/** Executa a simulação, em Loop. */
public void run() {
while (!confidenceNotAcceptable()) {
setFirstEvents();
// Os dados desta fase são subtraídos das estatísticas finais.
TransientPhaseData transientPhaseData = transientPhase();
for (int i = 0; i < SimulationProperties.getEventsInARow(); i++) {
// Usado no cenário 1.
mapCurrentTimePerCwndMSS.put(
currentTime,
getSystem().getTxs().get(0).getCongestionWindow()
/ SimulationProperties.getMSS().doubleValue());
// Armazena dados de vazão ao longo do tempo, para cada Tx.
populateFlowPerTx();
handleEvents();
}
for (int i = 0; i < getSystem().getRxs().size(); i++) {
double a =
getSystem().getRxs().get(i).getNextExpectedByte()
- transientPhaseData.getExpectedBytes().get(i);
double b = currentTime - transientPhaseData.getTransientPhaseEndingTime();
statisticsPerTx.get(i).addSample((a * 8) / (b * 1E-3));
}
}
}
/** Construtor. Seta valores iniciais e parâmetros iniciais. */
public Simulation() {
random = new SimulatedRandom();
for (int i = 0;
i < SimulationProperties.getQuantityOfG1() + SimulationProperties.getQuantityOfG2();
i++) {
statisticsPerTx.add(new Statistics());
flowPerTx.add(new TreeMap<Double, Double>());
}
}
private void handleTxPacketIntoRouter(Event event) {
// Sempre que o roteador fica vazio, um novo envio é agendado.
if (getSystem().getRouter().getBuffer().quantityOfRemainingPackets().intValue() == 0) {
Event sendPack = new Event(EventType.RouterSuccessfullySentPacket);
double packTransmission = packTransmission(SimulationProperties.getMSS());
sendPack.setTime(currentTime + packTransmission);
getEvents().add(sendPack);
}
getSystem().getRouter().receivePacket(event.getPack(), currentTime);
}
/**
* Executa a fase transiente.
*
* @return Tempo de término da fase e a sequência de bytes esperados nos receptores.
*/
public TransientPhaseData transientPhase() {
for (int i = 0; i < SimulationProperties.getTransientPhaseEvents(); i++) handleEvents();
double transientPhaseEndingTime = currentTime;
ArrayList<Long> expectedBytes = new ArrayList<Long>();
for (Rx rx : getSystem().getRxs()) expectedBytes.add(rx.getNextExpectedByte());
return new TransientPhaseData(transientPhaseEndingTime, expectedBytes);
}
private void handleRouterSuccessfullySentPacket(Event event) {
SACK sack = getSystem().getRouter().sendPackToRx(currentTime);
if (sack != null) { // Tráfego de fundo se perde
int ackPropagation =
getSystem().getTxs().get(sack.getDestination()).getGroup().equals(Group.Group1)
? SimulationProperties.getAckG1PropagationTime()
: SimulationProperties.getAckG2PropagationTime();
Event sendSack = new Event(EventType.SackArrives);
sendSack.setTime(currentTime + ackPropagation);
sendSack.setSack(sack);
getEvents().add(sendSack);
}
// Mais um pacote sai do roteador para um Rx.
if (getSystem().getRouter().getBuffer().quantityOfRemainingPackets().intValue() >= 1) {
Event sendPack = new Event(EventType.RouterSuccessfullySentPacket);
double packTransmission = packTransmission(SimulationProperties.getMSS());
sendPack.setTime(currentTime + packTransmission);
getEvents().add(sendPack);
}
}
/**
* A fila de eventos precisa ser setada com eventos iniciais. Este método seta envios de pacotes
* de congestionamento (tráfego de fundo) e também envios de pacotes vindo dos Txs.
*/
private void setFirstEvents() {
resetSimulation();
// Prepara o tráfego de fundo.
if (SimulationProperties.isWithCongestion()) {
Event firstCongestionPack =
new Event(
EventType
.CongestionPacketIntoRouter); // Evento "Pacote de Tráfego de Fundo chegar ao
// roteador"
firstCongestionPack.setTime(random.generateExponential(1.0 / congestionPacketFrequency));
getEvents().add(firstCongestionPack);
}
// Prepara os servidores para transmissão de Tx-Rx.
for (Tx tx : getSystem().getTxs()) {
double propagationDelay = setPropagationDelay(tx);
// Fator aleatório além da propagação e da transmissão.
