidio o mecanismo de gerenciamento da transmissão de dados em redes conhecido como Token Ring. Um simulador de eventos, distribuído, foi implementado com a finalidade de validar o algoritmo proposto. / Evolution on the information technology, telecommunications and transport systems, associated to social and economic changes around the world have caused a significative reorganization of the industry. In this context, a high level of decentralization and specialization of the productive units, as well as an increment of the automation level used in productive processes have been verified. It results on the increase of the amount and the complexity of the enterprise subsystems interactions. Modeling techniques are used with simulation to deal with the complexity, to analysis, and to design new productive systems. Among the simulation approaches, distributed simulation is distinguished. It deals with the execution of simulation in physically dispersed computers connected through a LAN (Local Area Network), providing, for example, the reduction of the simulation time, huge simulation models (models with many elements), fault tolerance, as well as geographic dispersion. To contribute for the evolution of modeling and simulation techniques, in special the distributed one, it is proposed on this work: (1) a new method for the hierarchical modeling of productive systems; and (2) a new time synchronization algorithm used to manage the time evolution of a set of distributed simulation software. On the proposed modeling method it is used a top-down approach to decompose the system in basic elements, starting in a high-level abstraction model, and ending with a set of basic models with high level of detail. Then, these models are modeled using Petri net. As well as on object-oriented languages, each model is called class. After that, using a bottom-up approach, these basic models are grouped to generate more complex models: component and application. A set of interfaces, as well as its relationship rules had been defined to guarantee the interaction among these elements. This method was applied to a case study to confirm its effectiveness. About the time synchronization algorithm, the token ring protocol is used as subsidy. An event based distributed simulator was implemented with the purpose to validate the proposed algorithm.

Esta dissertação apresenta uma proposta de um simulador de modelos de larga escala para o Ambiente de Simulação Distribuída Automático (ASDA), uma ferramenta que facilita a utilização e o desenvolvimento de simulação distribuída e que vem sendo objeto de pesquisas e estudos no Laboratório de Sistemas Distribuídos e Programação Concorrente (LaSDPC) do ICMC-USP. Tal simulador permite ao ASDA a construção de modelos e programas que simulam modelos de redes de filas de larga escala, operações estas que tornam a ferramenta ainda mais completa. O simulador é baseado no padrão público para simulação distribuída de larga escala denominado Scalable Simulation Framework (SSF). O protótipo do simulador desenvolvido é constituído de um programa cliente-servidor, mas podem ser observados três componentes principais: um compilador, que traduz os modelos escritos em linguagem de modelagem para linguagem C++; o módulo SSF que define a API utilizada pelos programas de simulação; e um módulo de execução, que executa os programas de simulação, analisa os resultados e os repassa para um gerador de relatórios. O simulador contribui ainda com mais estudos acerca de simulação, simulação distribuída e modelagem de sistemas utilizando as ferramentas desenvolvidas pelo grupo / This dissertation presents a proposal for a large-scale model simulator, that is integrated into the Automatic Distributed Simulation Environment (ASDA), a tool that supports the development of distributed simulation, and that has been under studies and investigations in the Laboratory of Distributed Systems and Concurrent Programming at ICMC-USP. The proposed simulator allows ASDA to support the development of models and programs that simulates large-scale queuing models, making ASDA more complete and efficient. The simulator is based on a public standard for large-scale distributed simulation named Scalable Simulation Framework (SSF). The simulator prototype that was developed is a client-server program in which we can observe three main components: one compiler, that translates the models written in a modeling language to a simulation program, written in C++ programming language; the SSF library, that defines the API that is used by the simulation programs; and a runtime environment, which runs the simulation programs, analyzes the results and sends the information to a report builder. The simulator prototype also aggregates to the simulation community more studies regarding simulation, distributed simulation, systems modelling using the internal tools developed by our group

