mobile computing challenges and contributions - haw...
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1 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Mobile Computing
–
Challenges
and Contributions
Anregungen für Anwendungen, Projekte & mehr
2 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Arbeitsgruppe
o
Arbeitsgebiete:
-
IPv6, Mobiles Internet, Mobile Anwendungen, P2P Overlay
-
Multimediakommunikation, Hypermedia, Semantic
Web
o
Sie finden uns in:
-
Raum 580 & Raum 780
o
Messen & Ausstellungen:
-
CeBIT, LEARNTEC, NdW
o
Auslandskooperationen
-
Wir
vermitteln
gerne
3 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Mitarbeit in aktuellen Projekten als studentischer Mitarbeiter, Bacheland, Masterand oder Doktorand …
Moviecast hylOs
4 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Overview
Challenges of Mobile Computing
Emerging Mobile Applications
Scalable, Mobility-Compliant Networks
Conclusions & Outlook
5 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Challenges of Mobile Computing
o
Devices-
Capabilities: Processing, Power, …
-
For Users: Interfaces, Design, Paradigm …
-
Immersive: How to embed and where?
o
Mobility Middleware-
Service Discovery, Location, Configuration
-
Context Management & Transfer
-
Scalability, Robustness, Security
6 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Challenges of Mobile Computing
o
Mobile Applications√ Communication & Infotainment
o
M-Commerce, M-Learning, M-Web2.0
?
Vehicular & Sensor Networks
?
Ambient Intelligence, Location-based Services, …
o
Mobility-Compliant Networks-
Wireless Transmission + Deployment
-
Scalable, Secure, Adaptive Routing
-
Multiservice Capabilities
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Application - Moviecast: Mobile Video & Multicast
http://moviecast.realmv6.org
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Requirements
o
Rigid real-time
constraints -
(50 –
100 ms)
o
Scalable, resource-adaptive video encoding
o
Mobility support on network
layer
o
Group communication enabled by network layer
o
Encryption to secure
all communication
o
Focus on
standard
compliant signalling +
communication
9 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Starting Point
o
daViKo
Video Conference Software
o
H.264 Codec
o
Peer-to-Peer Communication Model
o
Simple User Localisation
o
IPv4 & IPv6 – Unicast
& Multicast
10 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Moviecast Showcases
o
Video from Train
o
Video on Handheld
11 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Building Blocks
o
Scalable, highly optimised video codec:
Based on emerging SVC standard
o
Software stack:
Secure mobile group conferencing library
o
Network layer advancements: P2P mobile group conferencing in real-time
o
User interfaces
12 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Layered Software Stack
13 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
DAVC Video Codec – Optimized H.264/SVC
14 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
SIP Group Communication Layer
o
Critical: Determine
device
capabilities
to build optimized
overlays
15 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
SIP + Multicast (SSM): Switch from Unicast to SSM
16 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
SIP-SSM: Arrival of New Parties
Source –
Schmidt, Wählisch, Cycon, Palkow: Scalable Mobile Multimedia Group Conferencing based on SIP initiated SSM, In: Proc. ECUMN’07, IEEE Press, February 2007.
