Παροχή προηγμένων υπηρεσιών με επίγνωση περιβάλλοντος σε δυναμικά ετερογενή δίκτυα

Abstract

Next generation network characteristics (they are larger in scale, more dynamic and more heterogeneous) increase the complexity in the design and provision of advanced services, making the traditional approaches inefficient or even inappropriate. In order to cope with these characteristics, services are expected to adapt to environmental conditions and run with minimum human intervention. In this dissertation, specific techniques are proposed for the provision of advanced services in dynamic and heterogeneous environments. Initially, techniques exploiting context awareness and specific architectures for the design and deployment of such services are presented. Similar techniques are also described aiming at the autonomic provision of advanced services in dynamic and heterogeneous environments. Features such as autonomicity in the creation, operation and management of dynamic networks, application of p2p techniques for data management and creation and maintenance of overlay networks are key components of the proposed techniques. Specifically, a generic architecture for autonomic development and provision of services in dynamic heterogeneous environments is proposed, as well as a prototype implementation of the architecture. Based on the proposed architecture, a new protocol (NEURON) is designed that can operate in a particular layer of the architecture and support autonomic clustering and hierarchical routing in dynamic environments, focusing on its applicability in large scale networks (e.g. large sensor networks). In addition, specific context models for dynamic networks are described, in order to facilitate the support of context awareness and the extraction of useful events in the network, based on the capabilities offered by the proposed architecture. Finally, the concept of virtual sensor networks is introduced for the correlation among the existing networking infrastructure, the provided services and the active user communities. Specific techniques for creating and managing virtual sensor networks are proposed. Through appropriate simulation and emulation experiments, useful conclusions are extracted for the performance of the proposed mechanisms, while directions for future extensions of the proposed work are also provided.

Τα χαρακτηριστικά των δικτύων νέας γενιάς αυξάνουν την πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό και την παροχή προηγμένων υπηρεσιών, καθιστώντας τις υφιστάμενες σχετικές τεχνικές ανεπαρκείς. Τα μελλοντικά δίκτυα γίνονται μεγαλύτερα, πιο δυναμικά και πιο ετερογενή, επιβάλλοντας την ανάγκη στις παρεχόμενες υπηρεσίες να μπορούν να προσαρμόζονται στις συνθήκες του περιβάλλοντός τους και να απαιτούν ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση. Στην παρούσα εργασία προτείνονται τεχνικές ανάπτυξης προηγμένων υπηρεσιών Διαδικτύου σε δυναμικά ετερογενή περιβάλλοντα. Αρχικά, μελετούνται τεχνικές παροχής υπηρεσιών με επίγνωση περιβάλλοντος και προτείνονται αρχιτεκτονικές σχεδιασμού και ανάπτυξης τέτοιων υπηρεσιών. Στη συνέχεια, προτείνονται αντίστοιχες τεχνικές σε δυναμικά ετερογενή δίκτυα που στοχεύουν στην αυτόνομη παροχή προηγμένων υπηρεσιών. Χαρακτηριστικά, όπως αυτονομία στην ανάπτυξη, λειτουργία και διαχείριση δυναμικών δικτύων, δημιουργία και συντήρηση υπερκείμενων δικτύων, και εφαρμογή p2p τεχνικών για διαχείριση δεδομένων πάνω από τέτοια δίκτυα, αποτελούν βασικά συστατικά των προτεινόμενων τεχνικών. Συγκεκριμένα, προτείνεται μία γενική αρχιτεκτονική για την ανάπτυξη και παροχή αυτόνομων υπηρεσιών σε δυναμικά ετερογενή περιβάλλοντα, καθώς και μία πρότυπη υλοποίηση της αρχιτεκτονικής αυτής. Με βάση την προτεινόμενη αρχιτεκτονική, παρουσιάζεται ένα νέο πρωτόκολλο (NEURON), το οποίο μπορεί να λειτουργήσει σε συγκεκριμένο στρώμα της αρχιτεκτονικής και να υποστηρίξει αυτόνομη δημιουργία ομάδων (clusters) και ιεραρχική δρομολόγηση σε δυναμικά περιβάλλοντα, εστιάζοντας στην εφαρμογή του κυρίως σε δίκτυα μεγάλης κλίμακας (π.χ. μεγάλα δίκτυα αισθητήρων). Επιπλέον, προδιαγράφονται μοντέλα αναπαράστασης περιβάλλοντος (context models) για δυναμικά δίκτυα, προκειμένου να παρέχονται δυνατότητες υποστήριξης επίγνωσης περιβάλλοντος και εξαγωγής χρήσιμων καταστάσεων, με βάση τις δυνατότητες που προσφέρονται από την προτεινόμενη αρχιτεκτονική. Τέλος, εισάγεται η έννοια των νοητών δικτύων αισθητήρων (virtual sensor networks), τα οποία παρέχουν την δυνατότητα συσχέτισης ανάμεσα στα υπάρχοντα δεδομένα στο δίκτυο, τις παρεχόμενες υπηρεσίες και τις υφιστάμενες κοινότητες χρηστών. Προτείνονται τεχνικές δημιουργίας και διαχείρισης νοητών δικτύων αισθητήρων. Μέσω κατάλληλων προσομοιώσεων και εξομοιώσεων, εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τους προτεινόμενους μηχανισμούς, ενώ αναφέρονται και κατευθύνσεις για μελλοντικές επεκτάσεις της εργασίας.