Modellierung der Bewegung und des Verhaltens von Dienstnutzern in mobilen Ad-hoc-Netzen Diplomarbeit von Tobias Breyer Betreuer: Dipl.-Inf. Michael Klein.

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1 Modellierung der Bewegung und des Verhaltens von Dienstnutzern in mobilen Ad-hoc-Netzen Diplomarbeit von Tobias Breyer Betreuer: Dipl.-Inf. Michael Klein Dipl.-Inf. Philipp Obreiter

2 Überblick Einführung  Technische Grundlagen  Problem Lösungsansatz  Aktivitätsbasiertes Modell Bewegungsmodell Dienstnutzungsmodell Evaluation Fazit & Ausblick

3 Einführung Mobile Ad-hoc-Netze  Drahtlose Peer-to-Peer-Netze Inhärente Bewegung Spontane Mitgliedschaft Overlay-Netze  Verringern semantische Lücke Netz – Benutzer Zusatzfunktionen, z. B. Suche  Anwendungsnahe Weiterleitungsmechanismen Optimierbar durch Anwendungswissen Dienstorientierte Ad-hoc-Netze  Teilnehmer sowohl Dienstgeber als auch –nehmer  Verwaltung durch Overlay-Mechanismen

4 Weshalb Benutzermodellierung? Problem  Nur wenige existierende mobile Ad-hoc-Netze Lösung  Simulation und Emulation der Systemkomponenten  Modellierung der Benutzer: Bewegung + Netznutzung Bisherige Ansätze  Bewegungsmodelle Beschreiben Bewegungsmuster der Benutzer  Verhaltensmodelle Beschreiben Verwendung von Netzressourcen (Traffic)

5 Probleme bisheriger Ansätze Analytische Bewegungsmodelle  Bewegung und Verhalten wird nicht ursächlich erklärt  Als globale Modelle in Ad-hoc-Netzen ungeeignet Unrealistische Bewegungsmuster Abhängigkeiten zwischen Bewegung und Dienstnutzung außer Acht gelassen  Modelle getrennt betrachtet Lösung  Integrierter Ansatz Bewegung und Dienstnutzung lassen sich aus einem gemeinsamen Modell ableiten

6 Aktivitätsbasierte Modelle Verfahren aus der Verkehrsplanung 1. Bestimme mögliche Aktivitäten der Verkehrsteilnehmer 2. Bestimme Orte, Zeiten und Reihenfolge der Aktivitäten 3. Bestimme Routen zwischen Aktivitäten  Ergebnis: Verkehrsaufkommen auf Straßen Freizeit Mittagessen Arbeit Freizeit Zuhause Arbeitsplatz Restaurant 8 Uhr 13 Uhr 9 Uhr 14 Uhr 18 Uhr Zuhause Restaurant Arbeitsplatz Zuhause

7 Aktivitätsmodell dieser Arbeit Universitäts-Campus  Aktivitäten Vorlesungs-, Seminarbesuch, Buchleihe, Mensabesuch  Zeiten und Orte Vorlesungsverzeichnis Umfrage unter Studierenden  Routen Wegenetz auf dem Campus

8 Aktivitätsplanung Bildet die Planung des Tagesablaufs der Dienstnutzer nach Aktivitäten  Regelmäßige (Vorlesung) feste Orte und Zeiten  Freie (Buchleihe) Menge alternativer Orte Zeit in Grenzen frei (Öffnungszeiten) Dauer unterschiedlich, durch Verteilung modellierbar

9 Menschen ordnen Aktivitäten nach ihrer Wichtigkeit  Wichtige Aktivitäten zuerst planen  Beispiel: Pflichtveranstaltungen Vorlesungen Buchleihe (Hiwi-)Job Aktivitätsplanung MoDi MiDoFr

10 Integriertes Verhaltensmodell Bewegung und Dienstnutzung aus Aktivitäten ableitbar  Bewegung Durch Abfolge der Aktivitätsorte An Aktivitätsorten passend zur Aktivität  Dienstnutzung ist abhängig von Situation Aktivität  beschreibt allgemeine Situation von Dienstnutzern Interaktionsfähigkeit von Dienstnutzern  Können/Wollen Dienstnutzer gerade Dienste nutzen?

