Dienstsuche DIANE: Beitrag
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Dienste in Ad-Hoc-Netzen Beschreibung, Auffindung und Motivation Dr. Birgitta König-Ries Michael Klein Philipp Obreiter DIANE-Projekt: Dienste in Ad-hoc-Netzen Universität Karlsruhe (TH) http://www.ipd.uni-karlsruhe.de/DIANE Februar 2004 1 Ziel Integrierte Nutzung verteilter Ressourcen Peer-to-Peer-Systeme Grid Computing Föderierte Datenbanken Autonomic Computing Randbedingungen? Problembereiche? Ansätze? 2 Ad-hoc-Netze Randbedingungen der Ressourcennutzung Automatisierung Effizienzanforderungen Autonomie Selbstorganisation 3 Randbedingungen der Ressourcennutzung föderierte Datenbank Napster-artige Systeme Automatisierung Effizienzanforderungen Autonomie Automatisierung Effizienzanforderungen Selbstorganisation Gnutella-artige Systeme Selbstorganisation Ad-hoc-Netze Automatisierung Effizienzanforderungen 4 Autonomie Selbstorganisation Autonomie Automatisierung Effizienzanforderungen Autonomie Selbstorganisation Szenario Gateway Service In: Access Data Out: Received Mails Transformation Service In: Compressed File Out: File Query Service In: Course Out: Academic calendar Document Service In: -Out: article on GROUP-BY operator 5 Wann und wo Mehr über sind meine MeineSQL? Mails? DBVorlesungen? Problembereiche Document Service In: -Out: article on GROUP-BY operator 6 Mehr über SQL? Problembereiche Angebote und Nachfragen müssen: beschrieben werden Document Service In: -Out: article on GROUP-BY operator 7 Mehr über SQL? Problembereiche Angebote und Nachfragen müssen: beschrieben werden zu einander kommen Document Service In: -Out: article on GROUP-BY operator 8 Mehr über SQL? Problembereiche Angebote und Nachfragen müssen: beschrieben werden zu einander kommen abgeglichen werden Document Service In: -Out: article on GROUP-BY operator 9 ? = Mehr über SQL? Problembereiche $$$ Document Service In: -Out: article on GROUP-BY operator 10 Angebote und Nachfragen müssen: beschrieben werden zu einander kommen abgeglichen werden Mehr über SQL? Geräte müssen zur Ressourcenbereitstellung motiviert werden Vision: Dienstorientiertes Rechnen zur verteilten Ressourcennutzung Anwendung veröffentlicheDienst sucheDienst führeDienstAus Dienstorientierte Middleware Übermittlung Cross-Layer-Events 4. Transport 3. Network 2. Datalink 11 1. Physical DIANE Überblick (Semantische) Dienstbeschreibung M O T I V A T I O N (Dezentrale) Dienstsuche (Effiziente) Dienstausführung Transparente Dienstkombination 12 S I M U L A T I O N Dienstbeschreibung – Stand der Forschung (1) Nachrichtenbasierte Dienstbeschreibung incoming messages outgoing messages Service Beispiele: IDLs (CORBA, DCOM, EJB), WSDL, ebXML, … Druckdienst: PrintRequest Message url : String resolution: ResType 13 input Service Dienstbeschreibung – Stand der Forschung (1) Nachrichtenbasierte Dienstbeschreibung incoming messages outgoing messages Service Beispiele: IDLs (CORBA, DCOM, EJB), WSDL, ebXML, … Probleme Funktionalität kann nur aus dem Nachrichtenfluss geraten werden keine Unterstützung der Konfiguration Anwendungsbereich halbautomatische Suche 14 Dienstbeschreibung – Stand der Forschung (2) Zustands-/Nachrichtenbasierte Dienstbeschreibung incoming messages outgoing messages Service state before execution state after execution Beispiele: DAML-S/OWL-S Profile, ICL, … PrintRequest Message url : String resolution: ResType input :Service :Document LocallyAvailable 15 precondition effect :Document Printed Dienstbeschreibung – Stand der Forschung (2) Zustands-/Nachrichtenbasierte Dienstbeschreibung incoming messages outgoing messages Service state before execution state after execution Examples: DAML-S/OWL-S Profile, ICL, … Probleme getrennte Beschreibung der Funktionalität in Nachrichten und Zuständen Zusammenhang unklar keine Unterstützung der Konfiguration 16 Anwendungsbereich halbautomatische Suche Automatische Suche: Anforderungen Funktionalität klare Bedeutung der Begriffe explizite Modellierung des Zusammenhangs zwischen Vorund Nachzustand Konfigurationsprozess explizite Beschreibung des Ablaufs der Dienstnutzung 17 DIANE Service Descriptions (DSD) (1) I. obere Dienstontologie Task: allgemeine Struktur einer Dienstbeschreibung einheitlich, klein Service Prec InfoState Effect II. Ontologien für Dienstkategorien wenige Einschränkung der möglichen Vor- und Nachbedingungen Beispiel: InformationService InfoState Document Author Title Topic Rel. Model Rel. Algebra SQL SELECT UPDATE III. Domänenontologien Vokabular zur Beschreibung einzelner Domänen viele, verteilt Beispiele: Datenbanken, Orte, Schuhe,… IV. Instanziierung schrittweise Konfiguration 18 DSD: Beispiel (2) INe Resolution Type PrintRequest Message url : String resolution: ResType input <black-white> :ColorType resolution color :Service :LocallyAvailable precondition entity entity :Document <pdf> :FormatType dc:format filesize INe Integer 19 :Printed effect time location dc:identifier INx String OUTe Time OUTx Location Vorteile des Ansatzes Ontologiebasierung für klare Bedeutung vereinheitlichte, aber flexible Struktur durch Schichtung Funktionalität ist explizit beschrieben Zusammenhang zwischen Vor- und Nachzustand Einfluss der Parameter Konfigurationsprozess ist explizit beschrieben Anwendungsbereich: automatische Suche 20 Michael Klein, Birgitta König-Ries: A Process and a Tool for Creating Service Descriptions based on DAML-S 4th VLDB Workshop on Technologies for E-Services (TES'03), Berlin, 2003 Michael Klein, Birgitta König-Ries, Philipp Obreiter: Stepwise Refinable Service Descriptions: Adapting DAML-S to Staged Service Trading, 1st International Conference on Service Oriented Computing (ICSOC-03), Trento, Italien, 2003. Überblick (Semantische) Dienstbeschreibung M O T I V A T I O N (Dezentrale) Dienstsuche (Effiziente) Dienstausführung Transparente Dienstkombination 21 S I M U L A T I O N Dienstsuche: Ansätze (1) (Zentrales) Dienstverzeichnis Proaktiv benötigt Infrastruktur JXTA Search UDDI Napster 22 verteilte Hashtabellen beschränkte Ähnlichkeitssuche nicht an Netztopologie angepasst Fluten Reaktiv Ressourenintensiv Pastry Jini Chord Freenet JXTA Search Gnutella CAN dezentrale, semantische Dienstsuche Ziel: Dienstsuche, die ohne Infrastruktur funktioniert Ähnlichkeit berücksichtigt ressourcenschonend ist für dynamische Umgebungen geeignet ist. 23 Grundidee: Lege logische Struktur über das vorhandene Netzwerk welche sich am Wissen orientiert, welche Dienste angeboten werden, welche Such- und Angebotsnachrichten geschickt leitet welche bei Änderung des physischen Netzes adaptiert wird Overlay A 2 C 3 B A E 1 C D physisches Netz E Dienstsuche: Lösungen Dienstankündigung 1 5 2 3 6 any cast 7 10 any cast 11 4 8 12 9 Dienstsuche findService Cluster-Overlay Ring-Overlay findService Dienstvergleich Lanes-Overlay routeMessage routeMessage 4. Transport 4. Transport 3. Network 3. Network sendPacket sendPacket sendPacket 2. Data Link 2. Data Link 2. Data Link 1. Physical 1. Physical 1. Physical