// É zero por padrão, mas este intervalo muda nos cenários 2 e 3.
double randTime = random.generateDouble() * SimulationProperties.getAssyncInterval();
Event packSent = new Event(EventType.TxPacketHeadsToRouter); // Evento "Pacote sair do Tx"
packSent.setTime(randTime + transmissionTime);
packSent.setTxIndex(tx.getIndex());
getEvents().add(packSent);
Pack pack = tx.sendPacket(randTime);
Event firstTcpPack =
new Event(EventType.TxPacketIntoRouter); // Evento "Pacote TCP chegar ao roteador"
firstTcpPack.setTime(randTime + transmissionTime + propagationDelay);
firstTcpPack.setPack(pack);
getEvents().add(firstTcpPack);
Event possibleTimeout = new Event(EventType.Timeout); // Evento "Possível Timeout do pacote"
possibleTimeout.setTime(randTime + tx.getRTO());
possibleTimeout.setTxIndex(tx.getIndex());
pack.setTimeout(possibleTimeout);
getEvents().add(possibleTimeout);
}
}
private void handleCongestionPacketIntoRouterEvent(Event event) {
double scheduleTime = random.generateExponential(1.0 / congestionPacketFrequency);
Event scheduleNextCongestionPack = new Event(EventType.CongestionPacketIntoRouter);
scheduleNextCongestionPack.setTime(currentTime + scheduleTime);
getEvents().add(scheduleNextCongestionPack);
if (getSystem().getRouter().getBuffer().quantityOfRemainingPackets().equals(0)) {
Event sendPack = new Event(EventType.RouterSuccessfullySentPacket);
double packTransmission = packTransmission(SimulationProperties.getMSS());
sendPack.setTime(currentTime + packTransmission);
getEvents().add(sendPack);
}
long numberOfCongestionPacks =
Math.round(random.generateGeometric(1.0 / congestionPacketFrequency));
for (long i = 0; i < numberOfCongestionPacks; i++)
getSystem().getRouter().receivePacket(new Pack(PackType.Congestion, 0), currentTime);
}
/** Reseta a lista de eventos e o sistema. */
private void resetSimulation() {
system = new Sys(SimulationProperties.getRouterType());
events = new PriorityQueue<Event>();
currentTime = 0.0;
}
public double packTransmission(long size) {
return 1E3 * size * (8 / SimulationProperties.getCg());
}
/** Responsável pelo loop de simulação. */
public class Simulation {
// -------------------------------------------------------------------
// Dados armazenados para os cenários.
/** Armazena o valor de Cwnd/MSS ao longo do tempo de simulação. */
private TreeMap<Double, Double> mapCurrentTimePerCwndMSS = new TreeMap<Double, Double>();
/** Armazena (próximo byte esperado)/tempo x tempo para cada TX. */
private ArrayList<TreeMap<Double, Double>> flowPerTx = new ArrayList<TreeMap<Double, Double>>();
// -------------------------------------------------------------------
/**
* Engloba todos os Tx e Rx do sistema, e também o roteador, cuja disciplina é passada por
* parâmetro.
*/
private Sys system = new Sys(SimulationProperties.getRouterType());
/** Tempo atual, que muda ao longo da simulação. */
private double currentTime = 0.0;
/**
* Fila de eventos. É priorizada sobre o tempo de ocorrência. Veja o compareTo() da classe Event.
*/
private PriorityQueue<Event> events = new PriorityQueue<Event>();
/** Gerador de números aleatórios. */
private SimulatedRandom random;
/** Intervalo médio entre chegadas Poisson de tráfego de fundo. 24ms. */
private final int congestionPacketFrequency = 24;
private double transmissionTime = SimulationProperties.getMSS() / SimulationProperties.getCs();
private double transmissionTimeMs = transmissionTime * (8 / 1E-3);
/** Cada conexão Tx-Rx terá suas estatísticas estimadas */
private ArrayList<Statistics> statisticsPerTx = new ArrayList<Statistics>();
/** Construtor. Seta valores iniciais e parâmetros iniciais. */
public Simulation() {
random = new SimulatedRandom();
for (int i = 0;
i < SimulationProperties.getQuantityOfG1() + SimulationProperties.getQuantityOfG2();
i++) {
statisticsPerTx.add(new Statistics());
flowPerTx.add(new TreeMap<Double, Double>());
}
}
/** Reseta a lista de eventos e o sistema. */
private void resetSimulation() {
system = new Sys(SimulationProperties.getRouterType());
events = new PriorityQueue<Event>();
currentTime = 0.0;
}
/**
* Avalia a qualidade dos resultados com confiança de 90%.
