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Progetto IS-MANET: Jxta Middleware for Mobile Ad-Hoc Networks DIIT - Dip. di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni Universit di Catania (Italy)

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio2 Il nostro approccio Analisi e confronto critico tra sistemi peer-to-peer (P2P) e reti MANET: Varie differenze, ma anche punti in comune Idea di base: Perch non partire da un ambiente per il P2P computing e cercare di estenderlo per utilizzarlo in ambito di mobile P2P computing e quindi anche di MANET? Necessit di disporre di ambienti software dove poter sperimentare, confrontare prestazioni di algoritmi diversi, etc.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio3 MANET vs. P2P Similarities Decentralization Frequently changing topology (due to different reasons) In MANET, due to terminal mobility and limited radio coverage area In P2P systems, due to explicit log-on and log-off procedures of the user Naming schemes Routing issues

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio4 MANET vs. P2P Differences Connection reliability Mobile device limitations Reasons for creating a network MANET are created when no existing fixed network infrastructures are present and there is the need to communicate or cooperate P2P systems are created over existing fixed network to allow users to exchange data Resource discovery In P2P it is an application issue In MANET it is primarily a network issue

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio5 Il nostro approccio Expeerience E un middleware costruito a partire da un ambiente P2P molto diffuso (JXTA) e adattato alle caratteristiche MANET

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio6 JXTA Network NAT HTTP TCP/IP PHYSICAL NETWORK PEER peerID JXTA VIRTUAL NETWORK Crea un network virtuale al di sopra della reale struttura fisica delle reti e permette ai peer di interagire direttamente e di auto-organizzarsi in maniera indipendente. Set di protocolli per la creazione di una piattaforma che renda possibile la gestione di unarchitettura peer-to-peer.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio7 Larchitettura JXTA Architettura a tre livelli dellambiente Jxta Servizi indispensabili per il funzionamento dellambiente. Servizi che forniscono funzionalit aggiuntive, personalizzabili. Applicazioni che si basano sullambiente Jxta. SecurityPeer AdvertisementsPeer IDs Peer Groups Peer Monitoring Search Jxta Core Indexing Jxta Service Instant MessagingFile Sharing JXTA Application Resource Sharing Collaborative AppsAuctions Discovery Membership Peer Pipes

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio8 Expeerience Expeerience un middleware costruito a partire da JXTA Estende alcune delle funzionalit di JXTA (e ne aggiunge altre) per permettere di lavorare in ambienti MANET. Un prototipo gi stato implementato usando JXTA 1.x

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio9 Expeerience architecture User applications Expeerience middleware Extended JXTA The new DiscoveryService will deal with the highly dynamic features of the mobile ad hoc environment The new EndPoint Service will support multiple address Il Mobile Code Service allow dynamic code mobility among peers The new TcpTransport Service is responsible for managing intermittent connections on multiple addresses Engine: the entry point for the Expeerience platform DEVICEDEVICE

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio10 Expeerience: caratteristiche Gestione delle connessioni intermittenti Gestione delle interfacce di rete multiple Miglioramento del resource discovery Sviluppo di un Code mobility service

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio11 Multiple network interfaces and intermittent connectivity La struttura dellEndPoint di JXTA stata cambiata in modo da permettere la gestione dinamica delle interfacce multiple Il TCPTransport service stato modificato a basso livello per adattare il middleware alle caratteristiche dinamiche delle MANET

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio12 Resource discovery Anche il JXTA Discovery Service stato migliorato per soddisfare i requisiti delle MANET Il lifetime degli advertisement adesso configurabile a runtime

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio13 Code Mobility Un nuovo servizio Mobile Code Service stato aggiunto ai servizi di base Esso permette il download/upload di un servizio da/a un altro peer. Mantenimento dello stato (weak migration): diventa possibile lo sviluppo di applicazioni pi complesse e flessibili. Tutti i benefici della programmazione con codice mobile possono essere sfruttati negli ambienti MANET (mobile agent systems, etc)

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio14 Analisi critica Limiti Expeerience disponibile solo per dispositivi che supportano JXTA 1.x e J2SE (1.4.x) Lavori avviati per superare tali limiti Analisi di JXTA 2 Utilizzo di dispositivi mobili (PDA, etc) Analisi di progetti JXTA esistenti per dispositivi mobili (JXME) Primi risultati Creazione di un framework per lo sviluppo di applicazioni in reti Peer-to-Peer mobili compatibile con lambiente JXTA che non necessita di strutture centralizzate funzionante su periferiche con risorse limitate

