Adaptive Overlays in Peer-to-Peer Networks

Drei aktuelle Trends haben neue Perspektiven für die Recherche in Unternehmensdaten geschaffen: Eine Explosion lokal gespeicherter Daten, der Bedarf des Austausches dieser Daten in und zwischen einzelnen Unternehmen und ein zunehmender Kundenwunsch nach einer integrativen Suche in lokalen und entfernten Quellen. Alle drei Aspekte zusammen bewirken einen Marktwert für Dienste der Art 'Integrierte Suche'. Ein wesentlicher Teilaspekt eines unternehmensübergreifenden Suchdienstes ist die Auswahl relevanter Datenquellen, beispielsweise vernetzte Desktops im Unternehmen. Der Mehrwert dieses Dienstes entsteht in der effizienten und geschickten Auswahl von Quellen; der Dienst soll möglichst wenig Quellen anfragen und trotzdem möglichst alle relevanten Quellen finden. Aufgrund der Unübersehbarkeit und Dynamik der Daten sowie der Volatilität und Autonomie der Quellen ist die Entwicklung dieses Dienstes eine besondere Herausforderung für die Informatik. Die vorliegende Dissertation beschreibt einen solchen Dienst am Beispiel von Peer-to-Peer Netzwerken. Inspiriert durch Milgram's Untersuchungen der Small World Netzwerke entwickeln wir eine neue Routing Strategie für ein volatiles Netzwerk, in dem ein Peer eine Person repräsentiert. Aus den Interaktionen der Peers leiten wir zusätzliche Verbindungen im Netzwerk, sogenannte Shortcuts, ab, die jeder Peer lokal in einem Index speichert. Dadurch entsteht ein Overlay Netzwerk, welches eine für das effiziente Routing besonders hilfreiche Anordnung der Peers aufweist: Peers mit ähnlichen Interessen sind direkt miteinander vernetzt. Eine dynamische Kombination von themenspezifischen, vernetzungsabhängigen und zufälligen Routing Strategien entlang der Shortcuts ermöglicht die gezielte und effiziente Auswahl relevanter Quellen mit minimaler Belastung des Netzwerkes und ohne manuelle Unterstützung durch den Benutzer. Für die Verwaltung der lokalen Shortcut Indices entwickeln wir einen neue Indexstrategie. Diese erlaubt die gezielte Aktualisierung lokal gespeicherter Shortcuts und berücksichtigt sowohl Änderungen der Verfügbarkeit von Quellen als auch von Daten im Netzwerk. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unterstützen maßgeblich die Entwicklung eines integrierten Suchdienstes. Simulationen zeigen, dass, gegenüber vergleichbaren Ansätzen, der Recall für eine Anfrage deutlich erhöht und die Kosten für eine Anfrage drastisch gesenkt werden. Shortcut Overlay Netzwerke sind robust, sie tolerieren wechselnde Interessen sowie eine hohe Volatilität der Peers. Diese Eigenschaften, kombiniert mit der vollständig lokalen Erstellung, Auswahl und Verwaltung der Indices, machen Shortcut Overlay Netzwerke zu einer sehr vielversprechenden Alternative zu Flooding-basierten Ansätzen oder verteilten Hashtabellen.In research and business currently we notify three key trends: the explosion of unstructured data; the critical need to formally manage content; and internetworking and collaboration within and between enterprises. Peer-to-Peer information systems address the need to access content wherever it resides, to produce content while maintaining control over it, and to collaborate efficiently by sharing real-time data within a distributed network of stakeholders. Enterprises that are highly dependent on sharing real-time information across geographically spread knowledge workers are likely to benefit immediately from peer-to-peer information systems. This thesis focuses on the issue of determining a relevant peer in a completely decentralized and volatile setting without any static peers, such as necessitated by peer-to-peer information systems in virtual organizations. Example applications, such as the networked semantic desktop and legal music sharing, serve as rationale throughout the thesis. We discuss, which routing strategies exist, when they should be used, and -most importantly- how can we enhance their recall and lower their communication costs. The full autonomy of peers as well as the full control of their own resources preclude prominent resource location and query routing schemes, such as distributed hash tables. We propose a new resource location and a semantic query routing approach that exploits social metaphors of topical experts and experts' experts as well as semantic similarity of queries and information sources. The novel design principle of our approach lies in the dynamic adaptation of the network topology, driven by the history of successful or semantically similar queries. This is memorized by using bounded local shortcut indexes storing semantically labelled shortcuts and a dynamic shortcut selection strategy, which forwards queries to a community of peers that are likely to best answer queries. Our results support the development of a completely decentralized peer-to-peer information system significant. Extensive simulations show that the clustering of peers within semantic communities drastically improves the overall performance of our algorithm even in a highly volatile setting, while our index policy locally indices the 'right' peers, that provide resources to the core interests of a requesting peer. Shortcut overlays are robust; they tolerate interests shifts and high network volatility. These attractive properties, combined with the locality preserving design of the index management and peer selection algorithm, pose shortcut overlay networks as a very promising alternative to state of the art semantic routing approaches

