Diffusione e condivisione delle informazioni nei sistemi distribuiti dinamici

1. Diffusione e condivisione delle informazioni nei sistemi distribuitidinamici Roberto Baldoni Middleware Laboratory Dipartimento di Informatica e Sistemistica “Antonio Ruberti” Università di Roma “La Sapienza” Email: baldoni@dis.uniroma1.it Url: http://www.dis.uniroma1.it/~baldoni/ MIDLAB Url: http://www.dis.uniroma1.it/~midlab/

2. Homeland security: Gestione dell’emergenza • Costruire una infrastruttura di comunicazione per le prime squadre di soccorso • Analisi delle informazioni raccolte sulla situazione di criticita’ • Scambio di informazioni e coordinamento tra enti di sicurezza diversi e disseminazione delle informazioni raccolte ai diversi livelli della catena decisionale • Analisi ed aggregazione di informazioni sullo stato dell’area per valutare l’impatto del problema, • Pianificare la gestione dell’emergenza, limitarne l’evoluzione

3. Information analysis Information collection Information sharing Information dissemination Homeland Security: Information Management • “Information collection”, la capacità di un sistema eterogeneo dinamico di recuperare e di immagazzinare informazioni in modo robusto (sicuro e dependable) provenienti dai suoi elementi di frontiera (sensori, videocamere etc) per una fase successiva di analisi. • “Information Analysis” l’obiettivo di questa fase e’ quello di fondere e filtrare le informazioni provenienti dagli elementi di frontiera del sistema in modo da portare solo informazione meaningful a decision makers. • “Information Sharing” la capacità di un sistema eterogeneo di condividere informazioni rapidamente ed in modo sicuro tra organizzazioni con caratteristiche diverse di funzionalità. • “Information Dissemination”. La capacità di un sistema di portare l’infomazione in modo rapido e sicuro verso le sue componenti più estreme.

4. Information analysis Information collection Information sharing Information dissemination Homeland Security: Information Management  alcuni fattori abilitanti • Interoperabilità dinamica • Comunicazione e coordinamento (locale e remoto) • Rapido dispiegamento • Seamless interoperation • Mobile ad-hoc networks (MANET) • Necessarie quando le infrastrutture elettriche e di comunicazione non sono utilizzabili • Situation Awarness • Localizzazione e tracking • Reti di Sensori • Accesso ai sensori locali in tempo reale Progetti su Homeland Security che focalizzano su interoperabilità: RESCUE (Univ. of California at Irvine), PA-UWNT (Drexel Univ.), DADI (Princeton Univ.), MARS (Univ. of Southern California)………

5. Sistemi Distribuiti Dinamici Caratteristiche: • Churn (processo continuo di arrivo/partenza di nodi) • Indipendenza e autonomia dei nodi • Comportamento Autonomico (minimizzare l’intervento umano nella configurazione e deployment del sistema) • Interazione con reti fisse Tecnologie: • Unstructured Peer-to-peer • Structured Peer-to-peer • Mobile ad-hoc networks • Reti di sensori E. Anceaume, M. Gradinariu, V. Gramoli, A. Virgillito P2P Architecture for Self-* Atomic Memory, Proceedings of the 8th International Symposium on Parallel Architectures, Algorithms and Networks (I-SPAN 2005), Las Vegas, Nevada, December 2005. R. Baldoni, S. Tucci Piergiovanni, A Peer-to-Peer Membership Notification Service, in Proceedings of the Third International Workshop on Databases, Information Systems and Peer-to-Peer Computing (DBISP2P05), Trondheim, Norway, August 2005. R. Baldoni, R. Jiménez-Peris, M. Patiño-Martinez, L. Querzoni, A. Virgillito, Dynamic Quorums for DHT-based P2P Networks, in Proceedings of the 4th IEEE International Symposium on Network Computing and Applications (IEEE NCA05), Cambridge, MA, USA, July 2005 R. Baldoni, A. Mian, S. Scipioni, S. Tucci Piergiovanni , Churn Resilience of Peer-to-Peer Group Membership: a Performance Analysis, International Workshop on Distributed Computing, India, 2005

