Σχεδιασμός και ανάπτυξη πλατφόρμας συστήματος για την υποστήριξη μιας σύγχρονης πολυχρηστικής εικονικής αίθουσας διάθεσης και αξιοποίησης υπηρεσιών δικτύου

Abstract

Mobility is a fast growing area as it offers a great deal of advantages to end users. However, mobile users are currently restricted by the network coverage of providers, the access network technologies implemented by the providers and the networking capabilities of mobile devices. Moreover, mobile users have to be involved in time consuming and inflexible manual interactions with internet access service providers in order to sign inflexible long term contracts. The majority of existing network services is currently developed by providers for isolated domains and is offered only to customers that sustain predefined long-term business contracts. This resulted in the proliferation of various protocols, technologies, access methods and billing schemes that hinder the efforts of existing administrative domains to expand their business scope to larger communities of users and services. In this thesis, a novel framework, which liberates mobile users from predefined, long-term contracts, is presented. This framework enables mobile users to dynamically acquire any kind of Internet Service, irrespectively of their location and the mobile device used. Our main objective was to create a unified framework which will be easily adopted by existing networks and technologies, imposing little or no restrictions, and provide a complete solution, agnostic to networks, technologies or administrative domains. Three fundamental networking issues for supporting dynamic service acquisition to mobile users are discriminated: User Identification, Service Negotiation between users and providers and inter-provider cooperation. With the term “User Identification” we collectively refer to the procedures required to identify a user and his full capabilities in any kind of network environment. The thesis focuses on the other two key networking issues, namely the service negotiation and the inter-provider cooperation, towards a fully automated service acquisition process. Emphasizing on automation, we have designed and implemented a sophisticated service acquisition framework which enables mobile users, even the most inexperienced ones, to search for accessible services, networks, providers, etc. located at their current geographical position and conduct automated negotiations with the providers. The negotiation process can be conducted either directly with any provider scanned in the user’s geographical position, or indirectly with a Service Request Broker (SRB). Through this framework, providers are able to receive incoming requests from new clients, without having any predefined contract with them. Another equally important issue towards service delivery to end-users is the cooperation between providers. With the term provider we refer to both Internet Access Providers (IAPs) and Internet Services Providers (ISPs). IAPs are able to provide a simple connection to the internet like a Wi-Fi access point in a coffee-shop would do. ISPs can also offer, Internet Services, like Video-on-Demand (VoD), Voice-over-IP (VoIP), etc. An IAP is nowadays attached to a single ISP restricted with a static Service Level Agreement (SLA) the same way end-users are. IAPs need to be independent, as end-users need to connect to the internet and enjoy a specific Internet Service, without concerning about their connection point, i.e., IAP or ISP. The proposed Negotiation Framework provides the necessary infrastructure that enables the cooperation of IAPs and ISPs in order to provide this transparency to the end-user. Moreover, the framework was enriched with an ISP-Service Request Broker (ISRB) designed to orchestrate the cooperation and negotiation between ISPs as this kind of cooperation needs special attention due to confidentiality issues that arise between competitive entities such as ISPs. The ISRB is used to locate and suggest alternatives for ISPs’ cooperation towards a common goal. It uses information that ISPs are willing to share regarding their interconnection topology, network resources and hosted Internet Services. To address the existing gap in service acquisition for mobile users we have built a knowledge-centric Negotiation framework based on: a) a layered architecture that separates the basic concepts in e-Negotiations: the communication protocol, the negotiation protocol, the strategy and users preferences. b) semantic modeling to allow a clear description of the domain of e-Negotiations, c) open interfaces based on Web Services to allow automated agents to freely communicate, and d) declarative logic programming combined with reasoning to allow flexibility in the formation of the negotiating agents. A novel approach for the specification and execution of the negotiation protocol in combination with the negotiation Strategy and users preferences is presented, based on declarative programming and forward and backward reasoning techniques. The flexible communication and negotiation framework that was defined enables automated negotiations between all parties and can be used as basis towards automated service acquisition for mobile users in Future Internet. A prototype implementation of the service acquisition framework that is based on the e-negotiations framework is also presented. Using this prototype we have performed some evaluation tests measuring the time needed for different service acquisition scenarios. The results prove the applicability of the framework as compared with similar approaches.

