fix eligibility traces
[oweals/gnunet.git] / src / ats / libgnunet_plugin_ats_ril.c
1 /*
2  This file is part of GNUnet.
3  (C) 2011 Christian Grothoff (and other contributing authors)
4
5  GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
6  it under the terms of the GNU General Public License as published
7  by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
8  option) any later version.
9
10  GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
11  WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13  General Public License for more details.
14
15  You should have received a copy of the GNU General Public License
16  along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
17  Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
18  Boston, MA 02111-1307, USA.
19  */
20
21 /**
22  * @file ats/libgnunet_plugin_ats_ril.c
23  * @brief ATS reinforcement learning solver
24  * @author Fabian Oehlmann
25  * @author Matthias Wachs
26  */
27 #include "libgnunet_plugin_ats_ril.h"
28
29 #define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "ats-ril",__VA_ARGS__)
30
31 #define RIL_ACTION_INVALID -1
32 #define RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT (3 + GNUNET_ATS_QualityPropertiesCount)
33 #define RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT 4
34 #define RIL_INTERVAL_EXPONENT 10
35
36 #define RIL_DEFAULT_STEP_TIME_MIN GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_UNIT_MILLISECONDS, 500)
37 #define RIL_DEFAULT_STEP_TIME_MAX GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_UNIT_MILLISECONDS, 3000)
38 #define RIL_DEFAULT_ALGORITHM RIL_ALGO_SARSA
39 #define RIL_DEFAULT_DISCOUNT_BETA 0.7
40 #define RIL_DEFAULT_GRADIENT_STEP_SIZE 0.4
41 #define RIL_DEFAULT_TRACE_DECAY 0.6
42 #define RIL_DEFAULT_EXPLORE_RATIO 0.1
43
44 /**
45  * ATS reinforcement learning solver
46  *
47  * General description
48  */
49
50 /**
51  * The actions, how an agent can manipulate the current assignment. I.e. how the bandwidth can be
52  * changed for the currently chosen address. Not depicted in the enum are the actions of switching
53  * to a particular address. The action of switching to address with index i is depicted by the
54  * number (RIL_ACTION_TYPE_NUM + i).
55  */
56 enum RIL_Action_Type
57 {
58   RIL_ACTION_NOTHING = 0,
59   RIL_ACTION_BW_IN_DBL = 1,
60   RIL_ACTION_BW_IN_HLV = 2,
61   RIL_ACTION_BW_IN_INC = 3,
62   RIL_ACTION_BW_IN_DEC = 4,
63   RIL_ACTION_BW_OUT_DBL = 5,
64   RIL_ACTION_BW_OUT_HLV = 6,
65   RIL_ACTION_BW_OUT_INC = 7,
66   RIL_ACTION_BW_OUT_DEC = 8,
67   RIL_ACTION_TYPE_NUM = 9
68 };
69
70 enum RIL_Algorithm
71 {
72   RIL_ALGO_SARSA = 0,
73   RIL_ALGO_Q = 1
74 };
75
76 enum RIL_E_Modification
77 {
78   RIL_E_SET,
79   RIL_E_ZERO,
80   RIL_E_ACCUMULATE,
81   RIL_E_REPLACE
82 };
83
84 /**
85  * Global learning parameters
86  */
87 struct RIL_Learning_Parameters
88 {
89   /**
90    * The TD-algorithm to use
91    */
92   enum RIL_Algorithm algorithm;
93
94   /**
95    * Learning discount factor in the TD-update
96    */
97   double beta;
98
99   /**
100    * Gradient-descent step-size
101    */
102   double alpha;
103
104   /**
105    * Trace-decay factor for eligibility traces
106    */
107   double lambda;
108
109   /**
110    *
111    */
112   double explore_ratio;
113
114   /**
115    * Minimal interval time between steps in milliseconds
116    */
117   struct GNUNET_TIME_Relative step_time_min;
118
119   /**
120    * Maximum interval time between steps in milliseconds
121    */
122   struct GNUNET_TIME_Relative step_time_max;
123 };
124
125 /**
126  * Wrapper for addresses to store them in agent's linked list
127  */
128 struct RIL_Address_Wrapped
129 {
130   /**
131    * Next in DLL
132    */
133   struct RIL_Address_Wrapped *next;
134
135   /**
136    * Previous in DLL
137    */
138   struct RIL_Address_Wrapped *prev;
139
140   /**
141    * The address
142    */
143   struct ATS_Address *address_naked;
144 };
145
146 struct RIL_Peer_Agent
147 {
148   /**
149    * Next agent in solver's linked list
150    */
151   struct RIL_Peer_Agent *next;
152
153   /**
154    * Previous agent in solver's linked list
155    */
156   struct RIL_Peer_Agent *prev;
157
158   /**
159    * Environment handle
160    */
161   struct GAS_RIL_Handle *envi;
162
163   /**
164    * Peer ID
165    */
166   struct GNUNET_PeerIdentity peer;
167
168   /**
169    * Whether the agent is active or not
170    */
171   int is_active;
172
173   /**
174    * Number of performed time-steps
175    */
176   unsigned long long step_count;
177
178   /**
179    * Experience matrix W
180    */
181   double ** W;
182
183   /**
184    * Number of rows of W / Number of state-vector features
185    */
186   unsigned int m;
187
188   /**
189    * Number of columns of W / Number of actions
190    */
191   unsigned int n;
192
193   /**
194    * Last perceived state feature vector
195    */
196   double * s_old;
197
198   /**
199    * Last chosen action
200    */
201   int a_old;
202
203   /**
204    * Eligibility trace vector
205    */
206   double * e;
207
208   /**
209    * Address in use
210    */
211   struct ATS_Address * address_inuse;
