University of Jyväskylä, Agora Center	27.10.2003

Erikoistutkija, FT Tuomas Lukka

Tutkimussuunnitelma

Valtavirran haastaja: Paikkariippumaton Web (Location-independent Web)

Ratkaistava ongelma

WWW on ehdottomasti suosituin valtavirran tapa julkaista tietoa verkossa. Silti se kärsii useista ongelmista jotka aiheutuvat suoraan sen perusarkkitehtuurista. WWW-sivun URL koodaa suoraan koneen nimen, jolta URL tulee hakea. Jos tämä kone ei ole pystyssä tai verkkoyhteys kyseiseen koneeseen on poikki, järjestelmä ei osaa esim. hakea naapurin koneen välimuistiin tallentunutta versiota. WWW-sivujen muuttumisen takia yleisten välimuistien toteuttaminen on vaikeaa ja välimuistit joutuvat kuluttamaan resursseja sivujen muutosten tarkistamiseen. Erityisen kuormitetuille palveluille on olemassa järjestelmiä (esim. Akamai), jotka voivat hajauttaa staattiset sivut ympäri maailmaa siten, että sivut haetaan lähimmältä serveriltä.

P2P-järjestelmät ovat viime vuosina tulleet erittäin suosituiksi suurten tiedostojen (usein audio- tai videodataa) jakamiseen käyttäjien kesken ilman keskusservereitä. Mikäli serverittömyyden hyödyt (pienemmät kustannukset; vikasietoisuus) saataisiin toteutettua WWW-ympäristöön, tuloksena syntyvä systeemi voisi olla paljon käytettävämpi esim. mobiiliympäristössä.

Tämän projektin tarkoituksena on

Korvata staattisiin sivuihin perustuva WWW-ympäristö mahdollisimman täydellisesti P2P-teknologioihin perustuvalla ympäristöllä (pääongelma: uusien versioiden julkaisu ja löytäminen). Näin Akamai-palvelun tyylinen sivujen hajautus saataisiin toimimaan kaikille sivuille, jolloin sivun suosion äkillinen räjähdysmäinen kasvu ei kaataisi / hidastaisi palvelua (ns. “slashdot-efekti”).

Osoittaa, että useiden verkkoteknologioiden saumaton yhteiskäyttö (bluetooth, WLAN, laajakaista) onnistuu näin uudelleenrakennetussa ympäristössä saumattomasti (pääongelma: joustava P2P-verkkoarkkitehtuuri joka tukee usean eri verkkoyhteyden yhtäaikaista käyttöä). Päätelaite pystyisi käyttämään hyväkseen lähinnä olevia avoimia palveluita ja esimerkiksi hakemaan koneen omistajan seuraaman WWW-sivun uusimman version huomaamatta lähellä olevalta toiselta bluetooth -päätelaitteelta. Näin seuraavien sukupolvien verkkopalveluiden kustannuksia käyttäjille saataisiin ehkä pudotettua (esim. GPRS on kärsinyt tiedonsiirron korkeista hinnoista) ja sitä kautta seuraavan sukupolven laitteiden ja palveluiden käyttö yleistymään.

Löytää malleja interaktiivisten palveluiden (esim. vuorovaikutteinen keskustelupalsta, karttapalvelu) toimintaan kyseisessä ympäristössä esim. Java-servlettien ja applettien migraation avulla. Erityisen tärkeä kysymys on, voidaanko esim. maksulliset sisäänkirjautumiseen perustuvat palvelut siirtää hajautettuun ympäristöön. Lisäksi tärkeä kysymys on, mahdollistaisiko uusi arkkitehtuuri mielenkiintoisempien käyttöliittymien käytön esittämään verkon kautta levitettävää tietoa.

State of the Art

Viime vuosina P2P-järjestelmien kehitys on ollut valtavaa; järjestelmät kuten Freenet ja UC Berkeleyssä kehitetty Oceanstore antavat mahdollisuuden yhdistää verkotetut tietokoneet kokonaisuudeksi, josta minne tahansa sinne talletettu tieto voidaan löytää helposti. Kuitenkin WWW-järjestelmän heikkouksien poistaminen P2P-teknologioilla ilman lisärajoituksia ja välillä verkosta irtoavien työpisteiden sekä kapeakaistaisten P2P-järjestelmien tutkimus on vielä lapsenkengissään.

Oleellinen osa tätä projektia on vielä julkaisematon, Agora Centerin Fenfire-tutkimusryhmässä tehty tärkeä innovaatio siitä, miten muuttuvia tietoja (esim. WWW-sivu, jonka sisällöstä tehdään uusi versio) voidaan säilyttää tietomallissa, jossa itsessään ei ole mitään muuttuvia osia. Tämä innovaatio on oleellinen avainkomponentti, joka mahdollistaa yllä visioidun järjestelmän toteuttamisen.

