Cooperative mechanisms for information dissemination and retrieval in networks with autonomous nodes

Abstract

This thesis contributes to the literature by proposing and modeling novel algorithms and schemes that allow the tasks of information dissemination and retrieval – and more generally of content management – to be performed more efficiently in a modern networking environment. Apart from information dissemination and retrieval, other aspects of content management we examine are content storage and classification. The most important challenge that will preoccupy many of the proposed schemes is the need to manage the autonomy of nodes while preserving the distributed, as well as the open nature of the system. In designing distributed mechanisms in networks with autonomous nodes, an important challenge is also to develop incentives for nodes to cooperate while performing communication tasks. A novel characteristic of most of the proposed schemes is the exploitation of social characteristics of nodes, focusing on how common interests of nodes can be used to improve communication efficiency.In order to evaluate the performance of the proposed algorithms and schemes, we mainly develop mathematical stochastic models and obtain numerical results. Where it is deemed necessary, we provide simulation results that verify the accuracy of these models. Real network traces are used where we want to further support the rationale for proposing a certain scheme. A key tool for modeling and analyzing cooperation problems in networks with autonomous nodes is game theory, and it is used in parts of this thesis to help identify the feasibility of sustaining cooperation between nodes in the network. By exploiting social characteristics of nodes, we also enter the field of social network analysis, and use related metrics and techniques.

Αυτή η διατριβή συνεισφέρει στη βιβλιογραφία με το να προτείνει και να μοντελοποιήσει καινοτόμους αλγορίθμους και σχήματα που επιτρέπουν στις διεργασίες διάδοσης και ανάκτησης πληροφοριών – και γενικότερα της διαχείρισης περιεχομένου – να εκτελεστούν πιο αποτελεσματικά σε ένα σύγχρονο περιβάλλον δικτύωσης. Εκτός από τη διάδοση και ανάκτηση των πληροφοριών, άλλες πτυχές της διαχείρισης περιεχομένου που εξετάζουμε είναι η αποθήκευση και η κατηγοριοποίηση. Η πιο σημαντική πρόκληση που αφορά πολλά από τα σχήματα που προτείνονται στην παρούσα εργασία είναι η ανάγκη να διαχειριστούν την αυτονομία των κόμβων, διατηρώντας παράλληλα τον κατανεμημένο, καθώς και τον ανοικτό χαρακτήρα του συστήματος. Κατά το σχεδιασμό κατανεμημένων μηχανισμών σε δίκτυα με αυτόνομους κόμβους, ένα σημαντικό επίσης Ζητούμενο είναι να δημιουργηθούν κίνητρα ώστε οι κόμβοι να συνεργάζονται κατά την εκτέλεση των καθηκόντων επικοινωνίας. Ένα καινούργιο χαρακτηριστικό των περισσοτέρων από τα προτεινόμενα σχήματα είναι η αξιοποίηση των κοινωνικών χαρακτηριστικών των κόμβων, εστιάζοντας στο πώς τα κοινά ενδιαφέροντα των κόμβων μπορούν να αξιοποιηθούν για τη βελτίωση της αποδοτικότητας στην επικοινωνία.Για την αξιολόγηση της απόδοσης των προτεινόμενων αλγορίθμων και σχημάτων, κυρίως αναπτύσσουμε μαθηματικά στοχαστικά μοντέλα και λαμβάνουμε αριθμητικά αποτελέσματα. Όπου είναι απαραίτητο, παρέχουμε αποτελέσματα προσομοίωσης που επαληθεύουν την ακρίβεια αυτών των μοντέλων. Πραγματικά ίχνη δικτύου χρησιμοποιούνται όπου θέλουμε να υποστηρίξουμε περαιτέρω τη λογική για την πρόταση ενός συγκεκριμένου σχήματος. Ένα βασικό εργαλείο για τη μοντελοποίηση και την ανάλυση των προβλημάτων συνεργασίας σε δίκτυα με αυτόνομους κόμβους είναι η θεωρία παιγνίων, η οποία χρησιμοποιείται σε μερικά τμήματα αυτής της διατριβής για να βοηθήσει στην εξακρίβωση της δυνατότητας διατήρησης της συνεργασίας μεταξύ των κόμβων στο δίκτυο. Με την αξιοποίηση των κοινωνικών χαρακτηριστικών των κόμβων, μπαίνουμε επίσης στον τομέα της ανάλυσης των κοινωνικών δικτύων, και χρησιμοποιούμε σχετικές μετρικές και τεχνικές ανάλυσης.