*
* @return True se é satisfatório.
*/
private boolean confidenceNotAcceptable() {
for (Statistics s : statisticsPerTx) {
if (s.getQuantityOfSamples() == 0
|| s.getQuantityOfSamples() == 1
||
// 2 * significa = Toda a distância, do limite inferior ao superior.
(2 * s.getAverageConfidenceIntervalDistance(0.9) > 0.1 * s.estimateAverage()))
return false;
}
return true;
}
/**
* Informa o atraso de propagação de um Tx, com base em seu grupo.
*
* @param tx O servidor em análise.
* @return O atraso de propagação.
*/
private double setPropagationDelay(Tx tx) {
if (tx.getGroup().equals(Group.Group1)) return SimulationProperties.getTP1();
else if (tx.getGroup().equals(Group.Group2)) return SimulationProperties.getTP2();
else // Significa que existe um terceiro grupo. O programa deveria finalizar.
throw new RuntimeException();
}
/**
* A fila de eventos precisa ser setada com eventos iniciais. Este método seta envios de pacotes
* de congestionamento (tráfego de fundo) e também envios de pacotes vindo dos Txs.
*/
private void setFirstEvents() {
resetSimulation();
// Prepara o tráfego de fundo.
if (SimulationProperties.isWithCongestion()) {
Event firstCongestionPack =
new Event(
EventType
.CongestionPacketIntoRouter); // Evento "Pacote de Tráfego de Fundo chegar ao
// roteador"
firstCongestionPack.setTime(random.generateExponential(1.0 / congestionPacketFrequency));
getEvents().add(firstCongestionPack);
}
// Prepara os servidores para transmissão de Tx-Rx.
for (Tx tx : getSystem().getTxs()) {
double propagationDelay = setPropagationDelay(tx);
// Fator aleatório além da propagação e da transmissão.
// É zero por padrão, mas este intervalo muda nos cenários 2 e 3.
double randTime = random.generateDouble() * SimulationProperties.getAssyncInterval();
Event packSent = new Event(EventType.TxPacketHeadsToRouter); // Evento "Pacote sair do Tx"
packSent.setTime(randTime + transmissionTime);
packSent.setTxIndex(tx.getIndex());
getEvents().add(packSent);
Pack pack = tx.sendPacket(randTime);
Event firstTcpPack =
new Event(EventType.TxPacketIntoRouter); // Evento "Pacote TCP chegar ao roteador"
firstTcpPack.setTime(randTime + transmissionTime + propagationDelay);
firstTcpPack.setPack(pack);
getEvents().add(firstTcpPack);
Event possibleTimeout = new Event(EventType.Timeout); // Evento "Possível Timeout do pacote"
possibleTimeout.setTime(randTime + tx.getRTO());
possibleTimeout.setTxIndex(tx.getIndex());
pack.setTimeout(possibleTimeout);
getEvents().add(possibleTimeout);
}
}
/**
* Executa a fase transiente.
*
* @return Tempo de término da fase e a sequência de bytes esperados nos receptores.
*/
public TransientPhaseData transientPhase() {
for (int i = 0; i < SimulationProperties.getTransientPhaseEvents(); i++) handleEvents();
double transientPhaseEndingTime = currentTime;
ArrayList<Long> expectedBytes = new ArrayList<Long>();
for (Rx rx : getSystem().getRxs()) expectedBytes.add(rx.getNextExpectedByte());
return new TransientPhaseData(transientPhaseEndingTime, expectedBytes);
}
/** Executa a simulação, em Loop. */
public void run() {
while (!confidenceNotAcceptable()) {
setFirstEvents();
// Os dados desta fase são subtraídos das estatísticas finais.
TransientPhaseData transientPhaseData = transientPhase();
for (int i = 0; i < SimulationProperties.getEventsInARow(); i++) {
// Usado no cenário 1.
mapCurrentTimePerCwndMSS.put(
currentTime,
getSystem().getTxs().get(0).getCongestionWindow()
/ SimulationProperties.getMSS().doubleValue());
// Armazena dados de vazão ao longo do tempo, para cada Tx.
populateFlowPerTx();
handleEvents();
}
for (int i = 0; i < getSystem().getRxs().size(); i++) {
double a =
getSystem().getRxs().get(i).getNextExpectedByte()
- transientPhaseData.getExpectedBytes().get(i);
double b = currentTime - transientPhaseData.getTransientPhaseEndingTime();
statisticsPerTx.get(i).addSample((a * 8) / (b * 1E-3));
}
}
}
private void populateFlowPerTx() {
for (int i = 0; i < flowPerTx.size(); i++) {
flowPerTx.get(i).put(currentTime, system.getRxs().get(i).getNextExpectedByte() / currentTime);
}
}
/** Retira o próximo evento da fila de prioridades, e o trata. */
public void handleEvents() {
// Não é esperado que esta lista esteja vazia...
if (getEvents().isEmpty()) throw new RuntimeException();
// Evento é retornado e deletado da fila.
Event event = getEvents().poll();
currentTime = event.getTime();
switch (event.getType()) {
case CongestionPacketIntoRouter:
handleCongestionPacketIntoRouterEvent(event);
break;
case TxPacketIntoRouter:
handleTxPacketIntoRouter(event);
break;
case Timeout:
handleTimeout(event);
break;
case RouterSuccessfullySentPacket:
handleRouterSuccessfullySentPacket(event);
break;
case TxPacketHeadsToRouter:
handleTxPacketHeadsToRouter(event);
break;
case SackArrives:
handleSackArrives(event);
break;
default:
throw new RuntimeException(); // Não deve existir outro evento...
}
}
private void handleSackArrives(Event event) {
SACK sack = event.getSack();
Tx tx = getSystem().getTxs().get(sack.getDestination());
tx.receiveSack(sack, currentTime);
if (!tx.isTransmiting())
if (tx.getNextPacketToSend() < tx.getOldestNotReceivedPacket() + tx.getCongestionWindow())
newTxPacketHeadsToRouter(tx);
removeTimeouts(sack, tx);
}
private void removeTimeouts(SACK sack, Tx tx) {
getEvents().remove(sack.getTimeout());
ArrayList<Pack> packs = new ArrayList<Pack>();
for (Pack pack : tx.getNotDeliveredPacks()) packs.add(pack);
for (Pack pack : packs) {
if (pack.getEndingByte() < sack.getNextExpectedByte()) {
getEvents().remove(pack.getTimeout());
tx.getNotDeliveredPacks().remove(pack);
}
}
}
private void handleTxPacketHeadsToRouter(Event event) {
Tx tx = getSystem().getTxs().get(event.getTxIndex());
if (tx.getNextPacketToSend() < tx.getOldestNotReceivedPacket() + tx.getCongestionWindow())
newTxPacketHeadsToRouter(tx);
else tx.setTransmiting(false);
}
/**
* Agenda eventos de envio e de chegada de pacote no roteador.
*
* @param tx Servidor de saída do pacote.
