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
Überblick Einführung Technische Grundlagen Problem Lösungsansatz Aktivitätsbasiertes Modell Bewegungsmodell Dienstnutzungsmodell Evaluation Fazit & Ausblick
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
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)
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
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
Aktivitätsmodell dieser Arbeit Universitäts-Campus Aktivitäten Vorlesungs-, Seminarbesuch, Buchleihe, Mensabesuch Zeiten und Orte Vorlesungsverzeichnis Umfrage unter Studierenden Routen Wegenetz auf dem Campus
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
Menschen ordnen Aktivitäten nach ihrer Wichtigkeit Wichtige Aktivitäten zuerst planen Beispiel: Pflichtveranstaltungen Vorlesungen Buchleihe (Hiwi-)Job Aktivitätsplanung MoDi MiDoFr
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?
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
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
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
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
Abhängigkeiten zwischen Diensten Abhängigkeiten entstehen durch Gebrauchsreihenfolge Druckdienst Dokument laden, dann drucken technische Vorbedingungen Suchfunktion / Suchdienst Dienst suchen, dann nutzen
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 Aktivitätszeit Vorlesungsmaterialien Übungsblätter Informationsdienst
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
Vorführung
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
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
Ergebnis der Evaluation Gauß-Markov Graph-Random-Waypoint Aktivitätsmodell Standard-Random-Waypoint Diagonallänge/2
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
Fazit Aktivitätsbasierter Ansatz Vorteile Realitätstreue Deskriptive Beschreibung der Modellentitäten Abhängigkeiten Bewegung/Dienstnutzung möglich Besonderheiten der Szenarien modellierbar Nachteil Daten über Aktivitäten im Szenario erforderlich
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)
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