Jövő Internet technológiák és alkalmazások kutatása Magyarországon konferencia

2011. november 15. Dr. Simon Vilmos

Önszerveződő mobil hálózatok: lehetséges az ön-evolúció?

Mobil felhasználók számának növekedése

Mobil távközlési trendek

A rohamos felhasználószám növekedés mellett 3 kihívás:

• Heterogenitás

• Skálázhatóság

• Komplexitás

Heterogenitás

Eltérő képességű eszközök Nagy teljesítményű hordozható

számítógépek terjedése (PDA, smartphone) Miniatűr szenzorok: alacsony számítási

képesség Megoldás: Tudni kell együtt kezelni őket!

Skálázhatóság

Hagyományos távközlési végpont-végpont összeköttetés:• útvonalkeresés• címzés

Nem jól skálázódik nagy kiterjedésű vezeték nélküli környezetben

Bonyolítja a nagyfokú mobilitás Megoldás: a végpont-végpont helyett lokális

üzenetváltások

Komplexitás

A mobil hálózat irányításának és karbantartásának komplexitása

Megoldás:

• centralizált megközelítések nem mindig alkalmazhatóak

• saját magát irányítani képes „autonóm” rendszerek használata

Paradigmaváltás

Mai vezetéknélküli hálózatoknál: központi infrastruktúra

Nem mindig építhetőek ki vagy gazdaságilag nem kifizetődőek

E új típusú hálózatok komplexitása• biológiai organizmus• ökoszisztéma szintjén

Önszerveződő mobil hálózatok

Csak mobil terminálokból áll Architektúra teljesen elosztott

• nincs központosított hálózati felügyelet Kommunikáció a mobil terminálok között:

• peer-to-peer kommunikáció• egy-ugrású illetve többes ugrású utakon át

Alkalmazhatóságuk

Elosztott és ön-konfigurációs tulajdonságuk + könnyű és rugalmas telepítés

• Vészhelyzetek• Környezet monitorozás: szenzor hálózatok• Járművek közötti ad hoc kommunikáció,

közlekedésoptimalizálás• Digitális város koncepció

Információterjesztés

Kihívás: globális információterjesztési szolgáltatás a mobil csomópontok között

Sok kommunikációs protokoll közül melyik a megfelelő?• hatékony sávszélesség felhasználás• robusztusság az állandó topológia változással szemben

A protokoll kiválasztása történhet:• Globális• Lokális rendszerinformációk

Önszerveződő hálózatban nincs globális rálátásunk a rendszerre

Multi-hop broadcast

Az üzenetet a lehető legtöbb részvevőnek eljuttatni

Multi-hop broadcast (többes ugrásos szórt adás)

Naiv megoldás: minden eszköz ismételje meg az üzenetet, amelyet legutoljára hallott• Pazarló

• Broadcast storm

• Üzenet duplikáció Optimalizálni kell az eljárást!

Példa optimalizációra (SBA algoritmus)

Melyik algoritmust válasszuk?

Sok ilyen megoldás: teljesítményük függ a hálózat tulajdonságaitól

• Üzenetek száma, mérete• Mobil eszközök sűrűsége, mobilitási modellje, felszereltsége (pl. GPS)

A környezet és topológia gyorsan változik: nincs esély kiválasztani a legoptimálisabbat!

Ötletünk: ne legyen egy előre definiált protokoll, adaptáció a környezethez!

Ötlet

Egymással vetélkedő algoritmusok• lokális jósági függvény

Természetes szelekció az algoritmusok egy állandó változó halmazán

Ezt a halmazt a genetikai programozzásal állítjuk elő

Lokális jósági függvény

Meg kell mérni: melyik algoritmus mennyire „hasznos” az adott környezetben

Küldő algoritmus teljesítménye?• Csak a fogadó felek tudják megítélni

• Duplikáció vagy hasznos üzenet Hagyományosan: fogadók mérésének elterjesztése a

rendszerben• Túl sok fölösleges üzenetváltás!

Megoldás: inverz szelekció Kiküldött adatüzenetek tartalmazzák a küldő algoritmus

kódját • Fogadó eszközök pontozzák• Kiválasztják a jövőben használni kívánt egyedeket.

Inverz szelekció

Természetes szelekció

Véges erőforrások minden protokollhoz:• Üzenetszám• Időtartam

Miután „kihal” az adott protokoll az eszközben: újat választ a pontok alapján

Legéletképesebb terjed tovább Adaptáció a pillanatnyi körülményekhez

Evolúcios programozási nyelv

Evolúcios programozási nyelv megalkotása: protokollok különböző elemeinek vegyítése

Keresztezés és mutáció operátorainak segítségével új protokollok• Bármi nemű felügyelet nélkül!

Természetes szelekció protokollok dinamikus halmazán

Szimulációs környezet

4 kezdeti protokoll:• APF (Adaptive Periodic Flood)• Gossiping• Adaptív Gossiping• Agresszív elárasztás (AgrFlood) - kártékony

500 mobil node Két mobilitási modell (egyéni és csoportos) 100 ezer megfigyelt protokoll!

Eredmények 1.

Hasznos és duplikált üzenetek különbsége• Kék: evolúció nélküli eset• Piros: evolúcióval

Eredmények 2.

Kártékony protokoll jelenléte a rendszerben az idő függvényében:

0%

25%

50%

75%

100%

0 5 10 15Time slice

0-20% 20-40 % 40-60 % 60-80% 80-100 %

Legfrissebb robusztussági eredmények

Kártékony protokol részaránya a másik 3-hoz képest: 5, 30, 70%

70%-os eset:

Evolúció nélküli: Evolúcióval:

Jövőbeli munka

Még több új protokoll implementálása a halmazban

Kimenetel?