Önszerveződő mobil hálózatok: lehetséges az ön-evolúció?

1. Önszerveződő mobil hálózatok: lehetséges az ön-evolúció? Jövő Internet technológiák és alkalmazásokkutatása Magyarországon konferencia 2011. november 15. Dr. Simon Vilmos

2. Mobil felhasználók számának növekedése

3. Mobil távközlési trendek • A rohamos felhasználószám növekedés mellett 3 kihívás: • Heterogenitás • Skálázhatóság • Komplexitás

4. Heterogenitás • Eltérő képességű eszközök • Nagy teljesítményű hordozható számítógépek terjedése (PDA, smartphone) • Miniatűr szenzorok: alacsony számítási képesség • Megoldás: Tudni kell együtt kezelni őket!

5. 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

6. Komplexitás • A mobil hálózat irányításának és karbantartásának komplexitása • Megoldás: • centralizált megközelítések nem mindig alkalmazhatóak • saját magát irányítani képes „autonóm” rendszerek használata

7. Paradigmaváltás • Mai vezetéknélküli hálózatoknál: központi infrastruktúra • Nem mindig építhetőek ki vagy gazdaságilag nem kifizetődőek • E új típusú hálózatok komplexitása • biológiai organizmus • ökoszisztéma szintjén

8. 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

9. Alkalmazhatóságuk • Elosztott és ön-konfigurációs tulajdonságuk • + könnyű és rugalmas telepítés • Vészhelyzetek • Környezet monitorozás: szenzor hálózatok • Járművek közötti ad hoc kommunikáció, közlekedésoptimalizálás • Digitális város koncepció

10. 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

11. 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!

12. Példa optimalizációra (SBA algoritmus)

13. 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!

14. Ötlet • Egymással vetélkedő algoritmusok • lokális jósági függvény • Természetes szelekció az algoritmusok egy állandó változó halmazán • Ezt a halmazt a genetikai programozzásal állítjuk elő

15. 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.

16. Inverz szelekció

17. 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

18. 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

19. 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!

20. Eredmények 1. • Hasznos és duplikált üzenetek különbsége • Kék: evolúció nélküli eset • Piros: evolúcióval

21. Eredmények 2. • Kártékony protokoll jelenléte a rendszerben az idő függvényében:

22. Legfrissebb robusztussági eredmények • Kártékony protokol részaránya a másik 3-hoz képest: 5, 30, 70% • 70%-os eset: Evolúcióval: Evolúció nélküli:

23. Jövőbeli munka • Még több új protokoll implementálása a halmazban

24. Kimenetel?