sendMessage 4. Transport 24 findService Lanes: Idee 1 2 3 4 5 any cast 6 7 8 9 any cast Keine feste Zuordnung in x-Richtung parallele Bahnen von Knoten 10 Innerhalb Bahn: Definierte Nachbarschaft 11 12 Von außerhalb: Alle Knoten einer Bahn gleich Verwende AnycastRouting in x-Richtung 25 Michael Klein, Birgitta König-Ries, Philipp Obreiter Lanes - A Lightweight Overlay for Service Discovery in Mobile Ad Hoc Network 3rd Workshop on Applications and Services in Wireless Networks (ASWN2003), Bern Lanes: Service Trading Dienstankündigung 1 2 5 any cast 6 9 any cast 10 3 7 11 4 8 12 Dienstsuche 26 Algorithmen der Lanes-Struktur 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 27 Ping-Nachrichten: Sorgen für die Pflege der Lanes Vorteile von Lanes Spezialisiert für dynamische Topologien Wenige Strukturbedingungen Topologiebewusste Algorithmen Selbstjustierende Parameter: Anpassung an die aktuelle regionale Netzwerkprofil Vollständig dezentral, kein Fluten, kein Hashen Unabhängig von Dienstbeschreibung Aber: Spezialisiert für Dienstaushandlung ( 2 Dimensionen) 28 Überblick (Semantische) Dienstbeschreibung M O T I V A T I O N (Dezentrale) Dienstsuche (Effiziente) Dienstausführung Transparente Dienstkombination 29 S I M U L A T I O N Fallbeispiel: Kooperation in Lanes Warum soll man Dienste anbieten? Dienstankündigung 1 Warum soll man sich mit Dienstsuchen und Dienstnutzung zurückhalten? 30 2 5 any cast 6 9 any cast 10 3 7 11 4 8 12 Dienstsuche Warum soll man Dienstsuchen weiterleiten? Warum soll man Dienstangebote speichern und weiterleiten? Warum soll man Dienstsuchen mit -angeboten vergleichen? Anreizmuster Frage: Welche Arten von Anreizen gibt es, für ein anderes Gerät eine Aktion durchzuführen? Anreizmuster motiviert durch Vertrauen vertrauensbasierte Anreizmuster identitätsbas. Vertrauen Kollektivmuster verhaltensbas. Vertrauen sofortige Gegenleistung Gemeinschaftsmuster handelsbasierte Anreizmuster Tauschhandelsmuster versprochene Gegenleistung wertpapierbasierte Anreizmuster Schuldner Aussteller Beliebiges Gerät Dediziertes Gerät ist Schuldner Eigenwechselmuster Banknotenmuster Wechselmuster Scheckmuster ist nicht Schuldner 31 motiviert durch Gegenleistung 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 Eigenschaften der Anreizmuster Anreizmuster Eigenschaften Rollen vertrauensbasiert Kollektivmuster 32 Tauschhandelsmuster wertpapierbasiert (Eigenwechselmuster) symmetrisch asymmetrisch Reputation Gegenleistung Eigenwechsel − + o asymmetrisch Art der Belohnung Durchsetzbarkeit der Belohnung Gemeinschaftsmuster handelsbasiert keine Aufwand klein mittel klein groß Skalierbarkeit −− − + o Fallbeispiel: Anreizschema für Lanes Warum Dienste anbieten? um Eigenwechsel zu bekommen (Wechselversprechen: Dienst) Dienstankündigung Warum sparsame Dienstbenutzung? um Eigenwechsel nicht ausstellen zu müssen (Wechselversprechen: Dienst) 1 um Eigenwechsel nicht ausstellen zu müssen (Wechselversprechen: Dienstvergleich) 33 9 Warum Dienstangebote weiterleiten? 2 3 Warum sparsame Dienstsuche? 