1/20 DIANE Projekt Betreuer: Birgitta König-Ries, Michael Klein Konzeption eines auf lokalen, hierarchisch organisierten.

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1 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 Karlsruhe Institut für Programmstrukturen und Datenorganisation Universität Karlsruhe Studienarbeitsvortrag Erik Koop

2 2/20.PS Unbekanntes Dateiformat Einführung Wie findet man bestimmte Dienste in einem Ad-hoc-Netz? Brauche Umwandlung von PS -> PDF Dateien: [...] SQL.PS [...] -> Angebotener Dienst ?

3 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 4/20 Semantische Ähnlichkeit durch eine Ontologie Datenbanken Objektorientiertes ModelRelationales Model Rel. AlgebraSQLOQL Zwei Dienste/Ringe sind semantisch ähnlich, wenn sie zu dem selben 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 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 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 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 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 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 10/20 Neupositionierung AB C D E B Ich höre Nachricht A -> B Entfernung zu A (2 Hops) B (1 Hop) Ich höre Nachricht A -> B Entfernung zu A (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 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 D E B A B C D E A - 1 - - - B 1 - 1 - - C - 1 - 1 - D - - 1 - 1 E 2 - - 1 -

12 12/20 Ich empfange Nachrichten aus eurem Ring Nachrichten von A und E Kann ich in euren Ring wechseln? Entfernung zu A (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 AB C D Braucht ihr mich noch? E Ja! Nein!

13 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 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 15/20 Ringteilung Im idealen Fall haben die Knoten die neuen Ringe so geplant, dass –es mindestens 2 neue Ringe gibt –alle Ringe hinreichend groß sind Im ersten Fall einer fehlerhaften Aufteilung (Ringauflösung) –gibt es mehr als 2 neue Ringe –nicht alle neuen Ringe sind hinreichend groß Im zweiten Fall einer fehlerhaften Aufteilung (Ringausgleich) –gibt es genau 2 neue Ringe –einer der beiden Ringe ist zu klein

16 16/20 Ringteilung Ringauflösung Der Ringauflösungsaufruf enthält nur die beiden größten geplanten Ringe 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 17/20 Ringteilung Ringausgleich Der 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 SAP Wenn der Teilungsaufruf nur einen Ring produziert teilt der SAP den Ring in zwei Ringe und ordnet die Knoten diesen Ringen zu Ringausgleich#2 #4 Ringausgleich#2 #4 #7 #8

18 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 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 20/20 Vielen Dank Mehr Informationen finden sie im Netz http://www.ipd.uni-karlsruhe.de/DIANE Irgendwelche Fragen? Danke für ihre Aufmerksamkeit!

21 21/20 Ringteilung Mit wachsender Ringgröße wächst auch die Ringdurchlaufzeit proportional an Wenn die Ringe zu groß werden, müssen sie aufgeteilt werden Der Ring teilt sich in mehrere kleinere Ringe auf, jeder dieser Ringe wird über einen neuen SAP in den nächsthöheren Ring integriert

22 22/20 Dienstsuche in hierarchischen Ringen Suche Dienst Ontologie Nein Ich nicht, aber vielleicht mein Ring Nein Ja Erhält ein Knoten eine Anfrage, überprüft er ob diese bearbeiten kann Ist dies nicht der Fall, sendet er die Anfrage an seinen Nachfolger Erhält ein SAP eine Anfrage, überprüft er ob ein Knoten in seinem Ring die Anfrage bearbeiten kann