Projektin organisaatio

Projekti suoritetaan itsenäisenä tutkimuksena Jyväskylän Yliopiston Agora Centerissä, läheisessä yhteistyössä Fenfire-tutkimusryhmän kanssa.

Vaiheet ja aikataulu

Projekti on suunniteltu kolmivuotiseksi: 1.1.2004-31.12.2006, ja on yhden ihmisen (Tuomas Lukka) täysipäiväinen projekti. Tutkimus jakautuu seuraaviin vaiheisiin, joiden ajoitus suhteessa toisiinsa on esitetty diagrammissa vaiheiden kuvausten jälkeen:

Vaihe 1: Kirjallisuus- ja teknologiakatsaus

Yksityiskohtainen kirjallisuuskatsaus P2P-teknologioiden ja hajautettujen julkaisujärjestelmien nykytilanteesta. Tuotos: T1

Vaihe 2: Paikkariippumattoman webin perusarkkitehtuurin suunnittelu

Tarkka suunnitelma hajautetun järjestelmän ensimmäisen prototyypin toteutuksesta. Sisältää ratkaisut WWW-sivujen versiointiin hajautetussa järjestelmässä sekä arvioita järjestelmän skaalautuvuudesta.

Vaihe 3: Prototyypin toteutus: versio 1

Prototyyppi P2P-ohjelmasta joka toteuttaa koko staattisen Webin feature setin. Normaalin webin piirteiden lisäksi prototyyppi pystyy (nykyisten suunnitelmien mukaan) helposti tallentamaan ja etsimään myös WWW-sivujen aikaisempia versioita, mikäli kukaan järjestelmässä on tallentanut niitä.

Vaihe 4: Useita protokollia saumattomasti käyttävä P2P-ympäristö: alkukokeilut ja arkkitehtuuri

Alustavia kokeiluja bluetooth, WLAN, GPRS/3G ja laajakaistaverkkojen yhteistoimintaa tukevasta P2P-ympäristöstä, joka mahdollistaisi paikkariippumattoman webin joustavan toiminnan useita protokollia tukevissa päätelaitteissa. Suunnitelma prototyypin arkkitehtuurista.

Vaihe 5: Prototyypin toteutus: versio 2

Version 1 täydentäminen edellisessä vaiheessa esitetyn suunnitelman mukaisesti tukemaan useita protokollia yhtäaikaisesti ja joustavasti.

Vaihe 6: Interaktiivisten palveluiden toiminta paikkariippumattomassa webissä: alkukokeilut ja arkkitehtuuri

Interaktiivisten palveluiden tuominen paikkariippumattomaan webiin kahden konkreettisen esimerkin kautta. Sekä uuden ympäristön mahdollistamien mielenkiintoisempien käyttöliittymien että mukanaan tuomien rajoitusten kartoitettaminen; maksullisten palveluiden toteutuksen tutkiminen. Prototyypin kolmannen vaiheen suunnittelu.

Vaihe 7: Prototyypin toteutus: versio 3

Prototyypin laajentaminen tukemaan interaktiivisia sovelluksia pohjautuen edelliseen vaiheeseen.

Tuotokset

Päiväys	ID	Otsikko
1.3.04		State of the Art -katsaus asiaan liittyviin teknologioihin
1.6.04		Raportti: paikkariippumattoman webin perusarkkitehtuuri
1.10.04		Prototyyppi 1
1.1.05		Raportti: useita protokollia saumattomasti käyttävän P2P-ympäristön arkkitehtuuri
1.6.05		Prototyyppi 2
1.9.05		Demoversio ensimmäisestä interaktiivisesta palvelusta paikkariippumattomassa webissä
1.1.06		Demoversio toisesta interaktiivisesta palvelusta paikkariippumattomassa webissä
1.3.06		Raportti: interaktiivisten palvelujen sovittaminen paikkariippumattomaan webiin
1.9.06		Prototyyppi 3 – täysin käytettävä versio
31.12.06		Loppuraportti

Vaiheeseen 5 asti kaikki tuotettava ohjelmakoodi julkaistaan vapaalla lisenssillä; jotta kehitetyillä teknologioilla olisi todella mahdollisuus haastaa perinteinen WWW-alusta. Mikäli nämä teknologiat onnistuvat oikeasti saamaan merkittävän aseman, vaiheet 6 ja 7 saattavat tuottaa merkittäviä patentoitavia menetelmiä.

Lisäksi työn tuloksia on tarkoitus julkaista soveltuvilta osin sopivissa kansainvälisissä foorumeissa.

2003-10-27T19:47:57