Pervasive web services discovery and invocation in military networks

Abstract

In this report we first investigate techniques that can be employed to optimize Web services: We suggest using content filtering to reduce application overhead, data compression to address the Web services overhead, and using specialized transport protocols that can overcome the hardware limitations and disruptive nature of military networks. However, some of the optimization techniques break the compatibility with services and clients implemented with today’s development tools. Therefore, we suggest that proxies should be implemented. The optimization techniques can then be put in proxies, which can ensure that clients and services remain interoperable with theWeb services standards. Second, we investigate the Web services standards related to service discovery, and find that they can be used in many military networks, but that they are inadequate for use in disadvantaged grids. Thus, we survey existing service discovery solutions, and from their different implementations we learn about the various techniques that can be employed for achieving service discovery. We choose a set of techniques that are well suited for overcoming the challenges in disadvantaged grids: Decentralized operation to overcome availability issues, periodic service advertisements to ensure an up-to-date view of available services, caching to reduce resource use (no need to query the network), piggybacking to reduce the number of data packets, and compression to reduce the size of the data packets. We implement all these techniques in an experimental solution that we call Service Advertisements in MANETs (SAM). Then, knowing that we can perform service discovery in different networks, we investigate how to achieve service discovery across networks. We survey existing techniques for pervasive service discovery, and identify gateways as the simplest and most cost-effective way of achieving transparent service discovery protocol interoperability. We implement an experimental service discovery gateway, and use it in a military experiment featuring MANETs and fixed infrastructure networks. In this experiment we show that we can achieve transparent discovery between SAM and a Web services discovery standard. The premises for this report were that all techniques explored, conclusions drawn and decisions suggested in this report must be compatible with use in a federation of systems and that Web services should be employed not only for federating systems, but also as a middleware technology within the military networks as well. This means that it is beyond the scope of this report to create a unified solution for all networks, unless this solution was based on standards. Given these premises, the report addresses three research claims: 1) To be able to invoke Web services in military networks with constraints, adapting the standards is needed. 2) Networks with different properties require different discovery mechanisms. 3) In a federation of systems there is a need for application level interoperability points for service discovery. In summary, the contribution of this report is an evaluation of a set of techniques followed by proof-of-concept implementations that enable pervasive Web services discovery and invocation in dynamic, heterogeneous networks.

Denne rapporten tar for seg to hoveddeler av Web services: Først undersøker vi teknikker som kan benyttes for å optimalisere bruken av tjenestene - filtrering, komprimering, og transportprotokoller for å nevne noe. Optimaliseringsteknikkene vil ødelegge kompatibiliteten mellom klienter og tjenester utviklet med dagens programmeringsverktøy. Vi foreslår derfor at optimaliseringsteknikkene bør implementeres i proxier, noe som gjør at klienter og tjenere kan beholde interoperabiliteten ved å fortsette å følge Web services-standardene. Deretter undersøker vi metoder for å finne tjenester ("service discovery") i militære nettverk. I sivile systemer foretas service discovery ofte statisk i det systemet blir laget ("design-time discovery"). Det betyr at tjenesten man skal bruke blir valgt når klienten implementeres, slik at tjenestens adresse kan hardkodes i applikasjonen. Dette fungerer i statiske nettverk med høy oppetid, men i dynamiske omgivelser, slik som militære nettverk, så kan tjenester komme og gå. På grunn av dette trenger man å kunne oppdage nye tjenester mens systemet brukes ("run-time discovery"). I denne rapporten ser vi på Web services-standardene som kan benyttes til "service discovery", og påpeker hvilke typer nett de eventuelt kan benyttes i. Standardene er ikke tilstrekkelige for service discovery i disadvantaged grids. Vi ser derfor på en rekke eksisterende protokoller, og identifiserer et sett egenskaper som er ønskelige i en service discovery-protokoll for disadvantaged grids: Desentralisert protokoll for å sikre tilgjengelighet, periodiske oppdateringer for å gi en oppdatert tjenesteoversikt, mellomlagring for å redusere nettverksbruk, sammenslåing av data for å redusere antall datapakker, samt komprimering for å redusere størrelsen til pakkene. Alle disse teknikkene implementeres i en eksperimentell løsning som vi kaller "Service Advertisements in MANETs" (SAM). Videre ser vi på teknikker for å oppnå gjennomgående service discovery, og identifiserer en gateway som den enkleste og mest kosteffektive måten å oppnå transparent service discovery-interoperabilitet på. Vi implementerer videre en slik gateway, og benytter den i et eksperiment som omfatter både MANETs og nettverk med infrastruktur. I dette eksperimentet viser vi at vi kan oppnå transparent interoperabilitet mellom SAM og en av standardene for Web services discovery. To premisser ligger til grunn for arbeidet i denne rapporten, nemlig at alle foreslåtte teknikker og løsninger må være kompatible med en føderasjon av systemer og at Web services skal benyttes ikke bare mellom, men også innad i de ulike militære nettverkene. Dette innebærer at rapporten ikke tar sikte på å finne en altomfattende løsning for alle nettverk, med mindre denne løsningen er basert på standarder. Rapporten er bygget opp rundt følgende tre forskningspåstander: 1) For å kunne benytte Web services i militære nettverk med begrensninger er det nødvendig å gjøre tilpasninger av standardene. 2) Nettverk med ulike egenskaper krever ulike mekanismer for "service discovery". 3) I en føderasjon av systemer er det et behov for interoperabilitetspunkter på applikasjonsnivå for "service discovery". Rapportens bidrag er en evaluering av et sett teknikker som muliggjør gjennomgående bruk av Web services i og på tvers av dynamiske heterogene nettverk.