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Mechanism Transitions in Publish/Subscribe Systems - Adaptive Event Brokering for Location-based Mobile Social Applications

Richerzhagen, Björn :
Mechanism Transitions in Publish/Subscribe Systems - Adaptive Event Brokering for Location-based Mobile Social Applications.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2017)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Mechanism Transitions in Publish/Subscribe Systems - Adaptive Event Brokering for Location-based Mobile Social Applications
Language: English
Abstract:

Internet traffic caused by mobile devices will exceed the traffic originating from PCs by the year 2020, according to Cisco. With a projected 61-fold increase, location-based applications and augmented reality applications exhibit the fastest growth in the mobile sector. The success of interactive augmented reality games such as Google’s Ingress or Pokémon Go is the latest indicator for the increasing popularity of location-based mobile social applications. However, the direct interaction among users and the inherent locality of this interaction in such applications pose considerable challenges to a communication system. Efficient brokering of content based on the physical location of mobile clients is further complicated by application-specific attraction points and the resulting heterogeneities and dynamics of client mobility. The publish/subscribe paradigm is well suited to model this interest-based communication pattern between users. Distinct mechanisms for both location-based filtering and locality-aware dissemination of events have been proposed for numerous application domains. However, their combined utilization and their adaptation to user mobility, network heterogeneity, and dynamic workload characteristics of mobile social applications remains an open research challenge. In this thesis, we design and implement transitions between distinct mechanisms for location-based filtering and locality-aware dissemination of events as our first contribution to address this challenge. We develop a methodology for the encapsulation of mechanisms and the execution of transitions within our publish/subscribe framework Bypass.KOM. Consequently, we apply our methodology to location-based filter schemes and dissemination mechanisms for locality-aware publish/subscribe, integrating state of the art mechanisms into Bypass.KOM. We propose distinct execution strategies for transitions, focusing on the seamless operation of the publish/subscribe system during execution by means of state transfer between mechanisms. By deriving common abstractions for transition-enabled mechanisms and the coordinated execution of transitions, we generalize our methodology as part of the Simonstrator.KOM platform. These abstractions for the design and evaluation of transition-enabled communication systems constitute our second contribution. This includes mobility and workload models for location-based mobile social applications. Based on a prototype of Bypass.KOM, we conduct an extensive evaluation of our contributions using the Simonstrator.KOM platform. We show that our state transfer mechanism and the proposed abstractions for transition-enabled mechanisms lead to a seamless execution of transitions. Additionally, we demonstrate the combined utilization of location-based filtering and locality-aware event dissemination as coexisting transition-enabled mechanisms. Overall, we show that our contributions allow the publish/subscribe system to adapt to application-specific mobility and workload characteristics by executing the respective mechanism transitions.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Das von mobilen Endgeräten verursachte Datenaufkommen wird, laut einer Studie von Cisco, im Jahr 2020 den von PCs ausgehenden Anteil übertreffen. Das größte Wachstum verzeichnen dabei lokationsbasierte Dienste und so genannte Augmented Reality Anwendungen, deren Anteil laut dieser Studie im selben Zeitraum um das 61-fache steigen wird. Der Erfolg von Ingress und Pokémon Go als prominente Vertreter von Augmented Reality Anwendungen stützt diese Vorhersagen. Charakteristisch für solche mobilen sozialen Anwendungen ist die direkte Interaktion von Nutzern in räumlicher Nähe zueinander. Diese lokalen Interaktionsmuster und die interaktive Natur der Anwendungen stellen hohe Anforderungen an das zugrundeliegende Kommunikationssystem. Inhalte müssen basierend auf der aktuellen Position der Nutzer gefiltert und verteilt werden; ein Prozess, der zusätzlich durch den Einfluss der Anwendung auf das Verhalten der Nutzer erschwert wird. So führen Inhalte der Anwendung (beispielsweise die Entdeckung eines seltenen Pokémon) zu hoher Dynamik im Nutzerverhalten. Das Publish/Subscribe Paradigma ist besonders gut geeignet um solche Interaktionsmuster auf ein Kommunikationssystem abzubilden. Entsprechende Mechanismen, sowohl für eine ortsbezogene Filterung von Inhalten, als auch eine umgebungsbewusste Verteilung der Inhalte an mobile Endgeräte, wurden bereits für andere Anwendungsbereiche vorgestellt. Deren gemeinsame Nutzung und entsprechende Techniken zur Anpassung an das dynamische Nutzerverhalten mobiler sozialer Anwendungen wurden bislang nicht erforscht. In dieser Dissertation erforschen wir koordinierte Übergänge, sogenannte Transitionen, zwischen entsprechenden Mechanismen für ortsbezogene Filterung und umgebungsbewusste Verteilung von Inhalten in Publish/Subscribe Systemen. Unser erster Beitrag, Bypass.KOM, dient dabei als Framework zur Erforschung einer Methodik zur Kapselung von Mechanismen und der Ausführung entsprechender Transitionen zwischen diesen Mechanismen. Die resultierende Methodik wenden wir im Rahmen dieser Dissertation für bestehende ortsbezogene Filtermechanismen und umgebungsbewusste Verteilmechanismen an. Wir stellen entsprechende Strategien zur unterbrechungsfreien Durchführung von Transitionen vor, wobei wir insbesondere den Transfer von Zustandsinformationen während einer Transition ermöglichen. Mit unserem zweiten Beitrag, der Simonstrator.KOM Plattform, generalisieren wir unsere Methodik zur Kapselung von Mechanismen und der Durchführung von Transitionen. Wir stellen Modelle und Komponenten zur Verfügung, mittels derer transitionsfähige Mechanismen konzeptioniert, realisiert und evaluiert werden können. Dies beinhaltet Mobilitäts- und Netzmodelle für mobile soziale Anwendungen, welche für die Evaluation unseres Prototypen von Bypass.KOM verwendet werden. Unsere Evaluation belegt, dass die von uns entwickelte Methodik zur Kapselung von Mechanismen und zur Durchführung von Transitionen die Anpassung eines Publish/Subscribe Systems an anwendungsspezifische Dynamik ermöglicht. Dabei belegen wir insbesondere den Einfluss des Zustandstransfers und der von uns vorgeschlagenen Modelle und Komponenten der Simonstrator.KOM Plattform auf die unterbrechungsfreie Ausführung von Transitionen. Die Beiträge dieser Dissertation ermöglichen die gemeinsame und adaptive Nutzung von Mechanismen zur ortsbezogenen Filterung und umgebungsbewussten Verteilung von Inhalten in einem Publish/Subscribe System.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Computational Electromagnetics > t Multimedia Communications
Date Deposited: 03 Aug 2017 10:34
Last Modified: 03 Aug 2017 10:34
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-66692
Referees: Steinmetz, Prof. Dr. Ralf and Zink, Prof. Dr. Michael
Refereed: 26 July 2017
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/6669
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