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1/20 S-Lanes - Ein schlankes Overlay zur motivierten Dienstvermittlung in mobilen Ad-hoc-Netzen Universität Karlsruhe Diplomarbeit von Georgios Papadopoulos.

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1 1/20 S-Lanes - Ein schlankes Overlay zur motivierten Dienstvermittlung in mobilen Ad-hoc-Netzen Universität Karlsruhe Diplomarbeit von Georgios Papadopoulos Betreuer: Dipl.-Inform. Philipp Obreiter Dipl.-Inform. Michael Klein

2 2/20 Überblick Zielsetzung der Arbeit Einführung –Lane Struktur –Funktionsweise –Evaluierung von Lanes Analyse des Fehlverhaltens –Problem –Klassifizierung Konzeption eines Anreizschemas –Anreizmuster –Erweiterung der Protokolle Evaluation Zusammenfassung & Ausblick

3 3/20 Zielsetzung der Arbeit Implementierung der Lanes-Protokolle und Evaluierung der Lane-Struktur Analyse des Kooperationsverhaltens autonomer Geräte Anreizschema entwerfen, das Lanes-Protokolle robust gegen nicht kooperative Geräte macht

4 4/20 Lanes Struktur Lane 1Lane 2 Eigenschaften Logische Verbindungen Intra-Kommunikation: direkt Inter-Kommunikation: anycast X Vorgänger Nachfolger Idee Zusammenschluss von Geräten unter gleichen anycast Adressen linke anycast Adresse rechte anycast Adresse Effektive und effiziente Dienstsuche

5 5/20 Funktionsweise Lane 2Lane Lane 1 Dienst ankündigen Dienst suchen Dienst gefunden Gerät 3 bietet den Dienst

6 6/20 Algorithmen der Lanes-Struktur Für die Realisierung der Lanes-Struktur werden folgende Algorithmen eingesetzt: Login/Logoff-Algorithmus –Zutritt in die bzw. Austritt aus der Lane Dienstankündigung-Algorithmus –Dienstbekanntgabe innerhalb der Lane Dienstsuche-Algorithmus –Interne und anycast Suche Split-Algorithmus, Merge-Algorithmus –Korrektur der Lanegröße LaneBroken-Algorithmus –Korrektur nach unangekündigtem Austritt Algorithmen für Netzpartionierung/Reintegration Ping-Nachrichten: Sorgen für die Pflege der Lanes

7 7/20 Evaluierung von Lanes Dynamik [ Verweildauer in Min.] Aufwand [ #Nachrichten/Suchanfrage] Einstellungen: Geräte 2. Testdauer 3600s 3. Aktion jede 60 Sekunden 4. Ping Nachrichten bei Lanes jede 15 sec 1053,32,52

8 8/20 Problem Lane 2Lane Lane 1 Dienst ankündigen Dienst suchen Dienstsuche erfolglos Dienst nicht gefunden

9 9/20 Grundgedanken Lane-Funktionalität hängt von der Kooperation jedes Gerätes ab Geräte sind autonom und treffen die Kooperationsentscheidung selbst Unkooperatives Verhalten, um Ressourcen zu schonen (Batterie, Netzwerkressourcen) Ziel: Anreiz, um die Kooperation zu stimulieren Definition: Prinzipal-Agent Transaktion PrinzipalAgent Aktion Belohnung

10 10/20 Muster von vorteilhaften Fehlverhalten Vorteilhaftes Fehlverhalten Login-Algorithmus ignorieren Keine Angebote machen Dienste nicht vergleichen Dienste nicht lokal speichern Dienste die nicht existieren, ankündigen Nicht Lane erkennbar Vortäuschen Accept, Inform, Confirm nicht weiter bearbeiten Keine Spalten- nachricht senden Keine Anfragen senden Spalten- nachrichten Intra Lane Nicht weiterleiten Ping Zähler Such- nachrichten Ankündigungs- nachrichten Intra LaneInter Lane Verändern PassivAktiv Lane erkennbar Inter Lane Ankündigungs- nachrichten Such- nachrichten AktivPassiv

11 11/20 Wahrnehmbarkeitsmechanismen Lane erkennbares aktives Verhalten Zusätzliche Mechanismen Mitglieder- Kooperation Wahrnehmbarkeitsmechanismen Nicht Lane erkennbares passives Verhalten Nicht Lane erkennbares aktives Verhalten Lane erkennbares passives Verhalten Signieren Bestätigungen Dienste testen Semantik, Beobachten Suchnachrichten verändern Suchnachrichten nicht weiterleiten Dienste die nicht existieren, ankündigen Suchende Dienste nicht vergleichen