Esta dissertação apresenta uma proposta de um simulador de modelos de larga escala para o Ambiente de Simulação Distribuída Automático (ASDA), uma ferramenta que facilita a utilização e o desenvolvimento de simulação distribuída e que vem sendo objeto de pesquisas e estudos no Laboratório de Sistemas Distribuídos e Programação Concorrente (LaSDPC) do ICMC-USP. Tal simulador permite ao ASDA a construção de modelos e programas que simulam modelos de redes de filas de larga escala, operações estas que tornam a ferramenta ainda mais completa. O simulador é baseado no padrão público para simulação distribuída de larga escala denominado Scalable Simulation Framework (SSF). O protótipo do simulador desenvolvido é constituído de um programa cliente-servidor, mas podem ser observados três componentes principais: um compilador, que traduz os modelos escritos em linguagem de modelagem para linguagem C++; o módulo SSF que define a API utilizada pelos programas de simulação; e um módulo de execução, que executa os programas de simulação, analisa os resultados e os repassa para um gerador de relatórios. O simulador contribui ainda com mais estudos acerca de simulação, simulação distribuída e modelagem de sistemas utilizando as ferramentas desenvolvidas pelo grupo / This dissertation presents a proposal for a large-scale model simulator, that is integrated into the Automatic Distributed Simulation Environment (ASDA), a tool that supports the development of distributed simulation, and that has been under studies and investigations in the Laboratory of Distributed Systems and Concurrent Programming at ICMC-USP. The proposed simulator allows ASDA to support the development of models and programs that simulates large-scale queuing models, making ASDA more complete and efficient. The simulator is based on a public standard for large-scale distributed simulation named Scalable Simulation Framework (SSF). The simulator prototype that was developed is a client-server program in which we can observe three main components: one compiler, that translates the models written in a modeling language to a simulation program, written in C++ programming language; the SSF library, that defines the API that is used by the simulation programs; and a runtime environment, which runs the simulation programs, analyzes the results and sends the information to a report builder. The simulator prototype also aggregates to the simulation community more studies regarding simulation, distributed simulation, systems modelling using the internal tools developed by our group

Este trabalho de mestrado apresenta um estudo de Grades Computacionais e Simulações Distribuídas sobre a técnica MRIP. A partir deste estudo foi possível propor e implementar o protótipo de uma ferramenta para Gerenciamento de Experimento em Ambiente de Grade, denominada Grid Experiments Manager - GEM, organizada de forma modular podendo ser usada como um programa ou integrada com outro software, podendo ser expansível para vários middlewares de Grades Computacionais. Com a implementação também foi possível avaliar o desempenho de simulações sequenciais com aquelas executadas em cluster e em uma Grade Computacional de teste, sendo construído um benchmark que possibilitou repetir a mesma carga de trabalho para os sistemas sobre avaliação. Com os testes foi possível verificar um ganho alto no tempo de execução, quando comparadas as execuções sequenciais e em cluster, obteve-se eficiência em torno de 197% para simulações com tempo de execução baixo e 239% para aquelas com tempo de execução maior; na comparação das execuções em cluster e em grade, obteve-se os valores para eficiência de 98% e 105%, para simulações pequenas e grandes, respectivamente / This master\'s thesis presents a study of Grid Computing and Distributed Simulations using the MRIP approach. From this study was possible to design and implement the prototype of a tool for Management of Experiments in Grid Environment, called Grid Experiments Manager - GEM, which is organized in a modular way and can be used as a program or be integrated with another piece of software, being expansible to varius middlewares of Computational Grids. With its implementation was also possible to evaluate the performance of sequencial simulations executed in clusters and a Computational testbed Grid, also being implemented a benchmark which allowed repeat the same workload at the systems in evaluation. A high gain turnaround of the executions was infered with those results. When compared Sequential and Cluster executions, the eficiency was about of 197% for thin time of execution and 239% for those bigger in execution; when compared Cluster and Grid executions, the eficiency was about of 98% and 105% for thin and bigger simulations, repectivelly

O Dilema do Prisioneiro com n jogadores é um problema que ilustra a dificuldade na formação da cooperação em sociedades de indivíduos racionais. Diversos trabalhos foram feitos no sentido de compreender melhor os fatores que influenciam o surgimento e a evolução da cooperação nessas sociedades, sendo que muitos desses mostraram que a simulação deste tipo de problema carece de escalabilidade, o que impede a realização de experimentos que envolvam uma grande quantidade de agentes ou de parâmetros de teste. Este trabalho tem o intuito de aplicar conceitos de computação paralela para tratar este problema. Para tal, foi desenvolvido um sistema denominado PS2 E2 , evolução de um trabalho anterior, cuja utilização em alguns cenários possibilitou a verificação da influência de alguns parâmetros tais como o tamanho da população e a expressividade do modelo de representação de estratégias na utilidade global de um conjunto de agentes que jogam o Dilema do Prisioneiro com n jogadores. / The n-Player Prisoners Dilemma is a problem that illustrates the difficulty of cooperation formation in societies composed of rational individuals. Several studies were made to better understand the factors that influence the emergence and evolution of cooperation in these societies. Many of these showed that the simulation of this type of problem lacks scalability, which hinders the achievement of experiments involving a large number of agents or test parameters. This work intends to apply parallel computing concepts to treat this problem. To this end, it was developed a system called PS2 E2 , an evolution of a previous work, whose utilization in some scenarios allowed the verification of the influence of some parameters such as the population size and the expressiveness of the strategy representation model in the global utility of a society of agents that play the n-Player Prisoner Dilemma.