Enabling scalable collaboration by introducing platform-independent communication for the Peer Model

Abstract

Trotz der enormen technischen Entwicklungen der Computerhardware und den dadurch ermöglichten Fähigkeiten in den letzten Jahrzehnten werden auch weiterhin viele Aufgaben nicht von einer Maschine alleine bewältigbar sein. Die Integration von Systemen zu einem verteilten System zur kooperativen Bewältigung einer Aufgabe ist jedoch durch die Heterogenität der Maschinen, beispielsweise bei Hardware oder Betriebssystem, eine komplexe Angelegenheit. Diese Diplomarbeit stellt die Enterprise-Java-Implementierung des Peer Models vor, das von der Space Based Computing Group am Institut für Computersprachen an der Technischen Universität Wien erfunden und spezifiziert wurde. Das Peer Model ist ein datengetriebenes Modell für die Koordination von heterogenen Systemen, welches auf den Konzepten der Timed und Colored Petri-Netzen basiert. Eine der wichtigsten Anforderungen für die Kollaboration zwischen Maschinen ist die Kommunikation zwischen diesen. Die Diplomarbeit evaluiert daher einige Serialisierungsund Kommunikationsformate, um plattformunabhängige Mechanismen für das Auffinden von Peer-Model-Instanzen im Netzwerk, sowie den Datenaustausch mit diesen zu ermöglichen. Dies erlaubt die Entwicklung von skalierbaren und verteilten Lösungen, wobei die involvierten Peer-Model-Instanzen nicht notwendigerweise in der selben Programmiersprache entwickelt sein müssen. Zusätzlich können mit dieser Implementierung während der Laufzeit der Peer-Model-Instanz dynamisch Komponenten hinzugefügt und entfernt werden. Die Implementierung wird in eine im Aufbau befindliche Toolchain integriert, die verschiedene Werkzeuge und Systeme im Peer-Model-Kontext bereitstellt. Mehrere Diplomarbeiten und eine Dissertation verwenden oder erweitern diese Implementierung bereits für deren Anwendungsfälle.

Despite enormous technical developments on computer hardware and the resulting abilities in the last decades, many applications are still not and will never be computable by one machine alone. For collaboration, various machines are thus assembled to distributed systems; however, as these machines may be heterogeneous in hardware and operating systems, this integration shows to be a challenging task. The contribution of this diploma thesis is an enterprise Java implementation of the Peer Model, a data-driven model for collaboration of heterogeneous systems based on the concepts of Timed and Colored Petri Nets, introduced and specified by the Space Based Computing Group of the Institute for Computer Languages, TU Wien. One of the primary requirements of collaboration between machines is to enable communication between them. To that end, the thesis evaluates several serialization and communication formats and defines a platform-independent mechanism of instance discovery and data exchange between Peer Model instances. Thus, it allows to build up scalable and distributed solutions while not requiring the Peer Model instances executed on the collaborating machines being implemented in the same programming language. Furthermore, the implementation allows to add and remove entities during the runtime of the Peer Model instance and thus enables dynamic adaptions while being executed. The implementation is integrated into a developing toolchain composed of various tools and systems in the Peer Model context. Furthermore, a few diploma theses and one PhD thesis are already using or extending this implementation for their use cases.