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio15 JXME Jxta For MicroEdition Fornisce delle funzionalit compatibili con lambiente Jxta per le periferiche portatili caratterizzate da risorse limitate e che utilizzano J2ME CLDC JXTA RELAY peerID JXTA VIRTUAL NETWORK JXME VIRTUAL NETWORK Jxta Relay: peer speciale addetto alla gestione delle connessioni con i peer JXME.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio16 Funzionamento di JXME Il funzionamento delle periferiche si fonda sullutilizzo del JxtaRelay per qualsiasi tipo di operazione JxtaRelay Creazione Risorse Ricerca Risorse Invio Messaggi Ricezione Messaggi Dati del peer JXME Tutti i dati relativi al peer JXME vengono archiviati e gestiti dal JxtaRelay a cui il peer collegato

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio17 Limiti di JXME Il ruolo fondamentale svolto dal JXTA Relay nella rete JXME rappresenta una forte limitazione nella realizzazione di una struttura peer-to-peer pura JXTA NETWORK JXTA RELAY INATTIVO GUASTO AL RELAY JXTA NETWORK RETE JXME FUNZIONANTE RETE JXME ECLISSATA Nel caso di guasto al JxtaRelay le periferiche mobili ad esso connesse non sono in grado di comunicare tra loro anche se fisicamente contigue

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio18 Il nuovo Framework Struttura del nuovo framework, in grado di gestire reti peer-to-peer senza la necessit del JxtaRelay ma mantenendo la interoperabilit con JXTA. Virtual Messenger Gestione Advertisement Gestione Advertisement Gestione ID Gestione ID Gestione Peer Gestione Peer Gestione Gruppi Gestione Gruppi Ricerca Risorse Ricerca Risorse Core Gestione Pipes Gestione Pipes Service Instant Messaging Instant Messaging File Sharing File Sharing Application Java 2 MicroEdition CLDC La modularit del framework consente di modificare e sostituire tutti i servizi, compresi quelli del core, al fine di rendere in nostro ambiente adattabile a qualsiasi esigenza.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio19 Problematiche di sviluppo Definizione delle modalit di connessione dei peer, del livello di trasporto e dei messaggi per la comunicazione Identificazione univoca di un peer Identificazione univoca delle risorse allinterno della rete Organizzazione in gruppi dei peer Modalit di ricerca delle risorse allinterno della rete Creazione e distruzione delle risorse allintero della rete Modalit di routing in assenza di visibilit diretta delle periferiche interessate. Rispetto dei paradigmi delle reti MANet.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio20 Il Virtual Messenger Insieme di protocolli di trasporto e di servizi che si occupano di gestire le comunicazioni del peer con il resto della rete. Datagram: protocollo di trasporto che sfrutta il broadcast per comunicare con tutte le periferiche presenti nella rete. E utilizzato nel nostro framework in sostituzione del multicast, che non presente in J2ME CLDC Virtual Messenger EndpointService JxtaPropagate HTTP TCP DATAGRAM EndpointRouting

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio21 I servizi del Virtual Messenger Endpoint Service registrazione dei protocolli di trasporto invio dei messaggi in partenza ricezione e smistamento dei messaggi in arrivo ai vari servizi Jxta Propagate invio dei messaggi con la tecnica del flooding: per effettuare query e per propagare i messaggi nel gruppo Endpoint Routing gestione dellalgoritmo di routing necessario per rendere possibile la comunicazione tra peer non direttamente connessi. Virtual Messenger

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio22 I servizi del Core I servizi presenti nel core del nostro framework, e che sfruttano le potenzialit del Virtual Messenger, sono: Advertisement Service Resolver Service PeerGroup Service La modularit del nostro framework permette di modificare, sostituire o aggiungere i servizi in base alle necessit in cui si trova ad operare lutente.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio23 Advertisement Service Conversione da XML a Binario: necessaria per ottimizzare le risorse utilizzate per la memorizzazione dei dati; Conversione da Binario a XML: necessaria per poter garantire la compatibilit con JXTA; Creazione degli Advertisement; Inserimento degli Advertisement nel database locale; Eliminazione degli Advertisement scaduti. Si occupa di tutti gli aspetti per la gestione degli Advertisement Xml Advertisement Service BIN Database

