Action Spécifique du département STIC

Mobilité / Accès aux données

 

 

Porteur : Philippe Pucheral (PRiSM)

DSA/CM : Nicole Bidoit

 

Participants : IMAG-LSR, INT, LIP6, LORIA, PRiSM, EPFL

 

 

 

Soumission du 19 juillet 2001

 

 

 


Action spécifique Mobilité / Accès aux données

Proposée par :

IMAG-LSR, INT, LIP6, LORIA, PRiSM, EPFL

 

 

1.      Introduction

Le développement fulgurant des télécommunications sans fil (GSM, UMTS, réseaux ad-hoc) combiné à la prolifération des calculateurs ultra-légers connectables à l’Internet (assistants personnels, téléphones cellulaires, cartes à puce …) ou bien connectés en réseaux locaux (domotique, automobile, avionique …) amène une profonde mutation dans la conception, le déploiement et l’utilisation des systèmes d’information. Cette évolution technologique doit permettre à un utilisateur d’accéder à des données et d’exécuter des traitements n’importe où, n’importe quand et à partir de n’importe quel terminal. Les applications de ce nouveau type de traitement, souvent appelé ubiquitous computing ou pervasive computing, sont multiples. Il peut s’agir d’applications personnelles dans lesquelles un utilisateur veut pouvoir accéder à tout moment à des données publiques (météo, trafic routier, cours de la bourse …) ou privées (données bancaires, agenda, dossier médical, bookmarks …). Il peut également s’agir d’applications professionnelles dans lesquelles des employés doivent accéder et partager en permanence, et où qu’ils se trouvent, des données relatives à leur entreprise ou à la tâche qu’ils exécutent en commun. Ces besoins sont à mettre en opposition avec les contraintes fortes induites par l’environnement matériel et logiciel utilisé : faible débit des réseaux hertziens, déconnexions fréquentes (volontaires ou non), faibles capacités des terminaux mobiles en terme d’affichage, d’autonomie électrique, de puissance de traitement et de stockage, inadéquation des outils de médiation (middleware) conçus jusqu’à présent pour interconnecter des clients et des serveurs fixes.

L’objet de l’action spécifique (AS) « Mobilité/accès aux données » est d’identifier les dimensions du problème introduit par les accès itinérants aux données, de caractériser les actions de recherche majeures qui en découlent et d’initier une réelle coopération scientifique entre plusieurs équipes de recherche sur un petit nombre de ces actions. Conscients de l’imbrication croissante entre systèmes de bases de données, systèmes de communication et systèmes de médiation, les partenaires de l’AS  « Mobilité/accès aux données » ont privilégié un double éclairage Bases de données et Systèmes distribués sur cette thématique.

Ce document est structuré comme suit. La section 2 introduit les dimensions du problème des accès itinérants aux données. La section 3 fixe les objectifs de l’AS « Mobilité/accès aux données ». La section 4 liste les équipes participant à cette AS. La section 5 présente le programme de travail de l’AS et la section 6 précise le budget nécessaire à la mise en œuvre de ce programme.


2.      Dimensions du problème et perspectives


La figure 1 illustre un environnement typique permettant de réaliser des accès itinérants à des données. Les mobiles sont de type assistants personnels, peuvent héberger localement certaines données et peuvent se connecter via une interface radio à faible débit (quelques Kbps) au réseau filaire à haut débit afin d’accéder à des serveurs de données. Les outils de médiation assurent différents services tels que la localisation, la gestion des déconnexions, la cohérence des traitements, etc. Notons que dans certaines configurations, un calculateur mobile peut également être considéré comme un serveur (ex : prise de rendez-vous entre plusieurs assistants personnels).