11 Bewegung im Campus-Szenario Vorlesungsbesuch beschränkte Bewegung, bis zu 90min Ruhephase Imbiss in der Cafeteria Freiere Bewegung Abfolge der Aktivitäten erzeugt Bewegung auf Pfaden des Wegenetzes Während Aktivitäten typische Bewegungsmuster

12 Bewegungsmodell Zwischen Aktivitätsorten  Graphbasierte Bewegung Wegenetz als Graph Teilnehmer bewegen sich nur auf den Kanten An Aktivitätsorten  Analytische Bewegungsmodelle Lokal ausreichende Genauigkeit Begrenzt durch Ausdehnung der Aktivitätsorte

13 Dienste in Ad-hoc-Netzen Dienste sind vielfältig  Dienstkategorien Informationsdienste Kooperationsdienste Interaktive Dienste  Diensttypen Entfernt Lokal: Overlayfunktionen stellen sich als Dienste dar  Unterschiedliche Nutzungsintensität Je nach Vorlieben Je nach Interaktionsfähigkeit

14 Situationsabhängigkeit Dienstnutzung ist situationsabhängig  Von Aktivität Nutzwert eines Dienstes bei einer Aktivität  Vorlesungsbesuch: Informationsdienste  Prüfungsvorbereitung: Kooperationsdienste  Von Interaktionsfähigkeit Nutzbarkeit  Chatten während des Gehens zu komplex Bedeutung digitaler Interaktion  In der Gruppe lieber persönliches Gespräch

15 Abhängigkeiten zwischen Diensten Abhängigkeiten entstehen durch  Gebrauchsreihenfolge Druckdienst  Dokument laden, dann drucken  technische Vorbedingungen Suchfunktion / Suchdienst  Dienst suchen, dann nutzen

16 Dienstnutzungsmodell Bildet netzrelevantes Verhalten nach Immer dann, wenn geänderte Situation vorliegt 1. Bestimme, welche Dienste in gegebener Situation sinnvoll sind 2. Bestimme Abhängigkeiten unter diesen Diensten 3. Bestimme erforderliche Planungsreihenfolge 4. Plane Dienste mit Hilfe ihrer typischen Nutzungsverteilung DruckdienstSuchdienst 1. 2.3. Aktivitätszeit Vorlesungsmaterialien Übungsblätter Informationsdienst

17 Implementierung Metaprotokollstapel im Netzsimulator DIANEmu  Integrierte Visualisierung  Schichtenorientierung Benutzerschicht: Verbindung von Netz- und Verhaltenssimulation Aktivitätsschicht: Aktivitätsplanung und Durchführung von Aktivitäten Ausführungsschicht: Durchführung von Bewegung und Dienstnutzung BewegungSituationsmgm.Dienstnutzung Umweltmodell: Aktivitätsorte, Wegenetz

18 Vorführung

19 Simulationsdaten Modell benötigt Kalibrationsdaten  Aktivitäten Regelmäßige: aus Vorlesungsverzeichnis 2. Semester Freie  Umfrage: rund 80 Studierende im 2. Semester  Angaben über Dauer und Häufigkeit ihrer Aktivitäten  Dienstnutzung Umfrage  Angaben über sinnvolle Dienste in versch. Situationen

20 Evaluation der Bewegung Wie gut passen die Bewegungsmuster zum Szenario? Konkurrenz  Analytische Bewegungsmodelle Ruhephasen angepasst an Vorlesungsrhythmus  Graphbasiertes Random-Waypoint-Modell Kein Vorwissen, nur Beschränkung durch Umweltmodell Benutzer wählen sich zufällige Zielpunkte aus dem Graphen Ruhephasen an Zielpunkten entsprechend Vorlesungsrhythmus Referenz Bewegungsdaten aus Umfrage Methode Summe der Abstände zu den Referenzpositionen Jedem simulierten Benutzer besten Referenzbenutzer zugeordnet

21 Ergebnis der Evaluation Gauß-Markov Graph-Random-Waypoint Aktivitätsmodell Standard-Random-Waypoint Diagonallänge/2

22 Ergebnis der Evaluation Gesamtfehler  36% geringer gegenüber Modellen ohne Umweltmodell  9% geringer gegenüber graphbasiertem Random-Waypoint Sensitivität gegenüber Wochentag  Annahme gleichverteilter Wochentage  Keine Angabe über Wochentag in der Umfrage

23 Fazit Aktivitätsbasierter Ansatz  Vorteile Realitätstreue Deskriptive Beschreibung der Modellentitäten Abhängigkeiten Bewegung/Dienstnutzung möglich Besonderheiten der Szenarien modellierbar  Nachteil Daten über Aktivitäten im Szenario erforderlich

24 Ausblick Ansätze zur Verbesserung des Aktivitätsmodells  Optimierte Aktivitätsfolgen Menschen optimieren Entfernungen, Gesamtzeit  Zeitliche Vorbedingungen bevorzugte Zeiten für freie Aktivitäten  Mensabesuch möglichst immer vor 13 Uhr Realitätsnahe Evaluation des DIANE-Projekts  Leistung semantischer Dienstsuche Overlays: Service-Ringe, Service-Lanes  Vergleich mit trivialen Ansätzen (Flooding)

25 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen?