Dezentralisiertes Quality-of-Service Monitoring

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1 Dezentralisiertes Quality-of-Service Monitoring Mai 2013 netidee Zwischenbericht Dieses Dokument informiert über den aktuellen Stand des Netidee 2012 Projektes Dezentralisiertes Quality-of-Service Monitoring.

2 Dezentralisiertes Quality-of-Service Monitoring NETIDEE ZWISCHENBERICHT PROJEKTBESCHREIBUNG Schlechte Quality-of-Service im Internet, wie zu geringe Down-/Upload Geschwindigkeit, können verschiedene Ursachen haben: Probleme am eigenen PC, Netzwerkprobleme/ Qualität des eigenen (W)LANs, Provider Traffic, Server Traffic, etc. Mögliche Ursachen können besser eingegrenzt werden, wenn die Teilnehmer eines Netzwerks Informationen über ihre Verbindungsqualität untereinander teilen. Wir entwickeln Methoden, wie man wichtige QoS-Metriken, wie Down/Upload Speed, Antwortzeit, etc., in aggregierter anonymisierter Form für definierte Usergruppen (z.b. gleiche Region, gleicher Vertrag, etc.) in einem Netzwerk lokal berechnen kann. Unsere Idee basiert auf der Verwendung Epidemischer Algorithmen, ist dezentral sowie ausfallsicher, und sichert auch den Datenschutz. Sowohl Internet User als auch ISPs profitieren von diesem System. Wichtige Vorteile dieser Algorithmen sind unter anderem (i) Dezentralisierung (kein single-point-of-failure ), (ii) Datenverteilung mit Redundanz, (iii) Fehlertoleranz, sowie (iv) Robustheit gegenüber Ausfällen. Auf den folgenden Seiten folgt nun ein Bericht über den aktuellen Projektstatus der einzelnen Workpackages, sowie eine Zusammenfassung der bisher erreichten Milestontes. Eine Kurzversion der einzelnen Workpackages des original Workplans ist im Anhang zu finden. Page 2

3 AKTUELLER PROJEKTSTATUS WP1 Grundlage und Konzeption: Aufarbeitung bereits existierender epidemischer Algorithmen zum Informationsaustausch in dezentralen und verteilten Systemen STATUS: 80% abgeschlossen: ABGESCHLOSSEN: Die Aufarbeitung bereits existierender epidemischer Algorithmen wurde abgeschlossen, und grundlegende Eigenschaften verschiedener Algorithmen wurden analysiert und evaluiert. Als interessanteste Algorithmen wurden der Push-sum Algorithmus sowie der Push-pull Algorithmus ausgewählt. Gründe für die Auswahl waren neben der Effizienz und Korrektheit der Algorithmen auch deren Kompaktheit, sowie die Tatsache, dass beide Algorithmen sowohl Zyklus-basiert als auch Event-basiert verwendet werden können. Wie alle epidemischen Algorithmen, haben auch diese beiden Algorithmen eine komplett dezentralisiere Struktur und garantieren Datenschutz, da immer nur ein aktueller Schätzwert der lokalen/globalen Umgebung weitergegeben wird, jedoch niemals sensible Daten (z.b. der genaue Download-Speed oder andere QoS Metriken eines einzelnen Users). NOCH ABZUSCHLIESSEN: Eine genaue Dokumentation der untersuchten Algorithmen wird im Rahmen einer Bachelorarbeit im Frühling/Sommer 2013 verfasst. WP2 Implementierung: Implementierung, Analyse, und Evaluierung der in WP1 ausgewählten Algorithmen; Adaptierung der Algorithmen für das vorgegebene Problem; STATUS: 50% abgeschlossen: ABGESCHLOSSEN: Die beiden in WP1 ausgewählten epidemischen Algorithmen (Push-sum und Push-pull) wurden erfolgreich in verschiedenen Programmiersprachen implementiert. Die Implementierung in unterschiedlichen Programmiersprachen erlaubt einfache Einbindung in unterschiedliche Simulationssoftware, dient aber auch als Grundlage für die weitere Prototyp-Entwicklung. Darüber hinaus wurde mit der Entwicklung von Algorithmen begonnen, welche über die Berechnung eines einfachen Mittelwerts hinausgehen (Bsp: Berechnung verschiedener Statistiken wie Varianz, Standardabweichung, MSE,...). Dieser Task ist zurzeit noch in Bearbeitung. Ein weiterer Task der sich zurzeit im Work-in-progress Status befindet, ist die Erstellung einer prototypischen Implementierung außerhalb der Simulationssoftware. Dafür wird zurzeit im Rahmen einer Bachelorarbeit ein erster Prototyp mit fiktivem DL-Speed und statischer Topologie (ohne Ausfälle) entwickelt. NOCH ABZUSCHLIESSEN: Tw. Entwicklung von Algorithmen zur Berechnung verschiedener Statistiken; Messung des Einflusses wichtiger Faktoren wie Kommunikation, Overhead, Ausfallsicherheit, Konvergenz, usw.; Tw. Dokumentation; Tw. Prototyperstellung. WP3 Simulation und Evaluierung: Auswahl der Simulationsumgebung, Implementierung, Analyse und Evaluierung prototypischer Algorithmen. STATUS: 50% abgeschlossen: ABGESCHLOSSEN: Die Auswahl der Simulationsumgebung basierte auf einer Analyse aktueller Netzwerk-Simulations- Tools. Nach genauer Analyse fiel die Wahl auf zwei unterschiedliche Simulationsumgebungen, Peer Sim und Pastry. (i) Peer Sim ( ist eine simulierte P2P-Overlay-Netzwerk Software für strukturierte und unstrukturierte P2P-Netzwerk-Simulation. Peer Sim unterstützt - ebenso wie Push-sum und Push-pull (WP1) zwei verschiedene Simulations-Modi, Zyklus-basiert (cycle-based) und Ereignis-basiert (event-driven). Darüber hinaus ist Peer Sim frei verfügbar, open source, und erfordert im Gegensatz zu komplexen Simulationstools wie NS3 keine (monatelange) Einarbeitungsphase. Die prototypische Implementierung der Algorithmen aus WP2 in Peer Sim ist bereits Page 3