Figure 1 : Accès itinérant aux données

La gestion des données en environnement mobile pose des problèmes spécifiques par rapport à la mobilité en général. On peut distinguer les dimensions suivantes de ce problème :

-           Interrogation des données : par rapport à des interrogations traditionnelles, les requêtes émises à partir de mobiles font fréquemment intervenir la localisation de l’utilisateur et éventuellement des contraintes de temps (ex : trouver les hôtels les plus proche de la position que l’utilisateur aura atteinte dans une heure). On parle alors de requêtes spatio-temporelles. Si par contre l’information interrogée est indépendante de l’utilisateur (ex : les cours de la bourse), une autre forme d’échange peut être envisagée. Le serveur diffuse l’information et les clients se mettent à son écoute. Un client peut également s’abonner à un objet et être notifié lorsque celui-ci change d’état (publish/subscribe). Ces alternatives au mode client-serveur traditionnel offrent des avantages du point de vue de la consommation de bande passante et du support de l’asynchronisme lié aux déconnexions. Des adaptations sont également à prévoir quant à la saisie de la requête et à la visualisation des résultats, compte tenu des capacités d’affichage restreintes de la plupart des mobiles.

-           Mise à jour des données : une particularité des mobiles est d’effectuer des mises à jour de données tout en étant déconnectés du serveur. Il s’agit donc d’un modèle de réplication symétrique où tous les répliquas ne sont pas accessibles de façon synchrone. Des protocoles sophistiqués de réconciliation sont donc nécessaires pour faire converger les différents répliquas. D’autre part, de nouveaux protocoles transactionnels doivent être conçus pour garantir tout ou partie des propriétés ACID lorsque clients et/ou serveurs sont mobiles. Le support de la coopération entre utilisateurs mobiles demande quant à elle des modèles ad-hoc s’éloignant des propriétés ACID traditionnelles.

-           Gestion des données embarquées : la gestion de données embarquées pose de nouveaux challenges en terme d’économie de ressources telles que : énergie électrique, RAM, stockage persistant,  … Ce problème est compliqué par le fait que les calculateurs ultra-légers sont souvent basés sur des architectures matérielles très spécialisées qui en font des ordinateurs peu communs (ex : la carte à puce). Ce problème est d’autant plus crucial que l’on estime qu’un citoyen des pays développés interagira quotidiennement avec environ 80 processeurs par le biais de systèmes embarqués ou enfouis. Par ailleurs, la durabilité (i.e., tolérance aux pannes) des données embarquées se pose avec acuité compte tenu de la vulnérabilité des calculateurs ultra-légers face à la perte, au vol ou à la destruction.

-           Sécurité des données : lorsque les données sont trop volumineuses pour être embarquées ou qu’elles sont partagées, le moyen le plus simple pour les rendre disponibles de tout endroit est de les stocker sur un serveur fixe, par exemple géré par un ASP (Application Service Provider) et d’y accéder via l’Internet. Se pose alors le problème de la confidentialité de ces données. Des modèles de sécurité de bout en bout (du mobile à la donnée stockée) restent à définir afin de résister à tout type d’attaques, y compris celles dirigées vers l’empreinte disque générée par les bases de données et celles dirigées par un administrateur de données. Ces modèles de sécurité imposent une parfaite coordination entre les protocoles de transport réseaux, les outils de médiation et les serveurs de données et de traitement.

-           Localisation des données : du fait de la mobilité, la localisation est devenue un des services de médiation les plus critiques et nécessite la conception de traders intelligents. Un utilisateur (ou un calculateur rejoignant un réseau ad-hoc) doit être capable de découvrir les données et services disponibles à proximité. Une base de localisation doit également offrir des outils permettant de tracer les déplacements d’une population de mobiles (par exemple pour gérer une flotte de taxi). De nouvelles techniques d’indexation et de stockage sont requises pour gérer efficacement ce type de requêtes.

-           Adaptabilité : les contraintes matérielles imposées par les réseaux hertziens et les terminaux mobiles imposent la définition de services adaptables, aussi bien au niveau de la couche transport des réseaux qu’au niveau des outils de médiation. Par exemple, un flux vidéo doit pouvoir être adapté à la capacité d’affichage et de stockage temporaire du terminal utilisé. Du point de vue de la gestion des données, cette adaptabilité peut se traduire par des compromis entre performance et précision d’une requête (par exemple si cette requête porte sur la localisation de certaines données) ou entre latence et consommation de ressources sur le client. De nouveaux bancs d’essais doivent être conçus pour intégrer ces compromis peu habituels dans le domaine des bases de données où la qualité d’un système se mesure classiquement en termes de débit transactionnel.