17 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Mobile eLearning Objects
o
eLO
= eLearning Object
o
Smallest self-consistent knowledge unit
o
eLOs
aggregate-
Multimedia content entities
-
Meta data
-
(Hyper-) Relations
o
Meta data standard: IEEE LOM
o
Portability standard: SCORM
o
Mobility: Transformation & Projection
18 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Introducing hylOs
hylOs = Hypermedia Learning Object Systemo
eLearning content management system
o
Implements rich eLO
content modell
o
Fully LOM / SCORM compatible
o
Rigorously XML
hylOs Componentso
Presentation environment
o
eLO
instructional management
o
eLO
authoring environment
o
Semantic content augmentation
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hylOs Content Networks
Source –
Engelhardt, Hildebrand, Lange, Schmidt: Semantic Overlays in Educational Content Networks – The hylOs Approach, In: Campus-Wide Information Systems, Vol. 23, No. 4, pp. 254-267, Emerald, Sept. 2006
20 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Application: Semantic Navigator
21 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Mobile Content on Demand
o
Dynamic Content Adaptation to-
User Context-
Device Capabilities-
User Behavior & Preferences
o
Content Delivery Just-in-Time
o
Split Learning Objects into small Bricks
-
Reduce Content Size per Learning Step-
Increase Attention between Learning Interruptions
o
Reduction of complex Semantics to feasible Content Relations
-
Decrease of Complexity according to the Mobile Context-
Provide easy Understanding of Semantic Relations
Source –
Hildebrand, Schmidt, Engelhardt: Mobile eLearning Content on Demand, In: International Journal of Computing and Information Sciences-
(IJCIS), 2007
22 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Use Case 1: iPod
Content Preparation:o
Publish Audio Material via RSS Feeds (Podcast)
o
Export Course & related Content as Notes
to the iPod:-
Provide Menu structure for seamless integration of iPod Click Wheel
-
Split Learning Objects into separate Content Bricks to meet iPod capabilities
Content Usage & Navigationo
Obtain audible, textual and visual Information
o
Navigate directly on Course Content Outlineo
Discover additional Information via reduced Semantic Relations
o
Return to Course Path from related Content
23 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Use Case 2: Playstation Portable
o
Additional Support of:-
Wireless Network Access, web browser and flash player
-
Subscription access for Podcasts
-
Specific haptic
controls: Analogue Joystick, Keypad, Action Keys
o
Provide typical game play by:-
Build ‘Mission’-like Scenario from Course Content
-
Split Learning Objects to entertaining Mission-Steps
-
Use typical course-completing self test as ‘Final-Mission’
-
Transfer Semantic related content navigation to Joystick
-
Support Overview Maps by visualizing Semantics in Mind-Maps
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Use case 2: PSP - Sample
25 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Scalable, Mobility-Compliant Networks
o
Threads & Challenges-
The Pure Growth
-
Multiple Attachments: Mobility Paging, Multihoming, …
-
Farewell from the Client-Server Paradigm
-
Cognitive Networks & Context Transfer
-
Group Communication Services
o
Trade-off between Management Areas-
Network Core
-
Access Networks
-
End-Nodes
o
Scalability Constraint: ≤
Logarithmic Resource Expansion
26 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Im gegenwärtigen Internet sind nur Vorwärtsmessungen möglich:
o
Mehrfache traceroute
Scans von unterschiedlichen Quellen
o
Errechnung der jeweiligen Pfade zwischen Routern
o
Zwei große Projekte -
Skitter
(CAIDA, San Diego)
-
DIMES (Tel Aviv University)
Quellpunkte kritisch
Abenteuer: Die Entdeckung des Internets
27 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Ist das Internet ein Zufallsgraph?
o
Strukturuntersuchung: Knotengrade
o
Ein Maß
für -
Konnektivität
- Robustheit - Verkehrs-
ströme -
Bildungs-
mechanismen
28 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
GradkorrelationSkitter DIMES
Assortativity
CoefficientsSkitter: 0,011DIMES: 0,091
29 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Räumliche Grad-Autokorrelation
30 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Diskussion: Entdeckung des Internets
o
Das Internet hat viele regionale Vermaschungen-
Nur durch viele, global verteilte Monitorpunkte sichtbar
o
Es hat beinahe skaleninvariante Eigenschaften-
Potenzgesetze gelten nicht uneingeschränkt
o
Das Internet ist kein Zufallsgraph-
Korrelationen mittlerer Reichweite
-
Schwach abhängige Knotengradveränderungen: Ähnliche Vermaschung
nächster Nachbarn
Antikorrelation zwischen Autonomen Systemen
o
Was bedeutet dies für Internetmobilität?
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Mobilität - Schnelles Handover: Fast MIPv6 (RFC 4068)
FMIPv6 unterstützt prädiktives
und reaktives Handover
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FMIPv6 Performanz: Packetverlust in realistischer Simulation
33 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Handover-Verhalten zwischen Access-Routern
Problem: Wie korreliert geographische Nachbarschaft mit topologischer Distanz an den Rändern des Internets?
