Modellierung der Bewegung und des Verhaltens von Dienstnutzern in mobilen Ad-hoc-Netzen

1. Modellierung der Bewegung und des Verhaltens von Dienstnutzern in mobilen Ad-hoc-Netzen Diplomarbeit von Tobias Breyer Betreuer: Dipl.-Inf. Michael Klein Dipl.-Inf. Philipp Obreiter

2. Überblick • Einführung • Technische Grundlagen • Problem • Lösungsansatz • Aktivitätsbasiertes Modell • Bewegungsmodell • Dienstnutzungsmodell • Evaluation • Fazit & Ausblick

3. Einführung • Mobile Ad-hoc-Netze • Drahtlose Peer-to-Peer-Netze • Inhärente Bewegung • Spontane Mitgliedschaft • Overlay-Netze • Verringern semantische Lücke Netz – Benutzer • Zusatzfunktionen, z. B. Suche • Anwendungsnahe Weiterleitungsmechanismen • Optimierbar durch Anwendungswissen • Dienstorientierte Ad-hoc-Netze • Teilnehmer sowohl Dienstgeber als auch –nehmer • Verwaltung durch Overlay-Mechanismen

4. Weshalb Benutzermodellierung? • Problem • Nur wenige existierende mobile Ad-hoc-Netze • Lösung • Simulation und Emulation der Systemkomponenten • Modellierung der Benutzer: Bewegung + Netznutzung • Bisherige Ansätze • Bewegungsmodelle • Beschreiben Bewegungsmuster der Benutzer • Verhaltensmodelle • Beschreiben Verwendung von Netzressourcen (Traffic)

5. Probleme bisheriger Ansätze • Analytische Bewegungsmodelle • Bewegung und Verhalten wird nicht ursächlich erklärt • Als globale Modelle in Ad-hoc-Netzen ungeeignet • Unrealistische Bewegungsmuster • Abhängigkeiten zwischen Bewegung und Dienstnutzung außer Acht gelassen • Modelle getrennt betrachtet • Lösung • Integrierter Ansatz • Bewegung und Dienstnutzung lassen sich aus einem gemeinsamen Modell ableiten

6. Zuhause Arbeitsplatz Restaurant Aktivitätsbasierte Modelle • Verfahren aus der Verkehrsplanung • Bestimme mögliche Aktivitäten der Verkehrsteilnehmer • Bestimme Orte, Zeiten und Reihenfolge der Aktivitäten • Bestimme Routen zwischen Aktivitäten • Ergebnis: Verkehrsaufkommen auf Straßen 8 Uhr Freizeit Zuhause 9 Uhr Arbeit Arbeitsplatz 13 Uhr Mittagessen Restaurant 14 Uhr Arbeit Arbeitsplatz 18 Uhr Freizeit Zuhause

7. Aktivitätsmodell dieser Arbeit • Universitäts-Campus • Aktivitäten • Vorlesungs-, Seminarbesuch, Buchleihe, Mensabesuch • Zeiten und Orte • Vorlesungsverzeichnis • Umfrage unter Studierenden • Routen • Wegenetz auf dem Campus

8. Aktivitätsplanung • Bildet die Planung des Tagesablaufs der Dienstnutzer nach • Aktivitäten • Regelmäßige (Vorlesung) • feste Orte und Zeiten • Freie (Buchleihe) • Menge alternativer Orte • Zeit in Grenzen frei (Öffnungszeiten) • Dauer unterschiedlich, durch Verteilung modellierbar

9. Aktivitätsplanung • Menschen ordnen Aktivitäten nach ihrer Wichtigkeit • Wichtige Aktivitäten zuerst planen • Beispiel: • Pflichtveranstaltungen • Vorlesungen • Buchleihe • (Hiwi-)Job Mi Do Fr Mo Di

10. Integriertes Verhaltensmodell • Bewegung und Dienstnutzung aus Aktivitäten ableitbar • Bewegung • Durch Abfolge der Aktivitätsorte • An Aktivitätsorten passend zur Aktivität • Dienstnutzung ist abhängig von Situation • Aktivität • beschreibt allgemeine Situation von Dienstnutzern • Interaktionsfähigkeit von Dienstnutzern • Können/Wollen Dienstnutzer gerade Dienste nutzen?