 


3.      Objectifs de l’AS

L’objectif de l’AS « Mobilité/Accès aux données » est double :

-           Synthèse : les membres de l’AS souhaitent réaliser un important travail de synthèse afin d’identifier les thématiques de recherche importantes à explorer dans le domaine de la mobilité et de l’accès aux données. Plus concrètement, l’objectif est de rédiger un document collectif de référence sur le domaine considéré (manifesto). Au-delà de son utilisation au sein du département STIC, ce document aura vocation à être publié dans un journal international et pourra servir de base pour la mise en place de tutoriaux (formations 3ème cycle, conférences …).  

-           Recherche : l’objectif est de cibler quelques actions de recherche pour lesquelles un sous-ensemble des membres de l’AS souhaite initier une coopération de recherche. Quatre actions de recherche ont d’ores et déjà été identifiées (cf. section 5). Elles ont vocation à être poursuivies au-delà de la période initiale de un an fixée dans l’AS.

4.      Equipes participantes

La table 1 donne la liste des participants permanents à l’AS « Mobilité/Accès aux données », sachant que des doctorants de chaque équipe seront également activement impliqués dans les travaux de l’AS.  Les noms apparaissant en gras correspondent au contact officiel de l’AS à l’intérieur de chaque équipe.

Equipes

Labo

Membres

Compétences

Bases de données

 

LSR - IMAG

 

Michel Adiba (PR)
Christine Collet (PR)
Claudia Roncancio (MC)

Gestion de données par services adaptables : persistance, duplication, service de transactions pour environnements mobiles

Bases de données

 

Systèmes Distribués

INT Evry

 

INT Evry

Bruno Defude (MC)

 

Guy Bernard (PR)
Sophie Chabridon (MC)

BD mobiles, gestion de la cohérence, modèles de transactions avancés

Infrastructure système pour la mobilité : déconnexion, adaptation dynamique, localisation

Bases de données

LIP 6

Stéphane Gancarsky (MC)
Patrick Valduriez (PR)

BD distribuées et mobiles, gestion de la cohérence, modèles de transaction avancés

Env. / Coopération

LORIA

Gérôme Canals (MC)
Pascal Molli (MC)

Accès mobile dans une infrastructure de support à des équipes virtuelles, adaptation et cohérence des services.

Bases de données

 


Réseaux mobiles

PRiSM

 


PRiSM

Luc Bouganim (MC)
Philippe Pucheral (PR)


Jalel Ben-Othman (MC)

BD embarquées, sécurité des BD, protocoles transactionnels pour la mobilité

Contrôle de flux, routage et sécurité dans les réseaux mobiles et ad-hoc

Systèmes Distribués

EPFL

Rachid Guerraoui[1]

Abstractions et algorithmes pour la programmation distribuée, application à la mobilité et à la déconnexion

Table 1 : Liste des participants

Ce groupe de participants s’est constitué en tenant compte de trois critères :

-           être le plus représentatif possible des équipes nationales travaillant dans le domaine des accès itinérants aux données, tout en gardant une taille réduite facilitant un travail commun effectif (cette dernière contrainte nous a hélas amené à écarter des participants de valeur qui trouveront leur place dans un autre type de coopération),

-           favoriser une coopération pluri-disciplinaire, aussi bien inter-laboratoire que intra-laboratoire, en associant des équipes Bases de données et Systèmes Distribués,

-           assurer un lien avec les membres d’autres communautés impliqués dans des actions de recherche connexes[2].

Enfin, des appels ponctuels à des experts externes à l’AS pourront être envisagés s’il s’avère que leur compétence peut apporter une plus-value au déroulement d’une action de recherche.

