Semantisch entkoppelte Kommunikation in heterogenen Netzwerken

Experimentelle Evaluierung eines Ansatzes zur semantisch entkoppelten Kommunikation in dynamischen, heterogenen Netzwerken mittels Publish/Subscribe

 

Art der Arbeit: Diplomarbeit

 

Beschreibung:

Motivation und Stand der Forschung
In modernen Arbeits- und Wohnumgebungen steigt die Zahl der elektronischen Ger├Ąte, die Daten erfassen, verarbeiten und ├╝bermitteln k├Ânnen. Die in einer solchen Umgebung befindlichen Ger├Ąte werden erg├Ąnzt durch weitere Ger├Ąte und Sensoren, die der Nutzer in diese Umgebung einbringt. Dadurch entsteht eine von hoher Heterogenit├Ąt bestimmte Umgebung von Ger├Ąten mit dynamischer, sich st├Ąndig ver├Ąndernder Zusammensetzung und Topologie. Ein wichtiges Forschungsziel ist die Schaffung intelligenter Umgebungen, in denen die soeben erw├Ąhnten Ger├Ąte eine Infrastruktur bilden, die den Nutzer bei seinen T├Ątigkeiten unterst├╝tzt. Eine wesentliche Voraussetzung zur Bildung einer solchen Infrastruktur ist die Notwendigkeit des effizienten Datenaustausches zwischen Applikationen auf den beteiligten Ger├Ąten.
Aus Sicht einer Anwendung in einer solchen Umgebung sind in Bezug auf den Datenaustausch bzw. die daf├╝r zust├Ąndige Middleware vier Kriterien zu erf├╝llen: Die gesamte Infrastruktur, die Topologie, die verwendeten Kommunikationsprotokolle sowie Ger├Ąteadressen andere Ger├Ąte sind vor der Applikation zu verbergen. Hierf├╝r wird in der Literatur [1] der Begriff r├Ąumliche Entkopplung verwendet. Weiterhin ist insbesondere in Topologien, die starken Ver├Ąnderungen bez├╝glich der Ger├Ątezusammensetzung unterworfen sind, nicht davon auszugehen, dass Datenquelle und Datensenke zum gleichen Zeitpunkt aktiv sind. Trotzdem soll eine Daten├╝bertragung m├Âglich sein. Man spricht von zeitlicher Entkopplung [1]. Au├čerdem soll sich keine Applikation beim Versand bzw. dem Empfang von Nachrichten mit entfernten Kommunikationspartnern oder einer Middleware synchronisieren m├╝ssen. Es soll also eine Entkopplung der Threads [1] stattfinden.
Zuletzt sollen Datenquelle und Datensenke auch dann Informationen austauschen k├Ânnen, wenn sie nicht dieselben Datenformate, Ma├čeinheiten oder Dokumentenbeschreibungssprachen verstehen. Eine Datenverarbeitung w├Ąhrend der Daten├╝bermittlung durch Applikationen, die dazu f├Ąhig sind, soll von der Middleware transparent gew├Ąhrleistet werden. Es soll also auch eine Entkopplung in der Semantik stattfinden.
Publish/Subscribe ist ein Kommunikationsparadigma, dass diese Anforderungen grunds├Ątzlich erf├╝llen kann. In der Literatur existieren Ans├Ątze f├╝r dezentrale, verteilte Implementierungen von Publish/Subscribe durch die Nutzung inhaltsbasierter Adressierung [2]. Sie realisieren auf sehr effiziente Art und Weise eine Entkopplung in Raum, Zeit und Threads. Bisher existiert allerdings nur ein Ansatz zur Realisierung der Entkopplung in Semantik f├╝r heterogene, dynamische Umgebungen [3]. F├╝r diesen wird eine Systemarchitektur sowie ein grunds├Ątzliches Routing-Protokoll, ASP [4], beschrieben, dass diese Anforderungen erf├╝llen kann. Die Grundidee ist hier ein durch die Datenquelle getriebener on-demand-Ansatz. Eine Datenquelle flutet das Netzwerk in einer ersten Phase mit einer Ank├╝ndigung der von ihr zu versendenden Daten. In einer zweiten Phase k├Ânnen interessierte Datensenken sich f├╝r diese Daten registrieren und in einer dritten Phase werden die zu ver├Âffentlichenden Daten durch die Middleware gezielt an die registrierten Senken ├╝bermittelt. Es werden verschiedene Anforderungen und Erweiterungen beschrieben und in einfachen Simulationen evaluiert.

Zielstellung
In dieser Arbeit soll der bisher nur theoretisch beschriebene und in Simulationen evaluierte ASP-Ansatz in ein praktisches Szenario ├╝berf├╝hrt, implementiert und seine Funktion und seine Grenzen evaluiert werden. Dazu ist ein geeignetes Szenario zu finden, eine Abbildung der kommunizierten Inhalte auf das vorgeschlagene Routing-Protokoll zu realisieren, sinnvolle Verarbeitungs- und Kommunikationsmetriken f├╝r das Szenario zu finden bzw. zu entwickeln und die notwendigen Broker und Applikationen zu implementieren. Anschlie├čend ist in Experimenten die Funktionalit├Ąt und die Effizienz des Ansatzes zu evaluieren und anhand der Simulationsergebnisse aus der Literatur zu bewerten.

Teilaufgaben

  • Konzipierung eines geeigneten Szenarios und Abbildung auf das zu evaluierende Kommunikationskonzept (PPS / ASP)
  • Auswahl verschiedener geeigneter Kommunikationstechnologien
  • Einbindung geeigneter Operatoren zur Dokumentenumwandlung
  • Auswahl/Finden einer Metrik, die sowohl die Operationen als auch das Routing ad├Ąquat beschreiben kann
  • Aufbau der entsprechenden Testumgebung und Konzeption einer geeigneten Teststategie
  • Die Funktionalit├Ąt und die Effizienz des Ansatzes in Reaktion auf Ver├Ąnderungen in der Topologie und Mobilit├Ąt soll durch die Tests ermittelt werden
  • Optional kann auch der Einfluss von Erweiterungen des ASP-Ansatzes auf Funktionalit├Ąt und Effizienz unter den zuvor beschriebenen Bedingungen gepr├╝ft werden
  • Implementierung des Kommunikationsalgorithmus und der notwendigen Applikationen f├╝r die beteiligten Ger├Ąte entsprechend des erarbeiteten Szenarios
  • Entwicklung der Broker f├╝r alle beteiligten Ger├Ąte
  • Entwicklung von Datenquellen, -senken und umwandlern entsprechend dem Szenario
  • Durchf├╝hren von Tests
  • Diskussion der Ergebnisse und Bewertung anhand der vorliegenden Simulationsergebnisse

Literatur

 

Betreuer: Henry Ristau

 

Kontakt: E-Mail an henry.ristau(at)informatik.uni-rostock.de

 

Voraussetzungen: Voraussetzung f├╝r die Bearbeitung dieses Themas sind Programmierkenntnisse auf Netzwerkebene in einer frei w├Ąhlbaren Programmiersprache.