Methode: -
Bildung von regionalen Clustern im Zugangsbereich
-
Evaluiere Access-Router
Abstände durch Scanning in den traceroute
Metriken RTT und Hops
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Vorgehen
o
Cluster mithilfe von GeoIP
Datenbank (MaxMind)
o
Scans
von Quellen in Berlin, Hamburg, San Diego, Shanghai und öffentlichen traceroute
Angeboten
o
Zufallsmengen von 500 IP-Bereichen
aus jedem regionalen Cluster
o
Vergleich mit geographisch unkorrelierten Mengen
o
Vergleich mit CAIDA Daten:-
Vom gleichen Zeitraum (Oktober 2006)
-
Tracepaths
minimiert über alle 18 Monitorpunkte (CAIDA Scan-Quellen)
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RTT Verteilung - Scans
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RTT Verteilung - Caida
37 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Folgerungen für die Handover Performanz
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Zwischenresümee
o
FMIPv6 beschleunigt Netzwechsel
o
Prädiktive
verlustlose Handovers
sind realitätsfern
o
An den Rändern des Internets sind geographische und topologische Distanz korreliert
o
Ein ‚walking
User‘
kann in seiner Umgebung ein beschleunigtes Handover-Verhalten
erwarten
o
Generalitätsvermutung: -
25 ms in 802.11 (= ½
Layer
2 Handoff) ist a priori beste
Handover
Antizipationszeit
39 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Mobile Multicast Senders
Need to Change Routing (Source Filters):-
Extend (CoA,G) states to (CoA,HoA,G)
Need to Preserve Previous Trees:-
Keep contact subsequent to handover
Idea: Morph Previous into Next Tree:-
Elongate root (modify RPF Check)
-
Discover shortcuts
-
Dismiss unneeded branches
Source -
Schmidt & Wählisch: Extending SSM to MIPv6 – Problems Solutions and Improvements, Comput. Methods in Science and Technology, Vol. 11, No. 2, 2005.
40 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Tree Morphing
41 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Root Elongation Phase
42 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
First Shortcut
43 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Optimized Tree
44 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Implementation & Analysis
Source –
Christ, Schmidt & Wählisch: A Light-Weight Implementation Scheme of the Tree Morphing Protocol for Mobile Multicast Sources, In: Proceedings of the 33rd EUROMICRO Conference, IEEE Computer Society Press, August 2007.
45 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Overlay Service Networks
o
Distributed Indexing (DHTs)-
Global Routing with overall Logarithmic Scaling
-
Deployable on the Overlay / Application Layer
-
Allows for Scalable Adaptive Services:
-
Mobility Resilience
-
Context Provisioning
-
Group Communication Services
o
But: Performance Degradation beyond Underlay
46 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Hybrid Shared Tree Architecture
Source –
Wählisch, Schmidt: Between Underlay and Overlay: On Deployable Efficient Mobility-agnostic Group Communication Services,, In: Internet Research, Vol. 17, No. 5, Emerald Insight, November 2007.
47 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Multicast on Hybrid Shared Trees
o
Unmodified Layer2/3 Multicast in End System Domainso
Prefix-base Distribution Tree on Top of DHT
-
HST inherits Pastry’s proximity selection benefits-
Replication load on forwarders limited by size of prefix alphabet
-
Strictly predictable per packet processing costs
o
No Dedicated Overlay Nodes (e.g., Rendezvous Point) -
Advoids
bottlenecks and single points of failure
o
In Combination with Bidir–PIM: Mobility-Agnostic Routing-
Prefix tree will be built only receiver-based
-
Decouples group and state management from forwarding plane
48 Prof. Dr. Thomas Schmidt http:/www.informatik.haw-hamburg.de/~schmidt
Conclusions & Outlook
o
Mobile Computing Today-
Open for Several Directions
o
Mobile Applications-
Moviecast
–
Pushing Performance Limits
-
hylOs
–
Exploring the Mobile Paradigm
o
Mobility-Compliant Networking-
Discovering the Internet Impact
-
Evolving the Internet Core Capabilities
-
Complementing IP in Hybrid Approaches