Η χρήση ασύρματων συσκευών και δικτύων γνωρίζει μεγάλη εξάπλωση στις μέρες μας λόγο των μεγάλων πλεονεκτημάτων που προσφέρει στους τελικούς χρήστες. Ωστόσο οι κινητοί χρήστες περιορίζονται από την παρεχόμενη κάλυψη δικτύου του εκάστοτε παρόχου, τις χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες πρόσβασης και τις δυνατότητες της κινητής συσκευής που χρησιμοποιούν. Επιπλέον, οι κινητοί χρήστες είναι αναγκασμένοι να συμμετάσχουν σε χρονοβόρες, μη ευέλικτες διαδικασίες προκειμένου να υπογράψουν ανελαστικά, μακράς διάρκειας συμβόλαια παροχής υπηρεσιών. Η πλειοψηφία των διατιθέμενων υπηρεσιών πρόσβασης καθορίζει συγκεκριμένες παραμέτρους στην ποιότητα της υπηρεσίας και προϋποθέτει την ύπαρξη συμφωνίας με τον πάροχο υπηρεσιών. Αυτό είχε ως συνέπεια την εξάπλωση πολλαπλών πρωτοκόλλων, τεχνολογιών και μεθόδων πρόσβασης με ανεξάρτητους μηχανισμούς κοστολόγησης κάτι που αποτελεί τροχοπέδη στην εξάπλωση των επιχειρήσεων παροχής υπηρεσιών διαδικτύου. Σε αυτή τη διατριβή προτείνεται ένα πρωτότυπο πλαίσιο το οποίο απελευθερώνει τους κινητούς χρήστες από προκαθορισμένα, μακράς διάρκειας συμβόλαια. Το πλαίσιο αυτό επιτρέπει στους χρήστες να αποκτήσουν κάθε υπηρεσία του διαδικτύου ανεξάρτητα από την τοποθεσία τους και την κινητή συσκευή που χρησιμοποιούν. Ο κύριος στόχος μας ήταν η δημιουργία ενός ενοποιημένου πλαισίου το οποίο θα μπορεί να ενταχθεί στα υπάρχοντα δίκτυα και τεχνολογίες παρέχοντας μια ολοκληρωμένη λύση για την αυτοματοποιημένη απόκτηση υπηρεσιών διαδικτύου. Στην κατεύθυνση αυτή διακρίνονται τρία βασικά θέματα διαδικτύωσης: η ταυτοποίηση του τελικού χρήστη, η διαπραγμάτευση για το επίπεδο υπηρεσίας μεταξύ του χρήστη και του προμηθευτή και η συνεργασία μεταξύ των παρόχων υπηρεσιών του διαδικτύου. Με τον όρο ταυτοποίηση χρήστη αναφερόμαστε συνολικά στις διαδικασίες που απαιτούνται για την αναγνώριση ενός χρήστη και τις δυνατότητές του σε κάθε είδος δικτυακού περιβάλοντος. Η παρούσα διατριβή εστιάζει στα δύο επόμενα θέματα διαδικτύωσης που είναι η διαπραγμάτευση και η συνεργασία μεταξύ των παρόχων στοχεύοντας σε μια πλήρως αυτοματοποιημένη διαδικασία απόκτησης υπηρεσίας πρόσβασης που είναι το πρώτο βήμα για την χρήση των υπηρεσιών του διαδικτύου. Δίνοντας έμφαση στον αυτοματισμό έχει σχεδιαστεί και υλοποιηθεί ένα εξελιγμένο πλαίσιο για την απόκτηση υπηρεσίας που επιτρέπει στους τελικούς χρήστες, ακόμα και σε αυτούς που έχουν ελάχιστες γνώσεις για την λειτουργία του διαδικτύου, να αναζητήσουν προσβάσιμες υπηρεσίες, δίκτυα και παρόχους που βρίσκονται στην γεωγραφική τους θέση και να διεξάγουν αυτοματοποιημένες διαπραγματεύσεις με τους παρόχους. Η διαδικασία διαπραγμάτευσης μπορεί να διεξαχθεί είτε άμεσα με κάθε πάροχο που ανιχνεύεται στην γεωγραφική θέση του χρήστη, είτε μέσω ενός μεσολαβητή υπηρεσιών. Μέσω αυτού του πλαισίου οι πάροχοι μπορούν να δεχθούν αιτήματα από νέους πελάτες χωρίς να έχουν ένα προκαθορισμένο συμβόλαιο με αυτούς. Ένα εξίσου σημαντικό ζήτημα σχετικά με την παροχή υπηρεσίας στους τελικούς χρήστες είναι η συνεργασία μεταξύ των παρόχων. Με τον όρο πάροχος αναφερόμαστε και στους παρόχους δικτυακής πρόσβασης (Internet Access Providers - IAPs) και στους παρόχους υπηρεσιών διαδικτύου (Internet Service Providers - ISPs). Οι IAPs παρέχουν μια απλή σύνδεση με το διαδίκτυο, όπως για παράδειγμα μια καφετέρια με την χρήση ενός WiFi. Οι ISPs προσφέρουν επιπλέον υπηρεσίες διαδικτύου όπως βίντεο κατά απαίτηση (Video on Demand - VoD), τηλεφωνίας πάνω από IP (Voice over IP – VoIP) κ.