6. Homeland Security: Interoperabilità Tecnologie Abilitanti (sincrona e asincrona): • Service Oriented Architecture (SOA) • Ken Birman (Cornell Univ.) “…US military is betting “enterprise services” could be the key to building global information grids linking troops, planners, intelligent databases and sensors…” CACM dicembre 2004 • Tecnologia modulare e “platform-agnostic” (talvolta viene confusa con web-services) evoluzione (non rivoluzione) delle tecnologie DOT • Tecnologia matura • Service description, Service advertisement, Service Discovery, Service Invocation • Service Composition & orchestration • es. recenti specifiche Sistema Pubblico di Connettività (www.cnipa.gov.it) • Ancora da raffinare problematiche di sicurezza, QoS e semantiche • Publish/Subscribe (Pub/Sub) • Tecnologia abilitante per la condivisione e diffusione delle informazioni • disaccoppiamento tra produttore e consumatore di informazioni in termini di spazio tempo e flusso • Tecnologia publish/subscribe topic-based matura (TIBCO ecc.) • Tecnologia Content-Based publish/subscribe ancora sperimentale

7. SOA: Tecnologie • Service Location Protocol (IETF) • orientato alla comunità internet • Universal Plug and Play (Microsoft) • orientato alle comunicazione in prossimità, Microsoft • Jini (Sun) • orientato a Ubiquitous computing • UDDI (IBM & Microsoft) • orientato a metodologie di business process • Semantic WEB (DAML) • Raggruppamento semantico dei servizi (da XML a OWL-S) • BPEL4WS (IBM, OASIS) • Orchestrazione e composizione di servizi R. Baldoni, M. Contenti, M. Mecella, A. Termini Supporting Inter-Administration Cooperation: The EU-PUBLI.com Approach, Proceedings of the 3rd International Conference on Electronic Government (eGov04) C. Marchetti, B. Pernici, P. Plebani A Quality Model for Multichannel Adaptive Information Systems, In Proceedings of the 13th International World Wide Web Conference (WWW04), NY, May 2004 R. Baldoni, C. Marchetti, M. Mecella, M. Scannapieco, A. Virgillito The DaQuinCIS Architecture: a Platform for Exchanging and Improving Data Quality in Cooperative Information Systems, Information Systems, 2005 R. Baldoni, M. Contenti, M. Mecella, A. Termini A Distributed Architecture for Supporting e-Government Cooperative Processes, TED Conference on e-Government (TCGOV 2005) Bozen-Bolzano, Italy

8. Mobile Ad-Hoc Networks (MANET) • Comunicazione meno affifabile rispetto ai sistemi fissi a causa dei cambi di topologia di rete dovuti al movimento • Disconnessione temporanee o permanenti di nodi o sottoreti • Risorse limitate: Banda, Energia, memoria ecc. • Unicast si paga a caro prezzo mentre il broadcast è conveniente • Nozione di prossimità delle informazioni • Stratificazione protocollare non più netta come nel caso delle reti fisse R. Beraldi On message delivery through approximate information in highly dynamic Mobile Ad Hoc Networks, The Seventh International Symposium on WIRELESS PERSONAL MULTIMEDIA COMMUNICATIONS Abano Terme, Italy 12-15 September 2004 R. Baldoni, R. Beraldi, L. Querzoni A Hint-Based Probabilistic Protocol for Unicast Communications in MANETs, in Proceedings of the International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS '05), Fukuoka, Japan, July 2005R. Baldoni, J. Hélary, S. Tucci Piergiovanni Group Communication in Ad-hoc Networks: a few Results and a Case Study in Proceedings of IEEE International Conference on Pervasive Services (ICPS05), Santorini, Greece, July 2005 R. Baldoni, R. Prakash Causality and the Spatial-Temporal Ordering in Mobile Systems. MONET 9(5): 507-516 (2004) R. Baldoni, R. Beraldi A Caching Scheme for Routing in Mobile Ad Hoc Networks and Its Application to ZRP IEEE Transactions on Computers, volume 52, num. 8, 2003