11. Bewegung im Campus-Szenario Vorlesungsbesuch beschränkte Bewegung, bis zu 90min Ruhephase Imbiss in der Cafeteria Freiere Bewegung Abfolge der Aktivitäten erzeugt Bewegung auf Pfaden des Wegenetzes Während Aktivitäten typische Bewegungsmuster

12. Bewegungsmodell • Zwischen Aktivitätsorten • Graphbasierte Bewegung • Wegenetz als Graph • Teilnehmer bewegen sich nur auf den Kanten • An Aktivitätsorten • Analytische Bewegungsmodelle • Lokal ausreichende Genauigkeit • Begrenzt durch Ausdehnung der Aktivitätsorte

13. Dienste in Ad-hoc-Netzen • Dienste sind vielfältig • Dienstkategorien • Informationsdienste • Kooperationsdienste • Interaktive Dienste • Diensttypen • Entfernt • Lokal: Overlayfunktionen stellen sich als Dienste dar • Unterschiedliche Nutzungsintensität • Je nach Vorlieben • Je nach Interaktionsfähigkeit

14. Situationsabhängigkeit • Dienstnutzung ist situationsabhängig • Von Aktivität • Nutzwert eines Dienstes bei einer Aktivität • Vorlesungsbesuch: Informationsdienste • Prüfungsvorbereitung: Kooperationsdienste • Von Interaktionsfähigkeit • Nutzbarkeit • Chatten während des Gehens zu komplex • Bedeutung digitaler Interaktion • In der Gruppe lieber persönliches Gespräch

15. Abhängigkeiten zwischen Diensten • Abhängigkeiten entstehen durch • Gebrauchsreihenfolge • Druckdienst • Dokument laden, dann drucken • technische Vorbedingungen • Suchfunktion / Suchdienst • Dienst suchen, dann nutzen

16. Dienstnutzungsmodell • Bildet netzrelevantes Verhalten nach • Immer dann, wenn geänderte Situation vorliegt • Bestimme, welche Dienste in gegebener Situation sinnvoll sind • Bestimme Abhängigkeiten unter diesen Diensten • Bestimme erforderliche Planungsreihenfolge • Plane Dienste mit Hilfe ihrer typischen Nutzungsverteilung 2. 3. 1. Suchdienst Informationsdienst Druckdienst Aktivitätszeit Vorlesungsmaterialien Übungsblätter

17. Implementierung • Metaprotokollstapel im Netzsimulator DIANEmu • Integrierte Visualisierung • Schichtenorientierung Benutzerschicht: Verbindung von Netz- und Verhaltenssimulation Aktivitätsschicht: Aktivitätsplanung und Durchführung von Aktivitäten Ausführungsschicht: Durchführung von Bewegung und Dienstnutzung Bewegung Situationsmgm. Dienstnutzung Umweltmodell: Aktivitätsorte, Wegenetz

18. Vorführung

19. Simulationsdaten • Modell benötigt Kalibrationsdaten • Aktivitäten • Regelmäßige: aus Vorlesungsverzeichnis 2. Semester • Freie • Umfrage: rund 80 Studierende im 2. Semester • Angaben über Dauer und Häufigkeit ihrer Aktivitäten • Dienstnutzung • Umfrage • Angaben über sinnvolle Dienste in versch. Situationen

20. Evaluation der Bewegung • Wie gut passen die Bewegungsmuster zum Szenario? • Konkurrenz • Analytische Bewegungsmodelle • Ruhephasen angepasst an Vorlesungsrhythmus • Graphbasiertes Random-Waypoint-Modell • Kein Vorwissen, nur Beschränkung durch Umweltmodell • Benutzer wählen sich zufällige Zielpunkte aus dem Graphen • Ruhephasen an Zielpunkten entsprechend Vorlesungsrhythmus • Referenz • Bewegungsdaten aus Umfrage • Methode • Summe der Abstände zu den Referenzpositionen • Jedem simulierten Benutzer besten Referenzbenutzer zugeordnet

21. Ergebnis der Evaluation Diagonallänge/2 Gauß-Markov Standard-Random-Waypoint Graph-Random-Waypoint Aktivitätsmodell

22. Ergebnis der Evaluation • Gesamtfehler • 36% geringer gegenüber Modellen ohne Umweltmodell • 9% geringer gegenüber graphbasiertem Random-Waypoint • Sensitivität gegenüber Wochentag • Annahme gleichverteilter Wochentage • Keine Angabe über Wochentag in der Umfrage

23. Fazit • Aktivitätsbasierter Ansatz • Vorteile • Realitätstreue • Deskriptive Beschreibung der Modellentitäten • Abhängigkeiten Bewegung/Dienstnutzung möglich • Besonderheiten der Szenarien modellierbar • Nachteil • Daten über Aktivitäten im Szenario erforderlich

24. Ausblick • Ansätze zur Verbesserung des Aktivitätsmodells • Optimierte Aktivitätsfolgen • Menschen optimieren Entfernungen, Gesamtzeit • Zeitliche Vorbedingungen • bevorzugte Zeiten für freie Aktivitäten • Mensabesuch möglichst immer vor 13 Uhr • Realitätsnahe Evaluation des DIANE-Projekts • Leistung semantischer Dienstsuche • Overlays: Service-Ringe, Service-Lanes • Vergleich mit trivialen Ansätzen (Flooding)

25. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen?