Università di Roma “La Sapienza”
Dipartimento di Informatica e Sistemistica
Diffusione e condivisione delle
informazioni nei sistemi distribuiti
dinamici
Roberto Baldoni
Middleware Laboratory
Dipartimento di Informatica e Sistemistica “Antonio Ruberti”
Università di Roma “La Sapienza”
Email:
Url:
[email protected]
http://www.dis.uniroma1.it/~baldoni/
MIDLAB Url:
http://www.dis.uniroma1.it/~midlab/
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
Homeland Security: Information
Management
Information
collection
►
►
►
►
Information
analysis
Information
dissemination
Information
sharing
“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.
Homeland Security: Information
Management  alcuni fattori abilitanti
Information
collection
►
Comunicazione e coordinamento (locale e remoto)
Rapido dispiegamento
Seamless interoperation
Necessarie quando le infrastrutture elettriche e di comunicazione non sono
utilizzabili
Situation Awarness

►
Information
sharing
Mobile ad-hoc networks (MANET)

►
Information
dissemination
Interoperabilità dinamica



►
Information
analysis
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)………
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
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 webservices) 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
SOA: Tecnologie

Service Location Protocol (IETF)


Universal Plug and Play (Microsoft)


orientato a metodologie di business process
Semantic WEB (DAML)


orientato a Ubiquitous computing
UDDI (IBM & Microsoft)


orientato alle comunicazione in prossimità, Microsoft
Jini (Sun)


orientato alla comunità internet
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
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 2005 R. 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
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



►
Service registry:


►
Implementazioni non centralizzate
Importanza della semantica dei servizi
Service invocation

►
Minimizzare le risorse utilizzate
Advertisement: proximity
Discovery: Random walks, Gossipping
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 Multichannel 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
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
e
σ’
σ’’
Pub/Sub Systems
Pub/Sub Architecture
Matching
Event routing
Overlay
Infrastructure
Network
Protocols
Rendezvous
Filtering-based
Brokers
Overlay
Structured
P2P Overlay
Wired network
TCP/IP
IP
multicast
SOAP
Gossiping
Flooding
Unstructured
Overlay
Mobile network
Unstructured
P2P Overlay
802.11g
IIOP
MAC
broadcast
…
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
Pub/Sub in MANET
Application
Application
Application
Pub/sub
Routing
PS-Routing
Pub/sub
MAC
MAC
MAC
[Anceaume et al 2002, [Mottola et al 2005,
Picco et al 2003]
Bacon et al 2005]
Layered
approach
Integration
approach
[Huang et al 2002,
Baldoni et al 2005,
Bahemi et al 2005]
Gossip based
approach
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
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/