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Hypatia Implementation

这是笔者围绕hypatia模拟器展开实验的学习笔记区，包含原论文全部实验复现、新特性引入👀

环境配置

这里给出的是我自己的运行配置

  1. System setup:

    • Local Machine: MacOS Sequoia 15.0.1（32G内存）
    • VM: OrbStack Ubuntu20.04 LTS (所有实验复现基于此Linux环境展开)
    • Python 3.8.10 (已开启虚拟环境,因为后续要用pip)

  2. Install dependencies:

    Text Only
    1
    bash hypatia_install_dependencies.sh

  3. Build all four modules (as far as possible):

    Text Only
    1
    bash hypatia_build.sh

实验复现

进入paper/README.md你会发现它存在两种路径，一种是基于作者压缩包给出的数据（自己跑太慢了），另一种是按照步骤自己本机运行

笔者一开始采用的是“按照步骤自己本机运行”，但是太太太太太慢了！

具体来说：

Step 1: generating LEO satellite network dynamic state over time 在我的本机运行了超过72h才得到第一阶段

Step 4: running ns-3 experiments 在我的本机上运行了超过5天

在“按照步骤自己本机运行”的过程中，笔者发现存在一些nits需要修复，这个仓库给出的是已经fix的版本

笔者的方式是

  1. 先按照步骤自己本机运行，在这个过程中修复所有nits
  2. 待nits全部修复，利用压缩包给出的数据，直接复现原始结果
Warning

按常理这不是严格意义上的实验复现，但是 真-复现 耗时太久，遂放弃...

基于压缩包数据的实验复现

原论文数据绘图

进入 paper/README.md，按照给出的步骤

  1. Download hypatia_paper_temp_data.tar.gz and put it into <hypatia>/paper/. The data is hosted on GitHub in the releases section:

    • (v1: preliminary) https://github.com/snkas/hypatia/releases

    SHA-256 checksum: 18d761a28706723b57772e0636fbc40b7d57161f4c54069eede0c8ae740cbe2d

    • (Previous versions: v0)
    • Double-check: the archive <hypatia>/paper/hypatia_paper_temp_data.tar.gz now exists.
    • Make sure you have the numpy, exputil and networkload Python packages installed:
      Text Only
      1
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3
      pip install numpy
pip install git+https://github.com/snkas/[email protected]
pip install git+https://github.com/snkas/[email protected]
    • Make sure gnuplot is installed:
      Text Only
      1
      sudo apt-get install gnuplot
    • Extract the temporary data:
      Text Only
      1
2
      cd paper
python extract_temp_data.py

此时你会发现很多文件夹下面出现了PDF文件，比如 paper/ns3_experiments/traffic_matrix_load/pdf/plot_goodput_rate_vs_slowdown.pdf：

Figure 2

现在我们已经完成了论文中所有“不需要卫星可视化”的数据图像！

它们与论文Figure对应关系在 paper/figures/README.md ，汇总如下:

  • Fig. 2: traffic_matrix_load_scalability/pdf/plot_goodput_rate_vs_slowdown.pdf
  • Fig. 3(a): a_b/multiple_rtt_matching/pdf/time_vs_multiple_rtt_pair_a.pdf
  • Fig. 3(b): a_b/multiple_rtt_matching/pdf/time_vs_multiple_rtt_pair_b.pdf
  • Fig. 3(c): a_b/multiple_rtt_matching/pdf/time_vs_multiple_rtt_pair_c.pdf
  • Fig. 4(a): a_b/tcp_cwnd/pdf/time_vs_cwnd_and_bdp_plus_queue_pair_a.pdf
  • Fig. 4(b): a_b/tcp_cwnd/pdf/time_vs_cwnd_and_bdp_plus_queue_pair_b.pdf
  • Fig. 4(c): a_b/tcp_cwnd/pdf/time_vs_cwnd_and_bdp_plus_queue_pair_c.pdf
  • Fig. 5(a): a_b/tcp_mayhem/pdf/time_vs_multiple_rtt_mayhem.pdf
  • Fig. 5(b): a_b/tcp_mayhem/pdf/time_vs_tcp_cwnd_and_bdp_mayhem.pdf
  • Fig. 5(c): a_b/tcp_mayhem/pdf/time_vs_tcp_rate_mayhem.pdf
  • Fig. 6: constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_max_rtt_to_geodesic_slowdown.pdf
  • Fig. 7(a): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_max_rtt.pdf
  • Fig. 7(b): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_max_minus_min_rtt.pdf
  • Fig. 7(c): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_max_rtt_to_min_rtt_slowdown.pdf
  • Fig. 8(a): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_num_path_changes.pdf
  • Fig. 8(b): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_max_minus_min_hop_count.pdf
  • Fig. 8(c): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_max_hop_count_to_min_hop_count.pdf
  • Fig. 9(a): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/ecdf_time_step_path_changes.pdf
  • Fig. 9(b): constellation_comparison/general_ecdfs/pdf/histogram_missed_path_changes.pdf
  • Fig. 10: traffic_matrix_unused_bandwidth/pdf/plot_specific_tm_time_vs_available_bandwidth_over_path.pdf
  • Fig. 18(a): a_b/tcp_isls_vs_gs_relays/pdf/isls_vs_gs_relays_time_vs_isls_rtt.pdf
  • Fig. 18(b): a_b/tcp_isls_vs_gs_relays/pdf/isls_vs_gs_relays_time_vs_gs_relays_rtt.pdf
  • Fig. 18(c): a_b/tcp_isls_vs_gs_relays/pdf/isls_vs_gs_relays_time_vs_computed_rtt.pdf
  • Fig. 19(a): a_b/tcp_isls_vs_gs_relays/pdf/isls_vs_gs_relays_time_vs_isls_tcp_cwnd_and_bdp_plus_queue.pdf
  • Fig. 19(b): a_b/tcp_isls_vs_gs_relays/pdf/isls_vs_gs_relays_time_vs_gs_relays_tcp_cwnd_and_bdp_plus_queue.pdf
  • Fig. 19(c): a_b/tcp_isls_vs_gs_relays/pdf/isls_vs_gs_relays_time_vs_tcp_rate.pdf

星链可视化

Figure11 - Figure17 是卫星模拟的可视化图像，上面没有做，需要另在$HYPATIA/satviz中完成:

查看satviz/README.md，跟着这个README做就可以了。

需要特别注意的是， 原仓库的这些步骤里有历史遗留问题 ，笔者在这个仓库里已全部修改并确保本机可以运行！

修改一:

将satviz/static_html/top.html 按照我的仓库内容进行修改，在Line10换成自己的Token即可

(经测试，当前版本可以使用，20250202)

修改二:

Bash
1
visualize_constellation.py

倒数第二行，存在typo，需要修改成: viz_string = generate_satellite_trajectories()

使用方式：

Python
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16
# STARLINK
NAME = "Starlink-5-shell"
SHELL_CNTR = 5
# ......

# ------------------------
# TELESAT
NAME = "Telesat"
SHELL_CNTR = 2
# ......

# ------------------------
# KUIPER
NAME = "kuiper"
SHELL_CNTR = 3
# ......

对于这三类卫星，每次解注释一类 并 运行 python visualize_constellation.py 即可！

此时我们可以在 satviz/viz_output 下得到相应的html文件，用 Google浏览器 (!!!) 打开这些html文件，稍等加载几秒钟即可

（经实验，在当前的Cesium版本(1.57)下，用Safari浏览器打开会有未知问题导致星链无法显示）

剩余步骤按照 satviz/README.md 即可，此时我们会得到：

Satviz Output Dir

如果在Google浏览器打开，会得到这些图像:

Satviz Output Files

Satviz Output Files

Satviz Output Files

Satviz Output Files

Satviz Output Files