Adaptive Caching of Distributed Components

Die Zugriffslokalität referenzierter Daten ist eine wichtige Eigenschaft verteilter Anwendungen. Lokales Zwischenspeichern abgefragter entfernter Daten (Caching) wird vielfach bei der Entwicklung solcher Anwendungen eingesetzt, um diese Eigenschaft auszunutzen. Anschliessende Zugriffe auf diese Daten können so beschleunigt werden, indem sie aus dem lokalen Zwischenspeicher bedient werden. Gegenwärtige Middleware-Architekturen bieten dem Anwendungsprogrammierer jedoch kaum Unterstützung für diesen nicht-funktionalen Aspekt. Die vorliegende Arbeit versucht deshalb, Caching als separaten, konfigurierbaren Middleware-Dienst auszulagern. Durch die Einbindung in den Softwareentwicklungsprozess wird die frühzeitige Modellierung und spätere Wiederverwendung caching-spezifischer Metadaten gewährleistet. Zur Laufzeit kann sich das entwickelte System außerdem bezüglich der Cachebarkeit von Daten adaptiv an geändertes Nutzungsverhalten anpassen.Locality of reference is an important property of distributed applications. Caching is typically employed during the development of such applications to exploit this property by locally storing queried data: Subsequent accesses can be accelerated by serving their results immediately form the local store. Current middleware architectures however hardly support this non-functional aspect. The thesis at hand thus tries outsource caching as a separate, configurable middleware service. Integration into the software development lifecycle provides for early capturing, modeling, and later reuse of cachingrelated metadata. At runtime, the implemented system can adapt to caching access characteristics with respect to data cacheability properties, thus healing misconfigurations and optimizing itself to an appropriate configuration. Speculative prefetching of data probably queried in the immediate future complements the presented approach

Efficient Content-based Routing, Mobility-aware Topologies, and Temporal Subspace Matching

Event-based systems are seen as good candidates for supporting distributed applications in dynamic and ubiquitous environments because they support decoupled and asynchronous many-to-many information dissemination. Event systems are widely used, because asynchronous messaging provides a flexible alternative to RPC (Remote Procedure Call). They are typically implemented using an overlay network of routers. A content-based router forwards event messages based on filters that are installed by subscribers and other routers. The filters are organized into a routing table in order to forward incoming events to proper subscribers and neighbouring routers. This thesis addresses the optimization of content-based routing tables organized using the covering relation and presents novel data structures and configurations for improving local and distributed operation. Data structures are needed for organizing filters into a routing table that supports efficient matching and runtime operation. We present novel results on dynamic filter merging and the integration of filter merging with content-based routing tables. In addition, the thesis examines the cost of client mobility using different protocols and routing topologies. We also present a new matching technique called temporal subspace matching. The technique combines two new features. The first feature, temporal operation, supports notifications, or content profiles, that persist in time. The second feature, subspace matching, allows more expressive semantics, because notifications may contain intervals and be defined as subspaces of the content space. We also present an application of temporal subspace matching pertaining to metadata-based continuous collection and object tracking.Tapahtumapohjaiset järjestelmät nähdään hyvänä tapana tukea ja kehittää hajautettuja sovelluksia dynaamisissa ympäristöissä. Nämä järjestelmät tukevat asynkronista viestien välitystä. Tapahtumapohjaisia järjestelmiä käytetään, koska asynkroninen viestintä mahdollistaa etäproseduurikutsuja vapaammat sidokset sovellusten välille. Tapahtumapohjaiset järjestelmät toteutetaan tyypillisesti ns. "overlay" verkkoina sovelluskerroksella. Sisältöpohjainen reititin välittää tapahtumaviestejä tilaajien asettamien suotimien (eng. filter) perusteella. Tiedon tilaajat ja tuottajat kytketään suotimien avulla niin että tuottajien tuottamat tapahtumat välittyvät aktiivisille tilaajille. Suodin valikoi viestivirrasta halutut viestit erityisten sääntöjen avulla. Suotimet järjestetään reititystauluksi, jonka perusteella päätetään kenelle reititin ohjaa viestejä. Väitöskirja käsittelee suodinpohjaisten reititystaulujen optimointia ja esittää uusia tietorakenteita ja konfiguraatioita paikalliseen sekä hajautettuun toimintaan. Työssä esitetään yleinen formaali suotimien yhdistämismalli, joka integroidaan esitettyjen tietorakenteiden kanssa. Lisäksi työssä tutkitaan liikkuvien tilaajien ja tuottajien aiheuttamia kustannuksia. Työssä esitetään myös uusi tekniikka aikaan kytketyn tiedon välitykseen. Tekniikka yhdistää kaksi uutta piirrettä. Ensimmäinen piirre on temporaalinen toiminta, jossa välitettävä tieto on määritetty olemaan voimassa tietyn ajanjakson. Toinen ominaisuus mahdollistaa sekä kyselyiden että datan, johon kyselyt kohdistuvat, määrittelyn moniulotteisten suotimien avulla. Työssä esitetään tekniikasta esimerkkisovellus, joka käsittelee joukkojen ja olioiden seurantaa

