L evoluzione dei sistemi distribuiti: Nomadic Computing e SOA

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1 Università degli studi di Napoli Federico II Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Il discovery dei servizi in ambienti di nomadic computing: : un approccio integrato Relatore Prof. Ing. Stefano Russo Correlatore Ing. Domenico Cotroneo Candidato Marcello Cinque matr. 41/2868 ANNO ACCADEMICO L evoluzione dei sistemi distribuiti: Nomadic Computing e SOA Evoluzione in due campi: Tecnologie di comunicazione Sistemi di Nomadic Computing: infrastruttura di rete fissa alla quale possono connettersi diverse infrastrutture di rete mobili Ingegneria del software Service Oriented Architecture (SOA): applicazioni sviluppate come insiemi indipendenti di servizi che interagiscono tra di loro al fine di fornire le desiderate funzionalità Scenari: automazione d ufficio, domotica, musei, aeroporti, depositi e magazzini, strutture abitative, 1 1

2 L esigenza del service discovery Ogni dispositivo può offrire i propri servizi e adoperare quelli messi a disposizione da altri I servizi devono poter essere ricercarti all occorrenza dalle applicazioni senza alcuna conoscenza pregressa Le SOA adottano delle tecniche di Service Discovery (protocolli e meccanismi attraverso cui un componente software diviene consapevole della rete a cui è connesso e scopre quali servizi sono disponibili) 2 Caratteristiche generali dei protocolli di discovery discovery out of boundary Client Agent i discovery into boundary SDR k SDR j SDR w Registry advertisement Service Agent j boundary Modalità di ricerca: per specifico servizio per classe di servizio browsing Service Description Record: Record di n campi ognuno relativo ad una caratteristica del servizio rappresentato 3 2

3 Problematiche (1/2) Un sistema di Nomadic Computing può essere decomposto in domini distinti, ognuno dei quali rappresenta una SOA che adopera il proprio protocollo di Service Discovery (Jini, SDP di Bluetooth, Salutation, UPnP, UDDI) Bluetooth Domain Jini Domain UPnP Domain Jini Domain Esigenza di integrazione delle tecniche di discovery diverse per supportare l interazione spontanea tra le applicazioni non progettate per interoperare tra loro 4 Problematiche (2/2) La definizione di una nuova soluzione di discovery adatta ai sistemi di Nomadic Computing, deve rispettare i seguenti requisiti: Supporto alla Mobilità dei dispositivi; Supporto alla dinamicità del contesto elaborativo: Gestione della disponibilità dei servizi; Supporto alle variazioni di contesto (context-awareness) Rispetto del principio di Boundary e Completezza del meccanismo di ricerca. 5 3

4 L architettura GENERIC DOMAIN j (Jini, Bluetooth, UPnP, ) DOMAIN-SPECIFIC AGENT j GENERIC DOMAIN k (Jini, Bluetooth, UPnP, ) Domini : nuovi domini adatti ai requisiti del Nomadic Computing e integrati con le altre soluzioni ESPERANTO EXPLORER i ESPERANTO PEER ESPERANTO AGENT i ESPERANTO DOMAIN i Nomadic Computing Core DOMAIN-SPECIFIC AGENT k Domain-specific Agent: Bridge dominio generico per l integrazione del dominio (n bridge anziché n(n-1), con n numero di domini generici da integrare) 6 La risposta all integrazione: il discovery proattivo I servizi sono resi disponibili in un dominio prima che le applicazioni ne facciano esplicita richiesta, tramite un modello di import / export: X Technology Technology Y Technology X Domain X SDR described by service Domain-specific Agent X export SDR Domain-specific Agent Y import Y SDR Y Domain Y SDR discovers client Esportazione: browsing dei servizi locali traduzione SDR locali SDR notifica agli altri domini generici Importazione: Traduzione SDR SDR locale filtraggio dei servizi da importare Pubblicazione nel dominio locale 7 4

5 Traducibilità dei descrittori Traduzione di un SDR 1 in un SDR 2 : L esempio -Bluetooth: Attributi obbligatori SDR 1 SDR 2 Corrispondenti semantici Completamento: gli attributi obbligatori devono essere specificati Traduzione: gli attributi devono avare valore compatibile con quello dei rispettivi corrispondenti semantici Traducibilità = traduzione completamento Bluetooth SDR ServiceRecordHandle ServiceClassIDList ServiceID ServiceName ServiceDescription ServiceAvailability ProviderName ServiceRecordState ProfileDescriptorList BrowseGroupList LanguageBaseAttrIDList ServiceInfoTimeToLive ProtocolDescriptorList DocumentationURL ClientExecutableURL SDR Class Service ID Name Comment Load Provider Version Availability Location Bandwidth Keyword Client Resource Service Resource 8 Il Description Translator E il componente del Domain-specific Agent responsabile della traduzione dei descrittori. <<interface>> ITranslator + EspToLoc(ESDR,LSDR):bool + LocToEsp(LSDR,ESDR):bool - ESDR - LSDR Translator + EspToLoc(ESDR,LSDR):bool + LocToEsp(LSDR,ESDR):bool - translation(direction):bool - completion(direction):bool La soluzione proposta è un pattern che può essere riusato per integrare un qualsiasi dominio. Match 1 + translateel(v1,v2):bool + translatele(v1,v2):bool Semantic Match + translateel(v1,v2):bool + translatele(v1,v2):bool Match N + translateel(v1,v2):bool + translatele(v1,v2):bool Attribute 1 + deriveval(v):bool Obligatory Attribute + deriveval(v):bool Attribute N + deriveval(v):bool Ad esempio il match: Load ServiceAvailability Bluetooth Ad esempio il serviceid 9 5