4 abgeschlossen. Sowohl Push-sum als auch Push-pull wurden erfolgreich in Peer-Sim implementiert. Darüber hinaus wurden erste detaillierte Simulationsläufe in Peer-Sim abgeschlossen, und erste Vergleiche zwischen Event-basierter und Zyklus-basierter Implementierung untersucht. (ii) Pastry bzw. FreePastry ( ist eine peer-to-peer Anwendung welche sowohl als Applikation als auch als Simulation verwendet werden kann. Dies erlaubt die Wiederverwendung von Code für Simulation und tatsächliche Prototyp-Anwendung. FreePastry arbeitet event-basiert und erlaubt eine sehr hohe Anzahl an Knoten (theoretisch sind 2^12 verschiedene Knoten adressierbar). Dieser Task ist zurzeit noch in Bearbeitung. NOCH ABZUSCHLIESSEN: detaillierte Analyse und Evaluierung der implementierten Algorithmen in der beiden ausgewählten Simulationsumgebungen; Dokumentation; Erstellung eines Benutzerhandbuchs; WP0 Phasenübergreifende Tätigkeiten: Öffentlichkeitsarbeit STATUS: 30% abgeschlossen: ABGESCHLOSSEN: Das Projekt wurde im Rahmen des NetIdee Kickoff Events am 22. November 2012 öffentlich präsentiert. Laufende Updates über den aktuellen Status sind auf der Projekt-Webseite zu finden. Dokumentierte Source-Codes von Push-sum und Push-pull sind tw. erstellt. Vorbereitungen für wissenschaftliche Publikationen laufen. Die Kontaktaufnahme zu potentiellen weiteren Sponsoren ist nach der Fertigstellung des ersten Prototyps geplant. NOCH ABZUSCHLIESSEN: Endbericht über das Projekt, komplette Sourcecodes, Download der Deliverables, Kontaktaufnahme zu potentiellen weiteren Sponsoren Page 4

