Service provision with autonomic characteristics in mesh environment

Abstract

This doctoral thesis focuses on the domain of mobile Peer-to-Peer applications and specifically it provides a Distributed Hash Table (DHT) architecture and implementation that is able to bootstrap and operate in Mesh Environments without any form of centralization. Merits of DHTs, such as decentralization, scalability and fault-tolerance, gave them a dominant position in the architecture of Peer-to-Peer systems in fixed Networks. However, severe problems arise when as-is DHT algorithms are ported in Mesh Environments. The contribution of the present doctoral thesis can be summarized in four main axes: The first axis refers to the identification of the problems that arise when existing DHT implementations are ported to a Mesh Environment. The majority of problems exist because already developed DHTs base their operation to the efficiency and robustness of the underlying fixed Networking environment which is not considered as granted at Mesh Environments. The second axis focuses on an architectural proposal that overcomes the identified problems. The architectural proposal relies on principles of autonomicity and introduces a layered approach that can be realized in various ways. This layered approach is benchmarked in a simulator and specific modifications are further introduced in order to achieve scaling and efficiency issues. The third axis refers to a reference Implementation of the proposed layered approach. This reference implementation will be addressed as UbiChord. Since, specific technical choices have been followed in order to realize the layered approach, these choices will be analyzed. Finally the fourth axis focuses on the creation and the benchmarking of indicative Mobile Peer-to-Peer Applications based on UbiChord implementation. An extensive set of simulations and emulations have been conducted in the frames of this thesis. Simulations refer to the simulations model that has been developed while emulations refer to the actual UbiChord implementation. UbiChord can be used to create mobile Peer-to-Peer services such as mobile social networking, file sharing etc.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζει στο πεδίο των υπηρεσιών σε κινητούς ομότιμους κόμβους. Πιο συγκεκριμένα, στα πλαίσια της διατριβής προτείνεται μια αρχιτεκτονική και αναλύεται μια υλοποίηση ενός Κατανεμημένου Πίνακα Κατακερματισμού (Distributed Hash Table-DHT) η οποία είναι ικανή να λειτουργήσει χωρίς καμία κεντρικοποίηση. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των DHT όπως η αποκέντρωση, η επεκτασιμότητα και η ανεκτικότητα, τους δίνει μια δεσπόζουσα θέση στην αρχιτεκτονική των δικτύων ομότιμων κόμβων σε σταθερά δίκτυα. Ωστόσο, σοβαρά προβλήματα προκύπτουν όταν υπάρχουσες υλοποιήσεις 'μεταφέρονται' σε κινητά δίκτυα. Η συνεισφορά της παρούσας διδακτορικής διατριβής μπορεί να συνοψισθεί σε τέσσερις κύριους άξονες: Ο πρώτος άξονας αφορά την αναγνώριση των προβλημάτων που δημιουργούνται όταν οι υπάρχουσες υλοποιήσεις DHT μεταφερθούν σε ένα δίκτυο κινητών κόμβων. Η πλειοφηφία των προβλημάτων απορρέουν από το γεγονός ότι οι υπάρχουσες υλοποιήσεις βασίζονται στην αξιοπιστία και την αποδοτικότητα του υποκείμενου σταθερού δικτύου. Αυτά τα χαρακτηριστικά δεν υπάρχουν σε ασύρματα μη κεντρικοποιημένα δίκτυα. Ο δεύτερος άξονας επικεντρώνεται σε μια αρχιτεκτονική πρόταση για την υπέρβαση των παραπάνω προβλημάτων. Η αρχιτεκτονική πρόταση βασίζεται στις αρχές των αυτόνομων συστημάτων και εισάγει μια πολυεπίπεδη προσέγγιση που μπορεί να υλοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Η προσέγγιση αυτή αρχικά αξιολογείται σε έναν προσομοιωτή και κατόπιν ειδικές τροποποιήσεις εισάγονται προκειμένου να επιτευχθούν μεγαλύτερη κλιμάκωση και αποτελεσματικότητα. Ο τρίτος άξονας αναφέρεται σε μια υλοποίηση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής. Αυτή η υλοποίηση ονομάζεται UbiChord. Δεδομένου ότι συγκεκριμένες τεχνικές επιλογές ακολουθήθηκαν προκειμένου να υλοποιηθεί η πολυεπίπεδη προσέγγιση, αυτές οι επιλογές αναλύονται. Τέλος, ο τέταρτος άξονας επικεντρώνεται στη δημιουργία και τη συγκριτική αξιολόγηση κάποιων ενδεικτικών εφαρμογών που βασίζονται στην εφαρμογή του UbiChord. Ένα εκτεταμένο σύνολο προσομοιώσεων και εξομοιώσεων έχουν διεξαχθεί στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Οι προσομοιώσεις αναφέρονται στο μοντέλο προσομοίωση που έχει αναπτυχθεί, ενώ η εξομοίωση αναφέρεται στην πραγματική εφαρμογή. To UbiChord μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία υπηρεσιών σε ασύρματα δίκτυα όπως εφαρμογές κοινωνικής δικτύωσης, διανομής αρχείων κ.λ.π.