6 Il filtraggio nell importazione dei servizi o Lo spazio nel registry locale per i servizi importati è limitato; o Bisogna garantire l importazione di servizi appartenenti a tutte le classi di servizio. Ad ogni classe di servizio è garantito uno spazio minimo minspace. Se lo spazio nel registry è esaurito, viene selezionato un servzio e da eliminare. e può essere eliminato se il suo utilizzo è al di sotto della soglia minusage. Algoritmo di filtraggio Select the imported service "e" of an exceeding class with minimum usage s can't be imported [ yes ] [ no ] is usage of e greater than minusage? [ no ] unregistry "e" try to import a service "s" with service class Cl [ yes ] is the minspace guaranteed for all non-exceeding classes? [ no ] [ yes ] s can be imported is Cl an exceeding class? 10 Analisi preliminare del filtraggio nell importazione Stabilire la validità dell algoritmo di importazione in termini di: Stabilizzazione del processo di importazione; Distribuzione dei servizi importati nelle varie classi di servizio. 1 Evoluzione del tasso di importazione 45 Distribuzione dei servizi importati tra le classi di servizio tasso di importazione andamento originale 0.2 minusage = 2 useresetfreq = 40 use ResetType = numero di operazioni di importazione Il tasso di importazione si stabilizza, variando i parametri dell algoritmo numero di servizi per classe classi di servizio Si dedica più spazio alle classi di servizio i cui servizi sono i più utilizzati (la classe 2) 11 6

7 Il Publishing Manager <<interface>> IPublishingManager + runimport() + runexport() + setsleeptime() - sleeptime: seconds Export Manager + runexport() + setsleeptime(t) - browselocal():lidsactual - getlsdr(lids): LSDRList - compare(lidsactual, LIDsPrevious, LIDsNew, LIDsOld) - notifynew(esdrlist) - notifyold(esdrlist) - sleep() Import Manager - minusage: int - useresetfreq: int - useresettype: int + runimport() - importsdrs():esdrlist - receiveoldsrv():eidlist - filter(classid, bool): bool - publishservice(lsdr, bool) - unregisterservice(eid) Service ID List - servicenumber :int + getnumber():int + getlids(bit):lidlist + add(lid,eid,imp,vi) + remove(eid) + finde(eid):serviceids + findl(lid):serviceids n <<interface>> IRegistryInfo + getdimr() + getnnoex() + getdimnoex() + getminspace() + isexceeding(class):bool + addsrvc(class) + removesrvc(class) * ServiceIDs - LID - EID - imported: bool - visibile: bool - usable: bool - usage: int + getlid() + geteid() + getusage():int + isvisible():bool + isimported():bool + isusable():bool + set(eid,lid) + setimported(bit) + setvisible(bit) + setusable(bit) + setusage(int) E il componente del Domain-specific Agent responsabile dell importazione e filtraggio dei servizi e della loro esportazione. 12 Il protocollo di discovery Paradigma reattivo: domini remoti esplorati tramite gli agenti solo quando richiesto dalle applicazioni; registry locale ad ogni dominio e distribuito tra i domini: Explorer (gestisce anche la mobilità); rispetto del principio di boundary: discovery intra-dominio e inter-dominio; meccanismo di ricerca completo. Discovery intra-domain Discovery inter-domain Agent A Agent B Peer Y Peer X Explorer A Domain A = boundary Explorer B Domain B = boundary 13 7

8 Supporto alla mobilità Handover : Gestito dal Roaming Manager (un componente del Explorer); Ogni dispositivo ha un dominio home ed è in roaming in un dominio host; Domain A Roaming Manager A Migrazione di un dispositivo X, con dominio home B, da un dominio host A ad un dominio host C: X invia periodicamente dei segnali di greetings; X Descriptors Req X Descriptors Reply Domain B Device X Quando X entra nel dominio C, I suoi SDR sono trasferiti da A al C; Il domnio home B viene notificato dello spostamento del suo dispositivo. Domain C greetings: host: Domain A home: Domain B Notify: Device X is in Domain C Roaming Manager B Roaming Manager C 14 Supporto alla dinamicità Nel Explorer devono essere pubblicati solo i servizi effettivamente disponibili Meccanismo del Leasing per gestire la disponibilità dei servizi received SERVICE_ID LIST IDLE UPDATE LEASING SET LEASE TIMER past t seconds CHECK FOR LEASING DELETE ENTRIES WITH EXPIRED LEASEs Negli ambienti di Nomadic Computing è importante fornire la context-awareness alle applicazioni Attributi di contesto nel SDR : attributi il cui valore varia durante il periodo in cui il servizio è pubblicato. Ad esempio: Carico attualmente sostenuto dal servizio Locazione fisica del servizio Disponibilità di banda Disponibilità tipica del servizio 15 8

9 Conclusioni Il lavoro di tesi ha riguardato l analisi e progettazione di una infrastruttura middleware orientata ai servizi per ambienti di Nomadic Computing, con particolare attenzione al problema dell integrazione delle tecnologie di discovery. Sviluppi futuri: Migliorare il filtraggio dei servizi, rendendo l algoritmo adattativo rispetto alle variazioni delle condizioni esterne; Implementare un modulo per la generazione automatica del codice del Description translator, in maniera tale da integrare in breve tempo numerosi domini generici in 16 9

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