Grid Computing und Peer-to-Peer Systeme. Seminar SS 2004

Im Sommersemester 2004 wurde im Seminar "Grid Computing und Peer-to-Peer Systeme" eine Reihe aktueller Themen aus den Grid Computing, Peer-to-Peer Systeme und Ad-Hoc Netzwerkem Gebieten angeboten. Jeder Teilnehmer wählte hieraus ein Thema, um darüber in der Form eines medial gestützten Vortrages zu referieren. Um allen Teilnehmern die Gelegenheit zu geben, aus diesem Seminar nachhaltig etwas mitzunehmen, fertigte jeder Vortragende eine allen zugängliche schriftliche Ausarbeitung an. Die Ausarbeitungen finden sich in leicht redigierter Fassung durch die Editoren im vorliegenden technischen Bericht wieder

Sicherheit und Privatsphäre in Online Sozialen Netzwerken

Online Soziale Netzwerke (OSNs) repräsentieren das vorherrschende Medium zur computergestützten Kommunikation und Verbreitung persönlicher, geschäftlicher oder auch wissenschaftlicher Inhalte. Eine Reihe von Vorkommnissen in der jüngsten Vergangenheit hat gezeigt, dass die Bereitstellung privater Informationen in OSNs mit erheblichen Risiken für die Sicherheit und den Schutz der Privatsphäre seiner Nutzer verbunden ist. Gleiches gilt für die Bereiche Wirtschaft und Wissenschaft. Ursächlich dafür ist die zentralisierte Verwaltung der Nutzer und ihrer publizierten Inhalte unter einer singulären administrativen Domäne. Mit Vegas präsentiert der erste Teil dieser Arbeit ein dezentrales OSN, das mit seiner restriktiven Sicherheitsarchitektur diesem Problem begegnet. Oberstes Ziel ist die technische Umsetzung des Rechts auf informationelle Selbstbestimmung. Dazu schränkt Vegas den Zugriff auf den sozialen Graphen und jeglichen Informationsaustausch auf die Nutzer des eigenen Egonetzwerks ein. Neben der Möglichkeit zur Kommunikation und der Bereitstellung persönlicher Informationen erlauben einige OSNs auch das Browsen des sozialen Graphen und die Suche nach Inhalten anderer Nutzer. Um auch in sicheren und die Privatsphäre schützenden OSNs wie Vegas vom akkumulierten Wissen des sozialen Graphen zu profitieren, beschäftigt sich der zweite Teil dieser Arbeit mit der Entwicklung und Analyse intelligenter Priorisierungsstrategien zur Weiterleitung von Suchanfragen innerhalb dezentraler OSNs. Im Kontext von OSNs werden neue Algorithmen und Protokolle zunächst simulativ evaluiert. Die Grundlage bildet in der Regel der Crawling-Datensatz eines OSNs. Offensichtlich ist das Crawling in sicheren und die Privatsphäre schützenden dezentralen OSNs wie Vegas nicht möglich. Um diesem Problem zu begegnen, beschäftigt sich der dritte Teil dieser Arbeit mit der Entwicklung eines generischen Modells zur künstlichen Erzeugung sozialer Interaktionsgraphen. Neben den strukturellen Besonderheiten zentralisierter und dezentraler Systeme wird erstmals auch das Interaktionsverhalten der Nutzer eines OSNs modelliert. Die Eignung des Modells wird auf der Grundlage gecrawlter sozialer Graphen evaluiert.Online Social Networks (OSNs) represent the dominating media for computer-aided communication and the distribution of personal, commercial, and scientific content. Recently a series of incidents has shown that, for its users, the provision of private information in an OSN can create considerable security and privacy risks. The same statement holds for the commercial and the scientific domain. The problem arises from a centralized organization of users and their published contents and its management through a single administrative domain. To overcome this problem, the first part of this thesis introduces Vegas, a decentralized OSN which is based on a highly restrictive security architecture. The major goal of Vegas is to provide a technical implementation of the right for informational self-determination. Therefore Vegas restricts access to the social graph and the exchange of information to users of the own ego-network. In addition to the possibility to communicate and to provide personal data, several OSNs allow for browsing the social graph and for searching content of other users. To benefit from the accumulated knowledge of the social graph in secure and privacy-preserving OSNs like Vegas, the second part of this thesis addresses the development and the analysis of intelligent prioritization strategies for query forwarding in decentralized OSNs. In context of OSNs, the evaluation of new algorithms and protocols takes place through simulation which is based on crawling data of an OSN. Obviously crawling secure and privacy-preserving OSNs like Vegas is not possible. Therefore the third part of this thesis presents a generic model to synthesize social interaction graphs. Besides structural characteristics of centralized and decentralized OSNs, the model also considers the interaction behavior of its users. Its applicability is evaluated on the basis of social graph crawling data