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio24 Advertisement Service La conversione degli Advertisement da Xml a Binario comporta una rilevante riduzione delle risorse necessarie per la loro memorizzazione. PeerAdv- 64,2 % PipeAdv- 72,0 % GroupAdv- 71,8 % Totale- 70,0 %

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio25 Resolver Service Virtual Messenger RESOLVER SERVICE Discovery Service Virtual Messenger RESOLVER SERVICE Discovery Service QueryResponse Fornisce uno strumento base per la ricerca delle informazioni e si basa sullinvio e sulla ricezione di specifici messaggi, che racchiudono al loro interno un messaggio di richiesta o un messaggio di risposta, la cui sintassi definita dal servizio che lo utilizza. Il servizio progettato in maniera tale da costituire un punto di partenza per la definizione di servizi di ricerca pi sofisticati. Il Discovery Service si basa su questo servizio del core e fornisce le funzionalit per la ricerca delle risorse standard della rete Jxta.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio26 PeerGroup Service Attivazione e disattivazione di un servizio Attivazione dei protocolli di trasporto Creazione del peer utente Pubblicazione degli advertisement del gruppo base Nuovo gruppo : creazione, connessione e disconnessione Questo servizio rappresenta il punto centrale del nostro ambiente, in quanto mediante esso possibile attivare i servizi e i protocolli che si desidera che vengano utilizzati dal nostro peer.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio27 Applicazione di esempio Si scelta unapplicazione che esalti le caratteristiche di auto-organizzazione e di assenza di strutture centralizzate del nostro framework, creando un gioco di carte che sfrutta sia le potenzialit offerte dalla nostra architettura che le nuove librerie grafiche fornite dal Java 2 MicroEdition CLDC. Compatibile con Jxta standard. Sfrutta gli indirizzi Jxta per identificare i giocatori. Pi sessioni di gioco allinterno della stessa rete.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio28 Applicazione di esempio Peer Jxta PeerThree PeerFour PeerTwo PeerOn e PeerOne, PeerFour, PeerJxta aderiscono al tavolo virtuale. Viene creata una tabella con lordine di gioco e viene inviata a tutti i peer. Per linvio dei messaggi sfruttato il JxtaID superando la necessit di conoscere lindirizzo fisico dei peer. Sar lEndpointService a gestire il corretto invio dei messaggi. PeerThree crea sessione di gioco diramando un messaggio datagram. Players Peer Jxta JxtaID PeerOne JxtaID PeeTthree JxtaID PeerFour JxtaID Su tale tabella i peer si auto-organizzano per la sequenza di gioco.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio29 Valutazioni La parte grafica occupa pi di met dellapplicazione; Allinterno delle istruzioni concernenti la logica applicativa, quelle riguardanti in particolare la comunicazione tra le periferiche mediante il nostro framework non superano il 6%; Il framework occupa in totale 150 Kbyte, dimensione che permette lutilizzo anche con le periferiche dalle risorse pi limitate.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio30 Valutazioni La modularit consente al nostro ambiente di essere sempre in evoluzione e di essere modificato agevolmente da ogni singolo utente; Il nostro framework gestisce una rete Peer-to-Peer pura, per cui il vincolo di JXME, e cio la necessit di avere un JxtaRelay a cui collegarsi, stata superata, permettendo ai nostri peer di poter comunicare direttamente tra di loro; La nostra architettura utilizzabile su ogni periferica attualmente in commercio che sia in grado di supportare il Java 2 MicroEdition Connected, Limited Device Configuration; Questa architettura rappresenta una soluzione unica in questo momento, perch presenta degli aspetti innovativi rispetto allambiente JxME e soprattutto perch mantiene la totale compatibilit con lambiente Jxta.

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IS-MANET - BolognaO. Tomarchio31 Future work Test del framework su dispositivi J2ME enabled con configurazione CDC (uso di Personal Profile per dispositivi PDA (ex PersonalJava)) Routing Utilizzo di algoritmi di routing progettati per reti MANET ed analisi dei loro effetti a livello applicativo Discovery Utilizzo di algoritmi di discovery pi efficienti (quando eseguiti su MANET) Sicurezza Implementazione di meccanismi di sicurezza partendo sia da quelli offerti da JXTA che da altre soluzioni specifiche per MANET facenti uso di concetti quali trust e reputation