Jövő Internet technológiák és alkalmazások kutatása Magyarországon konferencia 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:

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?