Analysis of current middleware used in peer-to-peer and grid implementations for enhancement by catallactic mechanisms

This deliverable describes the work done in task 3.1, Middleware analysis: Analysis of current middleware used in peer-to-peer and grid implementations for enhancement by catallactic mechanisms from work package 3, Middleware Implementation. The document is divided in four parts: The introduction with application scenarios and middleware requirements, Catnets middleware architecture, evaluation of existing middleware toolkits, and conclusions. -- Die Arbeit definiert Anforderungen an Grid und Peer-to-Peer Middleware Architekturen und analysiert diese auf ihre Eignung für die prototypische Umsetzung der Katallaxie. Eine Middleware-Architektur für die Umsetzung der Katallaxie in Application Layer Netzwerken wird vorgestellt.Grid Computing

Beitrag zur Selbstorganisation in der Intralogistik

In der Natur existieren viele dezentral organisierte Systeme. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist eine Insektenkolonie, bei dem jedes Insekt die ihm lokal verfügbaren Informationen für eine eigene Handlung oder für die Interaktion mit anderen Insekten verwendet. Gemeinsam arbeiten diese an komplexeren, globaleren Zielen der Kolonie. Es entsteht eine Emergenz auf Basis von einfacher Interaktion. Hieraus ergibt sich Frage, weshalb die Intralogistik und der darin enthaltene Materialfluss bisher nicht dezentral organisiert sind. Denn die immer komplexer werdenden materialflusstechnischen Abläufe benötigen neue Ansätze, damit sie idealerweise effizient gelöst werden können. Ein möglicher Ansatz hierfür ist eine Erhöhung der Autonomie der einzelnen Teilnehmer, die konsequente Dezentralisierung der Prozesse und insbesondere der Kommunikation. Somit muss neben der Interaktion der Teilnehmer auch die Kommunikation zwischen diesen auf der Organisationsebene betrachtet werden. In der vorliegenden Dissertation wird ein Konzept für einen selbstorganisierenden Materialfluss vorgestellt und umgesetzt. Grundlage hierfür ist eine konsequente Modularisierung, was zu einer Dezentralisierung eines monolithischen Systems führt. Dabei wird die Gesamtintelligenz des Systems aufgeteilt und auf seine Teilnehmer verteilt. Konkret bedeutet dies, dass der Materialfluss mithilfe einer domänenspezifische Sprache beschrieben und formalisiert wird. Aufbauend hierdrauf erfolgt eine Virtualisierung des Materialflusses, sodass eine eigenständige Entität entstehen kann, welche mit Fahrerlosen Transportfahrzeugen in Verhandlung tritt und sich über die zu leistenden Transportaufträge abstimmt. Gemeinsam verfolgen alle Teilnehmer das globale Ziel der (effizienteren) Abarbeitung von Transportaufträgen und tragen somit zur Selbstorganisation in der Intralogistik bei. Die eingeführte Selbstorganisation hat allerdings auch einen Einfluss auf die Kommunikation. Denn mit der Erhöhung der Autonomie, wie in der Natur zu beobachten, steigt der Bedarf zur Synchronisation der Teilnehmer und daher auch der Kommunikationsaufwand. Dies hat zur Folge, dass die Kommunikation mit der Anzahl an Teilnehmern skalieren muss. Hierfür wird die inhärente Fähigkeit zur Kommunikation der Teilnehmer ausgenutzt, um ein dezentral organisiertes Kommunikationsframework auf Basis einer nullbalancierten, vollständigen Baumstruktur zu entwickeln. Unter Verwendung eines quelloffenen Simulationsframeworks für Rechnernetze wird das dezentral organisierte Kommunikationsframework und seine Bestandsteile analytisch und simulativ ausgewertet. Anhand zweier Anwendungsfällen wird die Anwendbar- und Machbarkeit das Konzepts eines selbstorganisierenden Materialflüssen in der Intralogistik gezeigt und die aus der Interaktion der Teilnehmer entstandene Kommunikation unter Verwendung des dezentral organisierten Kommunikationsframeworks evaluiert