5 ANHANG: REVIEW WORKPLAN 1 Dieses Projekt umfasst vier Workpackages ( WP ) bzw. Phasen, wobei WP0 der Präsentation des Projektes in der Öffentlichkeit dient. Die Abhängigkeiten von WP1 bis WP3 sind in Abbildung 1 mittels Pfeilen dargestellt. WP0 Öffentliche Präsentation WP1 WP2 WP3 M i l e s t o n e s M1: Analyse und Auswahl epidemischer Algorithmen als Starting points M2: Implementierung, Analyse und Evaluierung (unabhängig von Programmiersprache und Simulationsumgebung) M3: Auswahl Simulationsumgebung. Implementierung, Analyse und Evaluierung prototypischer Algorithmen darin ABBILDUNG 1 - ÜBERSICHT WORKPACKAGES UND MILESTONES KOMPAKTE BESCHREIBUNG DER WORKPACKAGES 2 : WP1 Grundlage und Konzeption: Aufarbeitung bereits existierender epidemischer Algorithmen zum Informationsaustausch in dezentralen und verteilten Systemen; Milestones: gründliche Analyse der grundlegenden Eigenschaften verschiedener Algorithmen; Auswahl von optimalen Algorithmen als Ausgangspunkte für WP2 Dokumentation: detaillierte Beschreibung der Algorithmen WP2 Implementierung: Implementierung, Analyse, und Evaluierung der in WP1 ausgewählten Algorithmen; Adaptierung der Algorithmen für das vorgegebene Problem; Milestones: Implementierung von Algorithmen welche über Berechnung eines einfachen Mittelwerts hinausgehen (Bsp: Berechnung verschiedener Statistiken wie Varianz, Standardabweichung, MSE,...); Messung des Einflusses wichtiger Faktoren wie Kommunikation, Overhead, Ausfallsicherheit, Konvergenz, usw. Dokumentation: detaillierte Beschreibung der implementierten Algorithmen 1 Dieser Workplan ist identisch mit dem Projektplan, welcher beim Projektstart erstellt wurde 2 Für die komplette Beschreibung der Workpackages sei auf den ursprünglichen Projektplan verwiesen Page 5

6 WP3 Simulation und Evaluierung: Auswahl der Simulationsumgebung, Implementierung, Analyse und Evaluierung prototypischer Algorithmen. Milestones: Auswahl der optimalen Simulationsumgebung basierend auf einer Analyse aktueller Netzwerk-Simulations- Tools; prototypische Implementierung der Algorithmen aus WP2 in Simulationsumgebung; detaillierte Analyse und Evaluierung der implementierten Algorithmen in der ausgewählten Simulationsumgebung Dokumentation: detaillierte Beschreibungen und Evaluierung der Simulationsumgebung, sowie aller darin implementierten Algorithmen; Erstellung eines Benutzerhandbuchs (um die Weiterverwendung des Projektes einfacher zu gestalten) WP0 Phasenübergreifende Tätigkeiten: Öffentlichkeitsarbeit für das Projekt (z.b. geeigneter Webauftritt mit Informationen zum Projekt und zum aktuellen Status, sowie öffentliche Präsentationen des Projektes (inkl. Download Möglichkeiten) Umfang der Workpackages (PM = Personenmonat für Andreas Janecek) WP0: 0.25 PM + Studentenmitarbeit + Projektleiter WP1: 1.00 PM + Projektleiter WP2: 1.25 PM + Studentenmitarbeit + Projektleiter WP3: 1.00 PM + Studentenmitarbeit + Projektleiter Finale Deliverables Alle Projektresultate und Dokumentationen werden auf der Webseite veröffentlicht. Sourcecodes 1: Die kompletten, dokumentierten Basisimplementierungen der Epidemischen Algorithmen aus WP2. Mit Hilfe dieser Sourcecodes können Interessierte die technische Seite unserer Lösung betrachten und eventuell auch weiterentwickeln, bzw. die Algorithmen in andere Simulationstools portieren Sourcecodes 2: Die kompletten, dokumentierten Codes aller Algorithmen in der ausgewählten Softwareumgebung, inklusive Benutzerhandbuch und Installationsbeschreibung. Hierdurch wird sicher gestellt, dass andere User möglichst problemlos unser Programm weiterverwenden bzw. weiterentwickeln können. Dokumentation der einzelnen Phasen (siehe WP1-WP3) Endbericht über das Projekt Darüber hinaus sind auch wissenschaftliche Publikationen zu dem Projekt angedacht Page 6

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