9. SOA nelle MANET • Service description • Il service profile deve essere comprensivo non ambiguo e interpretabile dalla macchina come nelle reti fisse, inoltre deve contenere informazioni sulla mobilità e delle risorse disponibili • Come nelle reti fisse, viene richiesta una ontologia comune tra fornitore e erogatore del servizio • Service advertisement e discovery • Minimizzare le risorse utilizzate • Advertisement: proximity • Discovery: Random walks, Gossipping • Service registry: • Implementazioni non centralizzate • Importanza della semantica dei servizi • Service invocation • Fornire meccanismi che mitigano il problema delle disconnessioni • Service Composition • Comporre servizi in funzione dello stato della rete R. Baldoni, R. Beraldi, C. Marchetti, M. Patini A Middleware Architecture for Inter ad-hoc Networks Communication, Workshop on Multi-channel and mobile information systems, a co-Located Event of WISE 2003 - Rome (Italy), December 2003 F. De Rosa, A. Malizia, M. Mecella Disconnection prediction in mobile ad hoc networks for supporting cooperative work, IEEE Pervasive Computing 2005, volume 4, num. 3, pages 62 - 70

10. σ σ’’ e Pub/Sub Systems • Dinamicità applicativa delle sottoscrizioni e degli eventi • Dinamicità dei nodi che formano il sistema • Content-based pub/sub assegna ad ogni evento una lista di subscriber • Per evitare congestioni nella rete: • Selective event filtering • Overlay Networks σ’

11. Pub/Sub Architecture Matching Event routing Rendezvous Filtering-based Gossiping Flooding OverlayInfrastructure Wired network Mobile network UnstructuredOverlay Brokers Overlay Structured P2P Overlay Unstructured P2P Overlay NetworkProtocols TCP/IP IPmulticast SOAP 802.11g IIOP MACbroadcast … Pub/Sub Systems R. Baldoni, R. Beraldi, G. Cugola, M. Migliavacca, L. Querzoni Structure-less Content-Based Routing in Mobile Ad Hoc Networks, In proceedings of the International Conference on Pervasive Services (ICPS '05), Santorini, Greece, July 2005 R. Baldoni, C. Marchetti, A. Virgillito, R. Vitenberg Content-Based Publish-Subscribe over Structured Overlay Networks, 25th IEEE International Conference on Distributed Computing Systems ICDCS 2005. R. Baldoni, M. Contenti, A. Virgillito The Evolution of Publish/Subscribe Communication Systems, Future Directions in Distributed Computing, volume 2584, Springer Verlag LNCS 2003

12. Pub/Sub in MANET Application Application Application Pub/sub PS-Routing Routing Pub/sub MAC MAC MAC [Anceaume et al 2002, Picco et al 2003] [Huang et al 2002, Baldoni et al 2005, Bahemi et al 2005] [Mottola et al 2005, Bacon et al 2005] Layered approach Integration approach Gossip based approach

13. Pub/Sub in MANET: confronto • Approccio Layered • Non adatto a frequenti cambi di topologia • Non adatto a partizionamenti • Richiesta cooperazione tra i peer • Gossip-based • Adatto a frequenti cambi di topologia • Si può adattare a partizioni • Sfrutta la natura broadcast dell’ambiente • Peers non devono cooperare necessariamente

14. Conclusioni Disseminazione e condivisione delle informazioni nell’homeland security • Richiede interoperabilità su sistemi etereogenei • Reti fisse, MANET, reti di sensori • Service oriented architecture e sistemi publish/subscribe sono middleware abilitanti • SOA: tecnologia ad interazione sincrona matura per gestione di servizio base su reti fisse • Pub/Sub: tecnologia ad interazione asincrona matura per topic-based su rete fissa • Temi di ricerca: Trust, confinare il churn, QoS, Sviluppo di Ontologie,… • Per maggiori informazioni consultare http://www.dis.uniroma1.it/~midlab/