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

Überblick

Einführung Technische Grundlagen Problem

Lösungsansatz Aktivitätsbasiertes Modell

Bewegungsmodell Dienstnutzungsmodell Evaluation Fazit & Ausblick

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

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)

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

Aktivitätsbasierte Modelle

Verfahren aus der Verkehrsplanung1. Bestimme mögliche Aktivitäten der Verkehrsteilnehmer2. Bestimme Orte, Zeiten und Reihenfolge der Aktivitäten3. Bestimme Routen zwischen Aktivitäten

Ergebnis: Verkehrsaufkommen auf Straßen

Freizeit

Mittagessen

Arbeit

Arbeit

Freizeit

Zuhause

Arbeitsplatz

Restaurant

8 Uhr

13 Uhr

9 Uhr

14 Uhr

18 Uhr

Zuhause

Restaurant

Arbeitsplatz

Arbeitsplatz

Zuhause

Aktivitätsmodell dieser Arbeit

Universitäts-CampusAktivitäten

Vorlesungs-, Seminarbesuch, Buchleihe, Mensabesuch

Zeiten und Orte Vorlesungsverzeichnis Umfrage unter Studierenden

Routen Wegenetz auf dem Campus

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

Menschen ordnen Aktivitäten nach ihrer WichtigkeitWichtige Aktivitäten zuerst planenBeispiel:

Pflichtveranstaltungen Vorlesungen Buchleihe (Hiwi-)Job

Aktivitätsplanung

Mo Di Mi Do Fr

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?

Bewegung im Campus-Szenario

Vorlesungsbesuchbeschränkte Bewegung, bis zu 90min Ruhephase

Imbiss in der CafeteriaFreiere Bewegung

Abfolge der Aktivitäten erzeugt Bewegung auf

Pfaden des Wegenetzes

Während Aktivitäten typische Bewegungsmuster

Bewegungsmodell

Zwischen AktivitätsortenGraphbasierte Bewegung

Wegenetz als Graph Teilnehmer bewegen sich nur auf den Kanten

An AktivitätsortenAnalytische Bewegungsmodelle

Lokal ausreichende Genauigkeit Begrenzt durch Ausdehnung der Aktivitätsorte

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

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

Abhängigkeiten zwischen Diensten

Abhängigkeiten entstehen durchGebrauchsreihenfolge

Druckdienst Dokument laden, dann drucken

technische Vorbedingungen Suchfunktion / Suchdienst

Dienst suchen, dann nutzen

Dienstnutzungsmodell Bildet netzrelevantes Verhalten nach Immer dann, wenn geänderte Situation vorliegt

1. Bestimme, welche Dienste in gegebener Situation sinnvoll sind

2. Bestimme Abhängigkeiten unter diesen Diensten

3. Bestimme erforderliche Planungsreihenfolge

4. Plane Dienste mit Hilfe ihrer typischen Nutzungsverteilung

DruckdienstSuchdienst

1. 2. 3.

Aktivitätszeit

Vorlesungsmaterialien Übungsblätter

Informationsdienst

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

Vorführung

Simulationsdaten

Modell benötigt KalibrationsdatenAktivitäten

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

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

durchschnittlicher Abstand untersuchter Modelle

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Lauf

du

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Ab

sta

nd

[m

]

Ergebnis der Evaluation

Gauß-Markov

Graph-Random-Waypoint

Aktivitätsmodell

Standard-Random-Waypoint

Diagonallänge/2

Ergebnis der Evaluation

Gesamtfehler36% geringer gegenüber Modellen ohne

Umweltmodell9% geringer gegenüber graphbasiertem

Random-Waypoint Sensitivität gegenüber Wochentag

Annahme gleichverteilter Wochentage Keine Angabe über Wochentag in der Umfrage

Fazit

Aktivitätsbasierter AnsatzVorteile

Realitätstreue Deskriptive Beschreibung der Modellentitäten Abhängigkeiten Bewegung/Dienstnutzung möglich Besonderheiten der Szenarien modellierbar

Nachteil Daten über Aktivitäten im Szenario erforderlich

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)

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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