1/20

DIANE Projekt

Betreuer: Birgitta König-Ries, Michael Klein

http://www.ipd.uni-karlsruhe.de/DIANE

Konzeption eines auf lokalen, hierarchisch organisierten Ringen

basierenden Dienstsuche-Verfahrens

Universität KarlsruheInstitut für Programmstrukturen und Datenorganisation

Universität Karlsruhe

Studienarbeitsvortrag Erik Koop

2/20

.PSUnbekanntes Dateiformat

Einführung

• Wie findet man bestimmte Dienste in einem Ad-hoc-Netz?

Brauche Umwandlung von PS -> PDF

Dateien:[...]SQL.PS[...]

->

Angebotener Dienst

?

3/20

Lösungsvorschlag: lokale, hierarchisch organisierte Ringe

Idee

• Zusammenschluss von Diensten, die geographisch benachbart und semantisch ähnlich sind, zu Ringen

• Zusammenschluss von Ringen zu Ringen höherer Ordnung (World Ring) über SAPs (Service Access Points)

4/20

Semantische Ähnlichkeit durch eine Ontologie

Datenbanken

Objektorientiertes Model

Relationales Model

Rel. Algebra

SQL OQL

Zwei Dienste/Ringe sind semantisch ähnlich, wenn sie zu demselben ontologischen Ausdruck gehören

• Gebrauch einer gemeinsamen Ontologie zur Dienstbeschreibung und als Maß für semantische Nähe

• Annahme: Jedes Gerät liefert ein Dokument das als Blatt einer Ontologie beschrieben werden kann

5/20

• Jeder Knoten hat einen Vorgänger und einen Nachfolger

• Die Knoten müssen nur auf logischer Ebene benachbart sein

• Jeder Knoten „pflegt“ die Verbindung zu seinen Nachbarn

Struktur eines lokalen, logischen Ringes

• Jeder Ring hat genau einen SAP

• Jeder Knoten bietet genau einen Dienst an

6/20

Struktur eines lokalen, logischen Ringes

• Ein neuer Knoten sucht zunächst Ringe die sich in seiner Funkreichweite befinden

• Unter den gefundenen Ringen wählt er einen aus dem er beitritt

• Das Diensteangebot der so entstehenden Ringe kann sehr heterogen sein

• Mit der Zeit werden einigermaßen stabile Ringe optimiert

7/20

Datenstruktur

• Zusätzliche Informationen im SAP

•Information in jedem Knoten

- Entfernungen (in #Hops) zu „naheliegenden“ Knoten

- Ring ID- Vorgänger, Nachfolger im Ring- eigene Dienstbeschreibung

- Überblick über das gesamte Dienstangebot im Ring- Nachfolger und Vorgänger auf höherer Ebene

Ring-Optimierung

Dienstsuche

- Alle gemessenen Entfernungen im Ring

Dienstsuche

Ring-Optimierung

8/20

Probleme

Strukturelle Verschlechterungen durch Mobilität– Knoten bewegen sich– Die einstmaligen logischen Zuordnungen von

Vorgänger und Nachfolger werden dadurch ineffizient

1. Die Knoten innerhalb des Ringes haben sich bewegt, so dass eine neue Reihenfolge der Knoten im Ring sinnvoll ist (Neupositionierung)

2. Ein Knoten hat sich soweit von seinem Ring entfernt, dass die Kosten für den Verbleib in diesem Ring so groß sind, dass eine Wechsel in einen anderen Ring sinnvoll ist (Ringwechsel)

9/20

Probleme

Ringe werden zu groß

Wenn ein Ring zu viele Knoten aufnimmt, wird er zu groß– Die Durchlaufzeit wird zu hoch– Der Verwaltungsaufwand im SAP wird zu groß,

insbesondere wird die Dienstbeschreibung zu komplex

Wird ein Ring zu groß, muss er geteilt werden– In möglichst semantisch gleiche Ringe– Die neuen Ringe sollten eine bestimmte

Mindestgröße erreichen

10/20

Neupositionierung

A B

C

D

E

B

Ich höre Nachricht A ->

B

Entfernung zuA (2 Hops)B (1 Hop)

Ich höre Nachricht A ->

B

Entfernung zuA (2 Hops)B (1 Hop)

Neue Ringstruktur

A – C – B – D - E

• Knoten hören Nachrichten mit, die sie routen oder in ihrer Nachbarschaft gesendet werden