12 12/20 Muster von vorteilhaften Fehlverhalten Vorteilhaftes Fehlverhalten Login-Algorithmus ignorieren Keine Angebote machen Dienste nicht vergleichen Dienste nicht lokal speichern Dienste die nicht existieren, ankündigen Nicht Lane erkennbar Vortäuschen Accept, Inform, Confirm nicht weiter bearbeiten Keine Spalten- nachricht senden Keine Anfragen senden Spalten- nachrichten Intra Lane Nicht weiterleiten Ping Zähler Such- nachrichten Ankündigungs- nachrichten Intra LaneInter Lane Verändern PassivAktiv Lane erkennbar Inter Lane Ankündigungs- nachrichten Such- nachrichten AktivPassiv Signieren Bestätigungen Semantik, Beobachten Dienste testen

13 13/20 Existierende Anreizmuster Philipp Obreiter, Jens Nimis A Taxonomy of Incentive Patterns - The Design Space of Incentives for Cooperation 2nd Workshop on Agents and Peer-to-Peer Computing (AP2PC'03), Melbourne

14 14/20 Von Lanes zu SLanes: Diestsuche Lane 1Lane 2Lane 3 PrinzipalAgent 2Agent 1 Kontrolliert die Signatur des Prinzipals Fragt das RepSys Sucht Dienst erfolglos Signiert orig. Nachricht Kontrolliert Sign. Fragt RepSys Suche erfolgreich Signiert Such-Nachricht Sign. Quittung Sign. Antwort Inform. RepSys Signiert Bestätigung Kontrolliert Signatur Signiert Eigenwechsel Kontrolliert Signatur Signiert Eigenwechsel Inform. RepSys Inform RepSys Inform RepSys. Tradeoff 1 Lanes Tradeoff 2 Tradeoff 3 Tradeoff 4 # Nachrichten 367

15 15/20 Evaluierung Durchgeführt mit Netzsimulator DIANEmu Ziele der Evaluierung: - Gesamtnutzen-Gesamtaufwand - Fairness Korrelation von Individualnutzen-Individualaufwand Vorgehensweise: -Parameter: 1. Heterogenität der Populationen (Altruistische, rationale kooperative, rationale unkooperative Geräte) 2. Anzahl der durchgeführten Suchvorgänge 3. Max. Anzahl der Eigenwechsel (Kredit) -Gemessene Werte: 1. Nutzen: gefundene Dienste 2. Aufwand: Anzahl der gesendeten Nachrichten und der durchgeführten Vergleiche -Einstellungen: 20 Geräte, jedes Gerät bietet genau einen Dienst, gleichverteilte 4400 Dienstsuchen, Reputationssystem von Stefan Fähnrich.

16 16/20 Gesamtnutzen-Gesamtaufwand 15 Kooperative 5 Unkooperative 20 Altruistische Gesamtnutzen Nachrichten Vergleiche Lanes SLanes 10 Kooperative 10 Unkooperative 5 Kooperative 15 Unkooperative Gesamtaufwand Max. 10 Eigenwechsel

17 17/20 Fairness: Korrelationskoeffizient und Regressionsgerade Aus Messungen abgeleitete Werte: 1. Korrelationskoeffizient r (Findungen-Vergleiche) Individualnutzen [Findungen] Individualaufwand [Vergleiche] r=-0,18r=0,69 #Findungen #Vergleiche Individualnutzen [Findungen] Individualaufwand [Vergleiche] 2. Steigung der Regressionsgerade (b) b=0,54 Einstellungen: 4400 Suchen, 15 Kooperative, 5 Unkooperative LanesSLanes

18 18/20 Fairness Betrachtung max. Eigenwechsel-Kredit 2 15 Kooperative 5 Unkooperative Korrelationskoeffizient b=0,81 b=1,55 b=0,25 b=0,81 b=1,9 b=0,54 b=0,81 b=0,55 max. Eigenwechsel-Kredit Kooperative 10 Unkooperative 5 Kooperative 15 Unkooperative 2400 Suchen 4400 Suchen 9200 Suchen 10 Kooperative 10 Unkooperative 4400 Suchen Parameter: 1.Wechselkredit 2.Population 3.Lauflänge 0,81 0,77 0,82 0,69 0,77 0,76 0,77 0,86 Lanes SLanes

19 19/20 Zusammenfassung - Ausblick Lanes in Szenarien mit mäßiger Dynamik besser als Fluten Autonome Geräte erzielen Vorteile durch das Fehlverhalten Anreizschema für die Lanes-Struktur entworfen - Gemeischaftsmuster und Eigenwechselmuster geeignet - Adaption der Algorithmen um die Wahrnehmbarkeit zu erhöhen Evaluationsergebnisse - Bei SLanes weniger Gesamtnutzen und Gesamtaufwand - Fairness erreicht da Individualnutzen und Individualaufwand gut korrelieren Ziel erreicht: kooperatives Verhalten ist motiviert Ausblick: Erweiterung der Lanes-Algorithmen, mehr Testfälle, andere Parametrisierung, Fine Tuning der Einstellungen!

20 20/20 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen???

