University of Oulu

Efficient middleware and resource management in mobile peer-to-peer systems

Saved in:
Author: Kassinen, Otso
Organizations: University of Oulu, Faculty of Technology, Department of Computer Science and Engineering
University of Oulu, Infotech Oulu
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.1 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514295737
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-11-08
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Technology of the University of Oulu for public defence in Auditorium IT116, Linnanmaa, on 18 November 2011, at 12 noon
Tutor: Docent Mika Ylianttila
Reviewer: Professor Jukka K. Nurminen
Professor Peng Zhang
Description:

Abstract

Mobile peer-to-peer (P2P) networks have emerged as a substrate for distributed wireless Internet applications. With P2P systems, it is possible to share resources such as data storage space, media files, network bandwidth, or computing power among the devices, which participate in the network, without large and expensive centralised server machines. However, the special characteristics of the mobile environment such as the low computational power, changing network conditions, and limited battery life pose several challenges for the fluent operation of mobile devices in P2P networks; this is also in part affected by the complexity of distributed P2P systems.

Software development for mobile devices and the design of mobile networking systems are challenging due to the limited device resources and heterogeneous software platforms. Moreover, the energy consumption of a mobile device, and the network-wide routing efficiency that affects for example the resource lookup performance, depend on multiple variable parameters. P2P application development can be facilitated, however, by using middleware, which hides the complexity of networking from the application programmers.

The research contributions of this thesis can be classified into three categories: (1) Novel functionalities of mobile middleware are proposed. One of these is a cross-layer connectivity management framework, which aims to select the best combination of network technology entities in a specific usage situation; the selection is made by logic contained in a replaceable state machine. Another new functionality is a system, which installs a missing application for the user, when the user receives a session request from another user. A signalling system based on the cellular USSD protocol is also presented; the system facilitates the establishment of a P2P connection with a mobile device, whose IP-based network connection is off. Moreover, the suitability of the P2PSIP protocol for implementing wireless distributed services is analysed. (2) P2P-related measurement studies are presented. In them, the message routing efficiency of a P2PP protocol implementation and the network traffic load caused by the messaging are observed, and the energy consumption incurred by the same implementation in a mobile device is measured. In addition, a server-based testbed system used in these measurements is described. (3) Experience-backed guidelines for mobile middleware development are presented. These include practical instructions for software development on a restricted mobile platform, and guidelines and observations related to cross-platform software development.


Tiivistelmä

Mobiilit vertaisverkot (P2P) ovat uusi alusta hajautetuille langattomille Internet-sovelluksille. P2P-järjestelmien avulla on mahdollista jakaa resursseja kuten tiedon tallennustilaa, mediatiedostoja, verkon kaistanleveyttä tai laskentatehoa laitteiden kesken, jotka osallistuvat verkkoon, ilman suuria ja kalliita keskitettyjä palvelinkoneita. Mobiiliympäristön erityispiirteet kuten vähäinen laskentateho, vaihtelevat verkko-olosuhteet ja rajallinen akkukesto asettavat kuitenkin useita haasteita sujuvalle mobiililaitteiden vertaisverkkokäytölle; tähän vaikuttaa osaltaan myös hajautettujen P2P-järjestelmien monimutkaisuus.

Mobiililaitteiden ohjelmistokehitys ja mobiiliverkkojärjestelmien suunnittelu on haastavaa rajallisten laiteresurssien ja epäyhtenäisten ohjelmistoalustojen vuoksi. Lisäksi mobiililaitteen energiankulutus ja koko P2P-verkon reititystehokkuus, joka vaikuttaa esimerkiksi resurssien hakutehokkuuteen, riippuvat useista muuttuvista parametreista. P2P-sovelluskehitystä voidaan kuitenkin helpottaa käyttämällä välikerrosohjelmistoja, jotka kätkevät verkon käytön monimutkaisuuden sovellusohjelmoijilta.

Tämän väitöskirjan tutkimuksellinen uutuusarvo voidaan jakaa kolmeen osa-alueeseen: (1) Uusia toiminnallisuuksia mobiileihin välikerrosohjelmistoihin esitellään. Eräs näistä on verkkokerrosten välinen yhteydenhallintajärjestelmä, jossa pyritään valitsemaan tietyssä käyttötilanteessa paras verkkotekniikoiden yhdistelmä; valinnan tekee vaihdettavien tilakoneiden sisältämä logiikka. Toinen uusi toiminnallisuus on järjestelmä, joka asentaa puuttuvan sovelluksen käyttäjälle, kun käyttäjä saa toiselta käyttäjältä pyynnön ryhtyä yhteysjaksoon tämän kanssa. Myös soluverkkojen USSD-protokollaan perustuva signalointijärjestelmä esitellään; järjestelmän avulla helpotetaan P2P-yhteydenmuodostusta sellaisen mobiililaitteen kanssa, jonka IP-pohjainen verkkoyhteys on poissa päältä. Lisäksi P2PSIP-protokollan soveltuvuutta langattomien hajautettujen palvelujen toteuttamiseen analysoidaan. (2) Esitellään P2P-mittaustutkimuksia. Näissä havainnoidaan P2PP-protokollatoteutuksen viestien reititystehokkuutta ja viestien aiheuttamaa verkkoliikennekuormaa sekä mitataan saman toteutuksen aiheuttamaa energiankulutusta mobiililaitteessa. Lisäksi kuvaillaan mittauksissa hyödynnetty palvelinpohjainen testausjärjestelmä. (3) Esitetään kokemuksiin perustuvia neuvoja mobiilien välikerrosohjelmistojen kehitystyötä varten. Nämä sisältävät käytännöllisiä ohjeita rajoitetulla mobiilialustalla tapahtuvaan ohjelmistokehitykseen sekä neuvoja ja havaintoja liittyen yhtäaikaiseen useiden kohdealustojen ohjelmistokehitykseen.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica
ISSN: 0355-3213
ISSN-E: 1796-2226
ISSN-L: 0355-3213
ISBN: 978-951-42-9573-7
ISBN Print: 978-951-42-9572-0
Issue: 391
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.