5.      Programme de travail

Afin d’atteindre les objectifs visés en section 3, les partenaires de l’AS ont décidé de l’organisation suivante :

-           5 réunions plénières seront tenues pour garantir un bon suivi des travaux (T0, T0+3, T0+6, T0+9, T0+12).

-           Chaque action de recherche fera l’objet de réunions séparées dont la fréquence sera guidée par les besoins de recherche. Dans ce cadre, des membres d’une équipe (permanents ou doctorants) pourront effectuer un séjour de longue durée dans une équipe partenaire. Chaque action sera animée par une personne désignée au démarrage de l’AS.

-           Un canevas du manifesto « Mobilité et accès aux données » sera réalisé à T0+3 et finalisé à T0+12.

-           Un workshop sera organisé à T0+12 pour présenter les résultats de l’AS, aussi bien à des représentants du département STIC qu’aux chercheurs des communautés Bases de données, Réseaux et Systèmes distribués. Si un accord est trouvé dans ce sens, il est envisageable d’organiser un workshop commun aux différentes AS liées à la mobilité ainsi qu’au groupe de travail I3 sur la mobilité.

Quatre actions de recherche, du fait de leur intérêt et de leur caractère fédérateur, ont d’ores et déjà été identifiées au cours d’une réunion plénière tenue le vendredi 06 juillet au PRiSM. Compte tenu de la durée initiale très courte de l’AS (un an), aucun engagement de résultat ne peut être pris, si ce n’est celui d’initier une coopération effective. Ces actions sont les suivantes :

-           Politiques de synchronisation (PRiSM, LORIA, EPFL, INT) : il s’agit de formaliser les types d’interaction pouvant s’établir dans une population de mobiles parteagant  un ensemble d’objets et d’en déduire des politiques de synchronisation applicables dans des domaines aussi variés que les traitements coopératifs entre utilisateurs mobiles ou la durabilité des données embarquées. Jean Ferrié (LIRMM) est pressenti pour apporter une expertise externe dans cette action.

-           Cohérence et qualité de service (LIP6, LSR, LORIA, INT) :  l’idée est de considérer la cohérence des traitements comme une dimension à part entière de la Qualité de Service (QoS). Les résultats peuvent trouver leur application dans un service de transactions mobiles adaptable aussi bien que dans un système de répartition de charge pour un serveur accédé par une population de mobiles.

-           Sécurité des accès aux données (PRiSM, LIP6, LSR) : l’objectif est de préciser l’ensemble des mécanismes à mettre en œuvre, aussi bien du point de vue réseaux, outils de médiation et bases de données pour assurer une sécurité de bout en bout (du terminal mobile aux sources de données fixes).

-           Expérimentation (tous les partenaires) : les équipes Réseaux et Bases de données du PRiSM mettent actuellement en commun leurs moyens pour construire une plateforme matérielle et logicielle destinée à différents types d’expérimentation en environnement mobile. L’objectif est de mettre cette plateforme à la disposition de tous les partenaires de l’AS et de la compléter avec quelques éléments matériels et logiciels pouvant bénéficier à tous (ex : calculateurs mobiles de type PDA empruntables par tout partenaire, licence d’un logiciel partagé …). Deux applications pilotes pourraient être installées sur cette plateforme et servir de référence commune : un outil de coopération pour utilisateurs mobiles (développé par le LORIA) et un dossier portable sécurisé embarqué sur carte à puce (développé par le PRiSM).

 

 



[1] Rachid Guerraoui (EPFL) a été invité à participer à titre individuel à cette action spécifique compte tenu de ses compétences fortes dans le domaine et des coopérations fructueuses qu’il a déjà menées dans d’autres cadres avec plusieurs participants à cette action.

[2] Gérôme Canals est co-animateur d'un nouveau groupe de travail du GDR I3 (Information, Interaction, Intelligence) dont le  thème est "mobilité et ubiquité".  Par ailleurs, la participation des équipes Systèmes distribués et Réseaux mobiles à notre AS facilitera la communication avec les autres AS mobilité (réseaux ambiants et code mobile).