Content Recommendation Through Linked Data

Nowadays, people can easily obtain a huge amount of information from the Web, but often they have no criteria to discern it. This issue is known as information overload. Recommender systems are software tools to suggest interesting items to users and can help them to deal with a vast amount of information. Linked Data is a set of best practices to publish data on the Web, and it is the basis of the Web of Data, an interconnected global dataspace. This thesis discusses how to discover information useful for the user from the vast amount of structured data, and notably Linked Data available on the Web. The work addresses this issue by considering three research questions: how to exploit existing relationships between resources published on the Web to provide recommendations to users; how to represent the user and his context to generate better recommendations for the current situation; and how to effectively visualize the recommended resources and their relationships. To address the first question, the thesis proposes a new algorithm based on Linked Data which exploits existing relationships between resources to recommend related resources. The algorithm was integrated into a framework to deploy and evaluate Linked Data based recommendation algorithms. In fact, a related problem is how to compare them and how to evaluate their performance when applied to a given dataset. The user evaluation showed that our algorithm improves the rate of new recommendations, while maintaining a satisfying prediction accuracy. To represent the user and their context, this thesis presents the Recommender System Context ontology, which is exploited in a new context-aware approach that can be used with existing recommendation algorithms. The evaluation showed that this method can significantly improve the prediction accuracy. As regards the problem of effectively visualizing the recommended resources and their relationships, this thesis proposes a visualization framework for DBpedia (the Linked Data version of Wikipedia) and mobile devices, which is designed to be extended to other datasets. In summary, this thesis shows how it is possible to exploit structured data available on the Web to recommend useful resources to users. Linked Data were successfully exploited in recommender systems. Various proposed approaches were implemented and applied to use cases of Telecom Italia

