THE WANDERING LOGIC INTELLIGENCE A HYPERACTIVE APPROACH TO NETWORK EVOLUTION AND ITS APPLICATION TO ADAPTIVE MOBILE MULTIMEDIA COMMUNICATIONS Plamen L. Simeonov Tag der Einreichung: 19.06.2002 Tag der Verteidigung: 18.12.2002 Gutachter: 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dietrich Reschke, Technische Universität Ilmenau 2. Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Lange, Siemens AG, Berlin 3. Univ.-Prof. Dr. Kenneth J. Turner, University of Stirling, Scotland, UK Zusammenfassung Diese Dissertation ist wie folgt organisiert. Kapitel 1 beschreibt den Rahmen der Dissertation: das Forschungsgebiet, die Motivation für diese Arbeit, die Beiträge des Autors und die Darstellungsstruktur. Kapitel 2 beinhaltet die Übersicht und die Klassifikation der einzelnen Bereiche, die Gegenstand der Dissertation sind. Sektion 2.4 untersucht die heutigen Forschungsgebiete in der drahtlosen mobilen Telekommunikation mit dem Ziel, die Anwendungsdomäne für diese Dissertationsarbeit zu identifizieren. Kapitel 3 ist den Aktiven Netzen (AN) gewidmet, dem eigentlichen Fundament der Dissertation. Es beginnt mit einer Einführung in die Entstehung der aktiven Software-Architekturen. Weiter beschreibt es die Herausforderungen, denen sie sich in der modernen Telekommunikationswelt stellen müssen. Abschnitt 3.2 des Kapitels beinhaltet das konzeptionelle Paradigma der Aktiven Netze: das ihnen zugrunde liegende Referenz-Modell. Weiter folgt eine Zusammenfassung der Forschungsvorhaben und der gegenwärtigen Implementationsrahmen. Abschnitt 3.3 ist den AN-Architekturen gewidmet und identifiziert Muster und Tendenzen in der AN-Forschung, um eine Genealogie der Idee des Wandernden Netzes abzuleiten. Das Exposé enthält eine kurze Übersicht der Enabling-Technologies für Aktive Netzwerke, indem es einige Schlüsselvorteile betont. Abschnitt 3.4 umschreibt die AN-Forschungsdomäne mit Fokus auf verschiedenen Anwendungen. Abschnitt 3.5 wichtet die Hauptrichtungen in der AN-Forschung. Insbesondere werden die Anwendungen von Aktiven Netzen in der mobilen Telekommunikation betrachtet. Schließlich liefert Abschnitt 3.6. eine allgemeine Analyse und Diskussion der AN-Methode einschl. eines Vergleichs der Netzprogrammierungsarten. Einen Ausblick für die weitere Forschung und eine Zusammenfassung mit entsprechenden Schlussfolgerungen geben die Abschnitte 3.7, 3.8 und 3.9. Kapitel 4 ist der Hardware-Seite der Hypothese über das Wandernde Netzwerk gewidmet. Einige Spezialthemen des Rekonfigurierbaren Computings, die bei Micro- (Chip) und Makro- (Computer) Komponenten-Architekturen in den heutigen Netzen genutzt werden, werden detailliert präsentiert. Besondere Aufmerksamkeit wird im Abschnitt 4.2 den Auswirkungen der Aktiven Netzwerke und des Rekonfigurierbaren-Computings auf die Definition der heutigen Netzinfrastrukturen gewidmet. Hier werden einige offene Fragen aus den vorangegangenen drei Kapiteln erörtert, wie das Mischen von aktiven und passiven Flows, Flexibilität vs. Sicherheit und Konfiguration vs. Encapsulation. Kapitel 5 stellt den Kern der Dissertation, die Wandernde-Logik-Intelligenz (WLI), dar. Das Exposé beschreibt die allgemeinen Anforderungen und die zukünftigen Perspektiven in Aktiven Netzen und verwandten Disziplinen, um die Architekturbasis der WLI-Methode zu definieren. Die Argumentation und die Definition der WLI-Architektur ist in Abschnitt 5.2 gegeben. Danach folgen in Abschnitt 5.3 die vier Prinzipien des Wandernden Netzes: Dualistische Kongruenz, Multidimensionale Rückkopplung, Selbst-Referenz (Selbstbezug) und Pulsierende Metamorphose. Kapitel 6 demonstriert die Angemessenheit der WLI-Methode in einer Fallstudie mit der formalen Spezifikation und dem Test eines Algorithmus’ für aktives mobiles ad-hoc Routing in der TLA+-Technik (Temporal Logic of Actions). Schliesslich liefert Kapitel 7 eine allgemeine Auswertung der Thesen dieser Dissertation, atwortet einigen Abschlußfragen und beendet diese Arbeit mit Empfehlungen für die zukunftige Forschung.
This thesis is organized as follows. Chapter 1 introduces the overall frame of the thesis: field of research, motivation, author?s contributions and structure. Chapter 2 presents an introduction and classification of the particular areas involved in this dissertation. Section 2.4 reviews the present research areas in wireless mobile communications with the objective to identify the application domain frame for this thesis work. Chapter 3 is devoted to Active Networks (AN). We build this thesis work on this fundament. The review begins with introducing the reasons for the emergence of active software architectures followed by the challenges in modern communications to which they are exposed. Then, section 3.2 describes the conceptual paradigm of Active Networking, the underlying Reference Model, and a summary of the research approaches and the current implementation framework. Section 3.3 is dedicated to the active network architectures with the goal to identify the patterns and trends in AN research in order to derive a genealogy of the upcoming idea of the Wandering Network. The expose includes a short review of the enabling technologies for active networking highlighting their key advantages. Section 3.4 reviews the domains of AN research with a focus on a variety of applications. Section 3.5 identifies the mainstream directions in AN research. A special attention is dedicated to the application of active networks in mobile communications. Finally, section 3.6 provides an overall analysis and discussion of the active network approach including a comparison of the network programming approaches. An outlook for further research and a summary with conclusions are given in sections 3.7, 3.8 and 3.9 respectively. Chapter 4 is devoted to the "hardware" branch of the Wandering Network hypothesis. Here we presents in detail some specific issues in Reconfigurable Computing as related to micro (chip) and macro (computer) component architectures used in present day networks. In section 4.2 special attention is devoted to the implications of active networking and reconfiguration in defining today's network infrastructures. Here we address some open questions from the previous three chapters: mixing active and passive flows, flexibility vs. security and configuring vs. encapsulation. Chapter 5 presents the kernel of this thesis? research, the Wandering Logic Intelligence (WLI). The exposé describes the general requirements and the future directions in active networking and related disciplines in order to define the architectural base of the WLI approach. The argumentation and the definition of the WLI architecture is given in section 5.2, followed by the four principles of the Wandering Network - Dualistic Congruence, Multidimensional Feedback, Self-Reference, and Pulsating Metamorphosis -, in section 5.3. Chapter 6 demonstrates the suitability of the WLI approach in a case study with the formal specification and test of an algorithm for active mobile ad-hoc routing in TLA+, the Temporal Logic of Actions technique. Finally, chapter 7 provides an overall evaluation of the thesis objectives, answers some final questions and concludes this work with directions for further research.