Σημασιολογική πλατφόρμα για τη διαχείριση δικτυακών οντοτήτων

Abstract

The tremendous growth and proliferation of all kinds of network infrastructures, as well as the surrounding services offered, constituted the challenge and reason to get involved with the research in this specific field. The profound and already identified limitations imposed by traditional network management systems, called for the development of new systems that target the creation of highly adaptive systems and infrastructures. The dominant technology / initiative towards this objective was the idea of programmable networks. More specifically, an initial research regarding the existing approaches in this field was undertaken, starting from the IEEE - PI 520 initiative, and continuing with any effort, either in a research or an industrial environment, that address issues regarding network programmability. This research had as a result to identify the existing shortcomings, and consequently specify the field that the following research activity would take place. The aforementioned activity, started from providing a unified approach for managing heterogeneous and distributed networks, following the principles that classify such a network programmable. An XML based network management architecture is presented, which addresses both element and network level management, the XMLNET system, as well as a prototype implementation. Going one step further, the research effort focused on managing a completely heterogeneous network over the internet. In this section special effort was invested on the distribution and decentralization of the management procedure, as well as on all security issues, leading to the WSNET system. As a result we present another management model, with a respective prototype implementation. In the last section of this research we deal with ubiquitous computing services, which services rely on numerous distributed heterogeneous hardware, software and middleware components. Managing and configuring these elements is a particularly tedious task. XML-based architectures are appropriate to automating configuration management tasks in the scope of large-scale, diverse and heterogeneous pervasive computing environments. The XMLNET system, originally designed for network management, provides a conceptual architecture that can be applied in ubiquitous computing management. This architecture has evolved to the UbiXML system. In all stages of this research, a proof-of-concept prototype implementation were undertaken. in order to validate all theoretical assumptions, as well as provide the means for a set of functional and performance tests upon the prototype implementation. The aforementioned tests gave an accurate estimation of the systems' performance, as well as any possible problems that arose in any level of each of the proposed architectures, indicating at the same time possible directions the research effort should continue with. Moreover, those tests stressed the value added by the use of the proposed architectures and the respective prototype implementations, in certain application scenarios.

Ο εντυπωσιακός ρυθμός, με τον οποίο εξελίσσονται οι δικτυακές υποδομές κάθε μορφής και οι παρεχόμενες υπηρεσίες, οι οποίες βασίζονται στις υποδομές αυτές, αποτέλεσε πρόκληση και αφορμή για ενασχόληση με την έρευνα στον χώρο αυτό. Η εμφανής και διαπιστωμένη ανάγκη για την κατά το δυνατόν ταχύτερη προσαρμοστικότητα σε νέα συστήματα και υποδομές οριοθέτησε και την αρχή των ερευνητικών προσπαθειών για την παρούσα διδακτορική διατριβή. Επικρατούσα και περισσότερο ενδεδειγμένη κατεύθυνση αποτέλεσαν τα προγραμματιζόμενα δίκτυα. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκαν οι υπάρχουσες προσεγγίσεις στο συγκεκριμένο χώρο, ξεκινώντας από την πρωτοβουλία IEEE - P1520, συνεχίζοντας σε όσες προσπάθειες, είτε ερευνητικές είτε εφαρμοσμένες στη βιομηχανία, στοχεύουν σε ανοικτά, προγραμματίσιμα δίκτυα. Η μελέτη αυτή στόχο είχε να διαπιστωθούν ενδεχόμενα κενά και ανάγκες, ώστε να τροφοδοτηθεί με ιδέες η παρούσα ερευνητική προσπάθεια. Σε αυτό το πλαίσιο, η προσπάθεια ξεκίνησε από την ενοποίηση του τρόπου αντιμετώπιση της διαχείρισης ετερογενών και χωρικά κατανεμημένων δικτύων, ακολουθώντας πάντα τις αρχές των προγραμματίσιμων δικτύων. Πράγματι, σχεδιάστηκε μια αρχιτεκτονική για τη διαχείριση ετερογενών δικτύων βασισμένη στη γλώσσα υψηλού σημασιολογικού περιεχομένου XML, το XMLNET, ενώ στη συνέχεια έγινε μια πρότυπη υλοποίηση της προτεινόμενης αρχιτεκτονικής. Ακολούθως, η προσπάθεια επεκτάθηκε και στην αντιμετώπιση της ανάγκης διαχείρισης ενός τέτοιου ετερογενούς δικτύου μέσω του διαδικτύου. Κατά την επέκταση αυτή της έρευνας, έγινε εμβάθυνση στους τομείς τόσο της κατανεμημένης και αποκεντρωμένης διαχείρισης όσο και της ασφάλειας στη διαχείριση αυτή, καταλήγοντας στο σύστημα WSNET. Έτσι, παρουσιάστηκε ένα νέο αρχιτεκτονικό μοντέλο, ακολουθούμενο και αυτή τη φορά από την ανάλογη πρότυπη υλοποίηση. Στο τελευταίο στάδιο της έρευνας, μελετήθηκε μια αρχιτεκτονική παροχής ενοποιημένων υπηρεσιών, η οποία βασίζεται σε πλήθος ετερογενών συσκευών, λογισμικού και οντότητες μεσισμικού. Η διαχείριση και παραμετροποίηση αυτών των δικτυακών οντοτήτων είναι μια ιδιαίτερα επίπονη διαδικασία. Οι βασιζόμενες στην XML αρχιτεκτονικές διαχείρισης είναι κατάλληλες για την αυτοματοποίηση των διαδικασιών παραμετροποίησης και διαχείρισης σε κατανεμημένα, μεγάλης κλίμακας και ετερογενή περιβάλλοντα pervasive υπολογιστικών συστημάτων. Το σύστημα XMLNET, το οποίο αρχικά σχεδιάστηκε για τη διαχείριση δικτύων, παρέχει μια αρχιτεκτονική, η οποία με τις κατάλληλες επεκτάσεις μπορεί να εφαρμοστεί στη διαχείριση και παραμετροποίηση κάθε μορφής δικτυακών οντοτήτων. Αυτή η αρχιτεκτονική εξελίχθηκε στο σύστημα UbiXML. Σε όλα τα στάδια της έρευνας ακολουθήθηκε η σχετική πρότυπη υλοποίηση, τόσο για απόδειξη της εφαρμοσιμότητας όσων θεωρητικά είχαν μελετηθεί όσο και για εκτενή μελέτη της συμπεριφοράς της πρότυπης πλατφόρμας κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων. Μέσα από τα πειράματα αυτά διαπιστώθηκαν τόσο οι επιδόσεις των συστημάτων όσο και τα ενδεχόμενα προβλήματα σε οποιοδήποτε επίπεδο, τα οποία αποτέλεσαν εφαλτήριο για την περαιτέρω εξέλιξη της παρούσας ερευνητικής προσπάθειας. Παράλληλα, έγιναν εμφανείς και οι τομείς της διαχείρισης δικτυακών οντοτήτων, στους οποίους προστίθεται αξία από τη χρήση των προτεινόμενων αρχιτεκτονικών και συστημάτων.