Cross-Layer-Optimierungen für WLAN-Mesh-Netzwerke

Gegenstand dieser Arbeit ist es, das Verhalten von IEEE-802.11s-Mesh-Netzwerken in der Praxis zu untersuchen und Strategien und Lösungen zu entwickeln, durch die einerseits die Administrierbarkeit und Skalierbarkeit komplexer Mesh-Backbones erhöht werden und andererseits verteilte Anwendungen die darunter liegende Netzwerkstruktur gezielt berücksichtigen können, um das vorhandene Datendurchsatzpotential effizient zu nutzen.The aim of this thesis is to investigate the practical behavior of IEEE 802.11s mesh networks and to develop strategies and solutions that, on the one hand, increase the scalability and manageability of complex mesh backbones and, on the other hand, enable distributed applications to explicitly consider the underlying network structure, allowing them to utilize the available network capacity efficiently

Netzwerkdienste für Massively Multiplayer Online Games

In dieser Arbeit präsentieren wir das Design und die Umsetzung von drei Netzwerkdiensten für Massively Multiplayer Online Games. Der erste Dienst stellt eine integrierte Sprachkommunikation für Online-Spiele dar. Dabei basiert das Design auf einer hybriden Architektur, die für das Aushandeln der Verbindungen einen zentralen Server verwendet, die Audiodaten jedoch von Peer zu Peer überträgt. Dieses Vorgehen ermöglicht es, die Verbindungen basierend auf Spielereignissen aufzubauen, ohne dabei zentrale Ressourcen für das Übertragen der Audioströme zu verbrauchen. Der zweite Dienst ist ein Ansatz für eine Overlay-Netzwerkstruktur. Das Hauptziel bei der Entwicklung war es, hohe Echtzeit- und Skalierbarkeitsanforderungen zu erfüllen. Daher wird ein unstrukturiertes Peer-to-Peer-Netzwerk mit einem dynamischen Verbindungschema verwendet. Der dritte Dienst kann für den Leistungsvergleich von Peer-to-Peer-Gaming-Overlays eingesetzt werden. Er beeinhaltet das Festlegen der Methodik, die Definition von Metriken, die Generierung von realistischer Last und die Implementierung einer vollständigen Evaluationsplattform

Hochdynamische logische Netzwerke als Infrastruktur mobiler Agentensysteme

Zur sinnvollen Planung ihre Route durch das Internet benötigen mobile Agenten aktuelle Dienstinformationen aus ihrer global verteilten Infrastruktur. Heutige Netzwerke sind allerdings durch die Verwendung von mobilen Endgeräten hochdynamisch geworden, daher skaliert die Frequenz und die Anzahl von nötigen Aktualisierungsnachrichten in globalen logischen Netzwerken nicht mit der Menge der möglichen Dienstangebote. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Verteilung, Aktualität und Skalierbarkeit von Dienstinformationen in einem globalen logischen Netzwerk unter Berücksichtigung der Zeitschranken, die von mobilen Endgeräten hervorgerufen werden. Die präsentierte Lösung besteht aus einer Architektur aus drei Infrastrukturdiensten, deren Referenzimplementierung das Infrastrukturdienst-Framework QuickLinkNet darstellt. Dieses baut ein transparentes, zweischichtiges logisches Netzwerk auf, welches als serviceorientierte Infrastruktur für mobile Agentensysteme dient, aber auch für andere verteilte Anwendungen in hochdynamischen Netzwerken verwendet werden kann.In so-called level 2 mobile agent systems, mobile agents are able to plan their route through that network themselves, based on relevant service descriptions and by using dedicated routing services. But today's networks are highly dynamic, since people use mobile devices, and very large in scale. Current infrastructure frameworks are not scaling with the potential number of service descriptions, cannot map the dynamics in the network, and have severe problems with the frequency and number of messages necessary to maintain such an infrastructure. The thesis presented in this paper focuses on exactly this problem of conflicting goals, trying to map scalability (quantity) and flexibility (dynamics) into a unified solution framework. Thereby, timing bounds caused by using mobile devices are the major focus of attention. This leads to a software architecture that comprises of three components. QuickLinkNet implements the achitecture and forms a framework of components, consists of QuickLink, Service-Juggler, and APPLICOOVER. The QuickLinkNet components establish a transparent, logical two-tiered network which can be used as a service-oriented infrastructure for mobile agent systems of level 2 and for other distributed applications in highly dynamic networks as well