*/
private void newTxPacketHeadsToRouter(Tx tx) {
Pack nextTcpPack = tx.sendPacket(currentTime);
tx.setTransmiting(true);
double propagation = setPropagationDelay(tx);
Event endOfTransmition = new Event(EventType.TxPacketHeadsToRouter);
endOfTransmition.setTime(currentTime + transmissionTimeMs);
endOfTransmition.setTxIndex(tx.getIndex());
getEvents().add(endOfTransmition);
Event routerReceivesTcp = new Event(EventType.TxPacketIntoRouter);
routerReceivesTcp.setTime(currentTime + transmissionTimeMs + propagation);
routerReceivesTcp.setPack(nextTcpPack);
getEvents().add(routerReceivesTcp);
Event timeout = new Event(EventType.Timeout);
timeout.setTime(currentTime + tx.getRTO());
timeout.setTxIndex(tx.getIndex());
nextTcpPack.setTimeout(timeout);
getEvents().add(timeout);
if (tx.getNotDeliveredPacks().contains(nextTcpPack)) {
int index = tx.getNotDeliveredPacks().indexOf(nextTcpPack);
Pack p = tx.getNotDeliveredPacks().get(index);
getEvents().remove(p.getTimeout());
tx.getNotDeliveredPacks().remove(index);
}
tx.getNotDeliveredPacks().add(nextTcpPack);
}
private void handleRouterSuccessfullySentPacket(Event event) {
SACK sack = getSystem().getRouter().sendPackToRx(currentTime);
if (sack != null) { // Tráfego de fundo se perde
int ackPropagation =
getSystem().getTxs().get(sack.getDestination()).getGroup().equals(Group.Group1)
? SimulationProperties.getAckG1PropagationTime()
: SimulationProperties.getAckG2PropagationTime();
Event sendSack = new Event(EventType.SackArrives);
sendSack.setTime(currentTime + ackPropagation);
sendSack.setSack(sack);
getEvents().add(sendSack);
}
// Mais um pacote sai do roteador para um Rx.
if (getSystem().getRouter().getBuffer().quantityOfRemainingPackets().intValue() >= 1) {
Event sendPack = new Event(EventType.RouterSuccessfullySentPacket);
double packTransmission = packTransmission(SimulationProperties.getMSS());
sendPack.setTime(currentTime + packTransmission);
getEvents().add(sendPack);
}
}
public double packTransmission(long size) {
return 1E3 * size * (8 / SimulationProperties.getCg());
}
private void handleTimeout(Event event) {
Tx tx = getSystem().getTxs().get(event.getTxIndex());
if (!tx.isTransmiting()) {
tx.handleTimeOutEvent();
newTxPacketHeadsToRouter(tx);
} else tx.handleTimeOutEvent();
}
private void handleTxPacketIntoRouter(Event event) {
// Sempre que o roteador fica vazio, um novo envio é agendado.
if (getSystem().getRouter().getBuffer().quantityOfRemainingPackets().intValue() == 0) {
Event sendPack = new Event(EventType.RouterSuccessfullySentPacket);
double packTransmission = packTransmission(SimulationProperties.getMSS());
sendPack.setTime(currentTime + packTransmission);
getEvents().add(sendPack);
}
getSystem().getRouter().receivePacket(event.getPack(), currentTime);
}
private void handleCongestionPacketIntoRouterEvent(Event event) {
double scheduleTime = random.generateExponential(1.0 / congestionPacketFrequency);
Event scheduleNextCongestionPack = new Event(EventType.CongestionPacketIntoRouter);
scheduleNextCongestionPack.setTime(currentTime + scheduleTime);
getEvents().add(scheduleNextCongestionPack);
if (getSystem().getRouter().getBuffer().quantityOfRemainingPackets().equals(0)) {
Event sendPack = new Event(EventType.RouterSuccessfullySentPacket);
double packTransmission = packTransmission(SimulationProperties.getMSS());
sendPack.setTime(currentTime + packTransmission);
getEvents().add(sendPack);
}
long numberOfCongestionPacks =
Math.round(random.generateGeometric(1.0 / congestionPacketFrequency));
for (long i = 0; i < numberOfCongestionPacks; i++)
getSystem().getRouter().receivePacket(new Pack(PackType.Congestion, 0), currentTime);
}
public Sys getSystem() {
return system;
}
public PriorityQueue<Event> getEvents() {
return events;
}
public TreeMap<Double, Double> getMapCurrentTimePerCwndMSS() {
return mapCurrentTimePerCwndMSS;
}
public ArrayList<Statistics> getStatisticsPerTx() {
return statisticsPerTx;
}
public ArrayList<TreeMap<Double, Double>> getFlowPerTx() {
return flowPerTx;
}
}
/**
* Informa o atraso de propagação de um Tx, com base em seu grupo.
*
* @param tx O servidor em análise.
* @return O atraso de propagação.
*/
private double setPropagationDelay(Tx tx) {
if (tx.getGroup().equals(Group.Group1)) return SimulationProperties.getTP1();
else if (tx.getGroup().equals(Group.Group2)) return SimulationProperties.getTP2();
else // Significa que existe um terceiro grupo. O programa deveria finalizar.
throw new RuntimeException();
}