21 21/20 Existierende Anreizmuster Kollektivmuster Handelsbasierte Vertrauensbasierte Anreizmuster WertpapiermusterTauschhandelmusterGemeinschaftsmuster statisch dynamisch sofort versprochen Vertrauen stimuliert Diesnangebote Gegenleistung stimuliert Diensangebote

22 22/20 Unkooperatives Verhalten Eigensinniges Verhalten: Verschafft eigene Vorteile, schont eigene Ressourcen Verschwenderisches Verhalten: Nutzung von Ressourcen anderer Teilnehmer, schont eigene Ressourcen Bösartiges Verhalten: Schadet andere Teilnehmer, ohne eigene Vorteile Entschuldbares Verhalten: Wegen Ressourcen Mangels

23 23/20 Muster von vorteilhaften Fehlverhalten Vorteilhaftes Fehlverhalten Nicht Lane erkennbar Lane erkennbar Accept, Inform, Confirm nicht weiter bearbeiten Keine Spalten- nachricht senden Spalten- nachrichten Intra Lane Nicht weiterleiten Ping Zähler Such- nachrichten Ankündigungs- nachrichten Intra LaneInter Lane Verändern PassivAktiv Inter Lane Ankündigungs- nachrichten Such- nachrichten Passiv Aktiv Vorteilhaftes Fehlverhalten Nicht Lane erkennbar Lane erkennbar PassivAktivPassiv Aktiv Dienste die nicht existieren, ankündigen Vortäuschen Login-Algorithmus ignorieren Keine Angebote machen Dienste nicht vergleichen Dienste nicht lokal speichern Keine Anfragen senden

24 24/20 Erweiterung der Dienstsuche PrinzipalAgent 1 Lane 2Lane 3Lane 1 Agent 2 Prinzipal: 1. Signiert Such-Nachricht 2. Sendet Nachricht an Agenten Kontrolliert die Signatur des Agenten 2 und informiert das Reputationssystem 16. Sendet signierten Eigenwechsel an Agenten Kontrolliert die Signatur des Agenten 1 und informiert das Reputationssystem 18. Sendet signierten Eigenwechsel an Agenten Agent 1: 3. Kontrolliert die Signatur des Prinzipals 4. Fragt das RepSys 5. Sucht den Dienst erfolglos 6.Signiert originale Nachricht mit eigener Signatur 7. Sendet Nachricht an Agenten Bekommt die Quittung, informiert das RepSys und sendet signierte Bestätigung an Prinzipal Agent 2: 8. Schritt 3 9. Informiert das RepSys 10. Fragt das RepSys 11. Sucht und findet den Dienst 12. Signiert eine Quittung und sendet sie an Agenten Sendet signierte Nachricht mit dem Anbieter an Prinzipal #Nachrichten=7

25 25/20 Dienstsuche-Beispiel PrinzipalAgent 1 Lane 2Lane 3Lane 1 Agent 2 Agent 1: 2. Sucht den Dienst erfolglos 3.Sendet Nachricht an Agent 2 Prinzipal: 1. Sendet Nachricht an Agent 1 Agent 2: 4. Sucht und findet den Dienst 5. Sendet Nachricht mit dem Anbieter an Prinzipal #Nachrichten=3

26 26/20 Erweiterung der Dienstsuche PrinzipalAgent 1 Lane 2Lane 3Lane 1 Agent #Nachrichten=6 1. Signiert Such-Nachricht 2. Sendet Nachricht an Agenten Kontrolliert die Signatur des Agenten 2 und informiert das RepSys Prinzipal: 17. Kontrolliert die Signatur des Agenten 1 und informiert das Reputationssystem 16. Sendet signierten Eigenwechsel an Agenten 2 3. Kontrolliert die Signatur des Prinzipals 4. Fragt das RepSys 5. Sucht den Dienst erfolglos 7. Sendet Nachricht an Agenten 2 6.Signiert originale Nachricht mit eigener Signatur 14. Bekommt die Quittung, informiert das RepSys und sendet signierte Bestätigung an Prinzipal 12. Signiert eine Quittung und sendet sie an Agenten Sendet signierte Nachricht mit dem Anbieter an Prinzipal 11. Sucht und findet den Dienst 10. Fragt das RepSys 9. Informiert das RepSys 8. Schritt 3 Agent 1: Agent 2:

27 27/20 Evaluierung Durchgeführt mit Netzsimulator DIANEmu Ziele der Evaluierung: - Fairness Korrelation von Individualnutzen-Individualaufwand und von Gesamtnutzen-Gesamtaufwand Vorgehensweise: –Parameter: 1. Heterogenität der Populationen (Altruistische, rationale kooperative, rationale unkooperative Geräte) 2. Anzahl der durchgeführten Suchvorgängen 3. Max. Anzahl der Eigenwechsel –Gemessene Werte: 1. Nutzen: gefundene Dienste 2. Aufwand: Anzahl der gesendeten Nachrichten und der durchgeführten Vergleiche –Abgeleitete Werte: 1. Korrelationskoeffizient (Nutzen-Vergleiche) 2. Steigung der Regressionsgerade (b)


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