α. Οι IAP είναι συνδεδεμένοι αποκλειστικά με έναν ISP στην υπάρχουσα δομή του δικτύου πρόσβασης και περιορίζονται από ένα στατικό συμβόλαιο παροχής υπηρεσιών (Service Level Agreement - SLA) με τον ίδιο τρόπο που περιορίζονται και οι τελικοί χρήστες. Το προτεινόμενο πλαίσιο διαπραγμάτευσης παρέχει την απαραίτητη υποδομή για την συνεργασία μεταξύ των IAPs και των ISPs ώστε να παρέχουν αυτήν την διαφάνεια στον τελικό χρήστη. Επιπλέον το πλαίσιο περιλαμβάνει έναν μεσολαβητή (Internet Service Request Broker – ISRB) που σχεδιάστηκε έτσι ώστε να ενορχηστρώσει την συνεργασία και την διαπραγμάτευση μεταξύ των ISPs, δεδομένου ότι αυτή η συνεργασία απαιτεί ειδικό χειρισμό λόγο των απόρρητων πληροφοριών που διαχειρίζονται οι ISPs. Ο ISRB χρησιμοποιείται για να εντοπίσει και να προτείνει εναλλακτικές προς την κατεύθυνση της συνεργασία μεταξύ των ISPs. Χρησιμοποιεί πληροφορίες που οι ISPs είναι πρόθυμοι να μοιραστούν σχετικά με την τοπολογία διασύνδεσης τους, τους δικτυακούς πόρους που διαθέτουν και τις υπηρεσίες που φιλοξενούν. Στην κατεύθυνση της επίλυσης σημαντικών προβλημάτων, προκειμένου να είναι εφικτή η δυναμική απόκτηση υπηρεσίας από κινητούς χρήστες, σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε ένα γνωσιοκεντρικό πλαίσιο διαπραγματεύσεων που βασίζεται: 1. σε μια βαθμωτή αρχιτεκτονική που διαχωρίζει τις βασικές έννοιες των ηλεκτρονικών διαπραγματεύσεων που είναι: το πρωτόκολλο επικοινωνίας, το πρωτόκολλο διαπραγμάτευσης, η στρατηγική και οι προτιμήσεις του χρήστη. 2. στην μοντελοποίηση με την χρήση σημασιολογικού προσδιορισμού που παρέχει μια ευδιάκριτη και κατανοητή περιγραφή της περιοχής των η-Διαπραγματεύσεων. 3. στις ανοιχτές διεπαφές επικοινωνίας που βασίζονται στις υπηρεσίες ιστού (Web Services) 4. στον δηλωτικό λογικό προγραμματισμό που συνδυάζεται με τον λογικό συμπερασμό για να προσδώσει ευελιξία στην δημιουργία και διαχείριση των πρακτόρων διαπραγμάτευσης. Με βάση τα παραπάνω για το διαπραγματευτικό πλαίσιο παρουσιάζεται μια πρωτότυπη προσέγγιση για τον προσδιορισμό και την εκτέλεση του πρωτοκόλλου διαπραγμάτευσης σε συνδυασμό με την στρατηγική και τις προτιμήσεις του χρήστη. Ο σχεδιασμός και η λειτουργία του συστήματος διαπραγμάτευσης βασίζεται στον συνδυασμό του πρόσθιου με τον οπίσθια κινούμενο συμπερασματικό λογισμό (forward and backward reasoning). Το ευέλικτο πλαίσιο διαπραγμάτευσης και επικοινωνίας που υλοποιήθηκε επιτρέπει τις αυτοματοποιημένες διαπραγματεύσεις μεταξύ όλων των συμμετεχόντων στην διαδικασία απόκτησης υπηρεσίας πρόσβασης. Επιπλέον περιγράφεται μια πρότυπη υλοποίηση του πλαισίου δυναμικής απόκτησης υπηρεσίας πρόσβασης που βασίζεται στο προτεινόμενο πλαίσιο η-Διαπραγματεύσεων. Το πρωτότυπο αυτό σύστημα χρησιμοποιήθηκε για την διενέργεια μετρήσεων, σε πραγματικές συνθήκες, του χρόνου που απαιτείται για την ολοκλήρωση των διαπραγματεύσεων και την απόκτηση της υπηρεσίας πρόσβασης. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται και αναλύονται αποδεικνύουν την δυνατότητα εφαρμογής του προτεινόμενου πλαισίου απόκτησης υπηρεσίας και τα πλεονεκτήματα του σε σχέση με υπάρχουσες λύσεις.