5 4 any cast 6 7 8 any cast 10 11 12 um gute Reputation zu erhalten Warum Dienstsuchen speichern und mit Angeboten vergleichen? um Eigenwechsel zu bekommen (Wechselversprechen: Dienstvergleich) Dienstsuche Warum Dienstsuchen weiterleiten? um gute Reputation zu erhalten Überblick (Semantische) Dienstbeschreibung M O T I V A T I O N (Dezentrale) Dienstsuche (Effiziente) Dienstausführung Transparente Dienstkombination 34 S I M U L A T I O N Evaluation durch Simulation runTest(plan) Meta S I M U L A T O R instantiateUser(param) Benutzer userFunctions... Protokoll P1 P2 sendMessage(device) Netzwerk connected(device1, device2) Verbindung 35 Michael Klein DIANEmu - A Java Based Generic Simulation Environment for Distributed Protocols Download: http://www.ipd.uni-karlsruhe.de/DIANE Benutzerschicht Ziel: Realitätsgetreues Modell der Benutzer mögliche Aktivitäten Prioritäten der Benutzer Aktivitätsmodell Ablauf der Aktivitäten Bewegung zu Aktivität Umweltmodell 36 Pfade Orte Dienst während Aktivität Bewegungsmodell Dienstmodell Liste: (Zeit, Koordinate) Liste: (Zeit, Dienstaufruf) Tobias Breyer, Michael Klein, Philipp Obreiter, Birgitta König-Ries Activity-Based User Modeling in Service-Oriented Ad hoc Networks First Working Conference on Wireless On-demand Network Systems (WONS 2003), Trento Evaluierung von Lanes Einstellungen: 1. 2. 3. 4. 15 Geräte Testdauer 3600s Aktion jede 60 Sekunden Ping Nachrichten bei Lanes jede 15 sec Aufwand [ #Nachrichten/Suchanfrage] 35 30 25 20 Triviale Suche 15 Lanes 10 5 0 37 ∞0 10 10 520 3,3 30 2,5 40 2 50 Dynamik [ Verweildauer in Min.] Fairness: Korrelationskoeffizient und Regressionsgerade Aus Messungen abgeleitete Werte: 1. Korrelationskoeffizient r (Findungen-Vergleiche) 2. Steigung der Regressionsgerade (b) Einstellungen: 4400 Suchen, 15 Kooperative, 5 Unkooperative Lanes r=-0,18 Kooperative 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 r=0,69 Unkooperative Individualnutzen [Findungen] Individualnutzen [Findungen] Kooperative 38 SLanes 400 600 Individualaufwand [Vergleiche] 800 #Findungen b=0,54 #Vergleiche Unkooperative 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 Individualaufwand [Vergleiche] 500 Zusammenfassung (Semantische) Dienstbeschreibung M O T I V A T I O N (Dezentrale) Dienstsuche (Effiziente) Dienstausführung Transparente Dienstkombination 39 S I M U L A T I O N Anforderungen und Lösungsansätze Ad-hoc-Netze Angebote und Nachfragen müssen: Automatisierung Effizienzanforderungen Autonomie Selbstorganisation beschrieben werden DIANE Service Descriptions zu einander kommen halbsemantische Overlays abgeglichen werden DIANE Service Descriptions Geräte müssen zur Ressourcenbereitstellung motiviert werden 40 Anreizschemata Anforderungen und Lösungsansätze Angebote und Nachfragen müssen: Automatisierung Effizienzanforderungen Autonomie Selbstorganisation beschrieben werden z.B. WSDL zu einander kommen halbsemantische Overlays abgeglichen werden WSDL Vergleich, manuelle Nachbesserung Geräte müssen zur Ressourcenbereitstellung motiviert werden 41 Ad-hoc-Netze in einer Organisation, manuelle Dienstnutzung Anforderungen und Lösungsansätze Angebote und Nachfragen müssen: Peer-to-Peer- Systeme Automatisierung Effizienzanforderungen Autonomie Selbstorganisation beschrieben werden DIANE Service Descriptions zu einander kommen abgeglichen werden Dienstverzeichnisse, Fluten, Overlays DIANE Service Descriptions Geräte müssen zur Ressourcenbereitstellung motiviert werden 42 Anreizschemata DIANE: Beitrag (Semantische) Dienstbeschreibung M O T I V A T I O N Schichtung, reine Zustandsorientierung, Variablen (Dezentrale) Dienstsuche Overlays: Cluster, Rings, Lanes (Effiziente) Dienstausführung S I M U L A T I O N Transparente Dienstkombination Anreize für die Dienstsuche 43 DIANEmu Aktivitätsbas. Benutzermodell D A N K E ...für die Aufmerksamkeit Alle Veröffentlichungen und den Simulator gibt es unter: http://www.ipd.uni-karlsruhe.de/DIANE 44