Schutz der Privatsphäre in kontext- und ortsbezogenen Diensten

Mit der immensen Verbreitung von Smartphones als leistungsstarke, mobile Endgeräte nimmt auch die Nutzung kontext- und insbesondere ortsbezogener Dienste stetig zu. Derartige Anwendungen vereinfachen die Interaktion mit dem eigenen Endgerät oder externen Systemen, ermöglichen neuartige Nutzungserlebnisse und innovative Dienste, die auf den aktuellen Nutzungskontext zugeschnitten sind. Bei einem Großteil der hierfür an Dritte kommunizierten Informationen handelt es sich jedoch um persönliche Daten, deren unkontrollierte Herausgabe aus Sicht der Privatsphäre problematisch erscheint. In der vorliegenden Arbeit werden drei unterschiedliche Möglichkeiten zum Datenschutz von Kontextinformationen vorgestellt. Allen Verfahren ist gemein, dass sie im Gegensatz zu vielen bestehenden Systemen ohne die Existenz einer als vertrauenswürdig deklarierten dritten Partei auskommen. Stattdessen wird jeweils eine rein clientseitige Durchsetzung von Privatsphärepräferenzen angestrebt, wodurch eine personalisierte Dienstnutzung ermöglicht und die Gefahr eines zentralen Datenlecks vermieden wird. Der erste Ansatz beschäftigt sich damit, dem Benutzer ein effektives, allgemeingültiges Werkzeug zur feingranularen, situations- und rezipientenabhängigen Verwaltung von Kontextinformationen zur Verfügung zu stellen. Es wird ein Ontologie-basiertes Kontextmodell entwickelt, auf dessen Grundlage die Definition und konsistente Durchsetzung situationsabhängiger Freigaberegeln möglich ist. Zudem wird eine vollständige Systemarchitektur zur Kontextverwaltung sowie deren Integration in ein mobiles Betriebssystem beschrieben. Der zweite Ansatz ermöglicht die privatsphäreschonende Umsetzung der verkehrsadaptiven Online-Routenplanung. Unter Verwendung standardmäßig zur Verfügung stehender Dienstschnittstellen wird dafür gesorgt, dass keine externe Komponente den exakten Start- und Zielpunkt einer Routenanfrage in Erfahrung bringen kann. Anhand einer umfangreichen Evaluation werden der Trade-Off zwischen Privatsphäre, Kommunikationsaufwand und Dienstqualität untersucht und verschiedene Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt. Als drittes wird ein umfassendes Konzept zur Herstellung von Standortanonymität vorgestellt, das sich generisch für die privatsphärekonforme Positionsfreigabe in unterschiedlichen Ausprägungen ortsbezogener Dienste eignet. Hierfür werden die topologiebasierte Erstellung k-anonymer Verschleierungszonen sowie verschiedene Freigabestrategien entwickelt, die auch die zeitliche Korrelation aufeinanderfolgender Ortsangaben berücksichtigen. Dies ermöglicht den effektiven Schutz persönlicher Daten selbst bei kontinuierlichen Positionsupdates gegenüber einem Angreifer mit umfangreichem Kartenwissen.With the widespread prevalence of smartphones as powerful ultra-mobile devices, also the usage of context-aware applications and location-based services continually grows. Such applications improve the way a user interacts with his own device and external systems. Furthermore, they enable previously unknown user experiences and offer innovative services tailored to the user's current situation. The majority of context information that has to be communicated to external parties in order to use such services, however, is considered personal data. From a privacy oriented perspective, the release of this kind of information hence has to be controlled and leakage must be prevented. This work presents three different means for protecting a user's context information. In contrast to many existing approaches, each of the proposed systems has been designed to operate without the existence of an omniscient, trusted third party acting as an anonymizer. Instead, enforcement of a user's privacy preferences is executed locally on the user's device, which allows for personalized services and avoids the perils of a central privacy bottleneck. The first approach proposes an effective and generally applicable tool allowing the user to manage his context information in a fine-grained, context-aware and recipient-dependent way. To this end, a new ontology-based context model will be developed, which forms the foundation for the definition and assertion of situation-dependent access control rules set up by the user. Additionally, the overall system architecture as well as its integration into a modern mobile operating system will be described. The second approach presents a client-side implementation for using traffic-adaptive online route planning services in a privacy-preserving manner. Only using the unmodified standard query interfaces of existing services, the system assures that no external party is able to learn the exact endpoints of the user's route request. By means of empirical evaluation on the actual road network, the trade off between privacy, communication overhead, and quality of service will be analyzed. Also, different optimizations will be discusssed. Thirdly, a holistic concept for continuously protecting a user's location privacy will be presented, which is generally applicable to the release of location information and all different kinds of location-based services. A topology-aware creation of k-anonymous cloaking regions will be developed as well as different strategies for the release of location information, which also take into account the spatiotemporal correlation of successive location updates. These allow for an effective protection of a user's location privacy even for continuous location updates and in face of a strong attacker with extensive map knowledge