• Aufgrund der Ring-ID im Header erkennen sie Nachrichten aus dem eigenen Ring

• Hört er den Knoten, der die Nachricht sendet zum ersten Mal, oder ist die Kombination Absender -> Empfänger neu, ermittelt er die Distanz zu Absender und Empfänger

• Mit den neuen Distanzen kann der SAP Knoten im Ring neu positionieren

11/20

Neupositionierung

Hintergrund

• Die Distanzen, die die Knoten ermitteln werden an den SAP gesendet

• Der SAP verwaltet eine Matrix mit allen gemessenen Entfernungen und kann die Knoten gegebenenfalls neu positionieren

A

C

DE

B A B C D E

A - 1 - - -

B 1 - 1 - -

C - 1 - 1 -

D - - 1 - 1

E 2 - - 1 -

12/20

Ich empfange Nachrichten aus eurem

Ring

Nachrichten von Aund E

Kann ich in euren Ring wechseln?

Entfernung zuA (1 Hop)E (1 Hop)

Ringwechsel

• Nach demselben Prinzip können Knoten auch einen Ringwechsel durchführen

• Indem sie auch Nachrichten überprüfen, die mit einer anderen Ring-ID gesendet werden

A B

C

D

Braucht ihr mich noch?

E

Ja!Nein

!

13/20

Ringteilung

Ring zu groß

Ringausgleich

Teilung durch SAP

Vollzug der Teilung

Ringauflösung

Prüfung der Teilung

Ungültige Aufteilung

Anzahl der

geplanten Ringe

Gültige Aufteilung =

1

= 2

> 2

Teilungs-aufruf

Gültige Aufteilung:

Alle neue Ringe erreichen die Mindestgröße

14/20

#8#1

Ringteilung

• Ist ein Ring zu groß geworden, sendet sein SAP einen Teilungsaufruf durch den Ring

• Jeder Teilnehmer kann in diesem Teilungsaufruf entweder einen neuen Ring eröffnen oder dem Ring eines anderen Teilnehmers beitreten

• Jeder Teilnehmer trägt zusätzlich eine Beschreibung seines Dienstes ein

• Die darauffolgenden Teilnehmer orientieren sich anhand dieser Beschreibung welchem Ring sie beitreten wollen

Teilungsaufruf #3 #6 #2 #4 #5 #7

15/20

Ringteilung

Im idealen Fall haben die Knoten dieneuen Ringe so geplant, dass

– es mindestens 2 neue Ringe gibt

– alle Ringe hinreichend groß sindIm ersten Fall einer fehlerhaftenAufteilung (Ringauflösung)

– gibt es mehr als 2 neue Ringe– nicht alle neuen Ringe sind

hinreichend groß

Im zweiten Fall einer fehlerhaftenAufteilung (Ringausgleich)

– gibt es genau 2 neue Ringe– einer der beiden Ringe ist zu

klein

16/20

Ringteilung

RingauflösungDer Ringauflösungsaufruf enthält nur die beiden größten

geplantenRinge

Alle Knoten die jetzt ohne Ring sind schließen sich einem der beiden

Ringe an

#1 #3Ringauflösung #2 #4 #7

#1 #3 #5 #6Ringauflösung #2 #4 #7 #8

17/20

Ringteilung

RingausgleichDer Ringausgleichsaufruf enthält den kleineren geplanten

Ring

Alle Knoten die nicht in dem Ring enthalten sind überprüfen eine

entferntere Verwandtschaft mit dem kleineren Ring

Solange der kleine Ring die Mindestgröße noch nicht erreicht hat, treten verwandte Knoten ihm bei

Teilung durch SAPWenn der Teilungsaufruf nur einen Ring produziert teilt der

SAP denRing in zwei Ringe und ordnet die Knoten diesen Ringen zu

Ringausgleich #2 #4

Ringausgleich #2 #4 #7 #8

18/20

Implementierung

Implementierung des Ringteilungsalgorithmus unter QualNet

QualNet ist ein Netzwerksimulator

- der auch Ad-hoc-Netzwerke simuliert- für den eigene Protokolle implementiert

werden können

19/20

Fazit

Zusammenfassung:

Die Konzepte für

• Aufbau• Optimierung• Suche

für hierarchisch organisierte Ringe stehen

Die Implementierungen dafür sind zum Teil fertig

Fertigstellung der Implementierungen

Definition einer passenden Ontologie

Was bleibt noch zu tun:

20/20

Vielen Dank

Mehr Informationen finden sie im Netzhttp://www.ipd.uni-karlsruhe.de/DIANE

Irgendwelche Fragen?

Danke für ihre Aufmerksamkeit!