212
213   /**
214    * Head of addresses DLL
215    */
216   struct RIL_Address_Wrapped * addresses_head;
217
218   /**
219    * Tail of addresses DLL
220    */
221   struct RIL_Address_Wrapped * addresses_tail;
222
223   /**
224    * Inbound bandwidth assigned by the agent
225    */
226   unsigned long long bw_in;
227
228   /**
229    * Outbound bandwidth assigned by the agent
230    */
231   unsigned long long bw_out;
232 };
233
234 struct RIL_Network
235 {
236   /**
237    * ATS network type
238    */
239   enum GNUNET_ATS_Network_Type type;
240
241   /**
242    * Total available inbound bandwidth
243    */
244   unsigned long long bw_in_available;
245
246   /**
247    * Total assigned outbound bandwidth
248    */
249   unsigned long long bw_in_assigned;
250
251   /**
252    * Total available outbound bandwidth
253    */
254   unsigned long long bw_out_available;
255
256   /**
257    * Total assigned outbound bandwidth
258    */
259   unsigned long long bw_out_assigned;
260 };
261
262 /**
263  * A handle for the reinforcement learning solver
264  */
265 struct GAS_RIL_Handle
266 {
267   /**
268    * The solver-plugin environment of the solver-plugin API
269    */
270   struct GNUNET_ATS_PluginEnvironment *plugin_envi;
271
272   /**
273    * Statistics handle
274    */
275   struct GNUNET_STATISTICS_Handle *stats;
276
277   /**
278    * Number of performed steps
279    */
280   unsigned long long step_count;
281
282   /**
283    * Timestamp for the last time-step
284    */
285   struct GNUNET_TIME_Absolute step_time_last;
286
287   /**
288    * Task identifier of the next time-step to be executed
289    */
290   GNUNET_SCHEDULER_TaskIdentifier step_next_task_id;
291
292   /**
293    * Whether a step is already scheduled
294    */
295   int task_pending;
296
297   /**
298    * Variable discount factor, dependent on time between steps
299    */
300   double discount_variable;
301
302   /**
303    * Integrated variable discount factor, dependent on time between steps
304    */
305   double discount_integrated;
306
307   /**
308    * Lock for bulk operations
309    */
310   int bulk_lock;
311
312   /**
313    * Number of changes during a lock
314    */
315   int bulk_changes;
316
317   /**
318    * Learning parameters
319    */
320   struct RIL_Learning_Parameters parameters;
321
322   /**
323    * Array of networks with global assignment state
324    */
325   struct RIL_Network * network_entries;
326
327   /**
328    * Networks count
329    */
330   unsigned int networks_count;
331
332   /**
333    * List of active peer-agents
334    */
335   struct RIL_Peer_Agent * agents_head;
336   struct RIL_Peer_Agent * agents_tail;
337 };
338
339 /*
340  *  Private functions
341  *  ---------------------------
342  */
343
344 /**
345  * Estimate the current action-value for state s and action a
346  *
347  * @param agent agent performing the estimation
348  * @param state s
349  * @param action a
350  * @return estimation value
351  */
352 static double
353 agent_estimate_q (struct RIL_Peer_Agent *agent, double *state, int action)
354 {
355   int i;
356   double result = 0;
357
358   for (i = 0; i < agent->m; i++)
359   {
360     result += state[i] * agent->W[action][i];
361   }
362
363   return result;
364 }
365
366 /**
367  * Decide whether to do exploration (i.e. taking a new action) or exploitation (i.e. taking the
368  * currently estimated best action) in the current step
369  *
370  * @param agent agent performing the step
371  * @return yes, if exploring
372  */
373 static int
374 agent_decide_exploration (struct RIL_Peer_Agent *agent)
375 {
376   //TODO? Future Work: Improve exploration/exploitation trade-off by different mechanisms than e-greedy
377   double r = (double) GNUNET_CRYPTO_random_u32 (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK,
378       UINT32_MAX) / (double) UINT32_MAX;
379
380   if (r < agent->envi->parameters.explore_ratio)
381   {
382     return GNUNET_YES;
383   }
384   return GNUNET_NO;
385 }
386
387   /**
388    * Get the index of the address in the agent's list.
389    *
390    * @param agent agent handle
391    * @param address address handle
392    * @return the index, starting with zero
393    */
394 static int
395 agent_address_get_index (struct RIL_Peer_Agent *agent, struct ATS_Address *address)
396 {
397   int i;
398   struct RIL_Address_Wrapped *cur;
399
400   i = -1;
401   for (cur = agent->addresses_head; NULL != cur; cur = cur->next)
402   {
403     i++;
404     if (cur->address_naked == address)
405     {
406       return i;
407     }
408   }
409
410   return i;
411 }
412
413 /**
414  * Gets the wrapped address from the agent's list
415  *
416  * @param agent agent handle
417  * @param address address handle
418  * @return wrapped address
419  */
420 static struct RIL_Address_Wrapped *
421 agent_address_get (struct RIL_Peer_Agent *agent, struct ATS_Address *address)
422 {
423   struct RIL_Address_Wrapped *cur;
424
425   for (cur = agent->addresses_head; NULL != cur; cur = cur->next)
426   {
427     if (cur->address_naked == address)
428     {
429       return cur;
430     }
431   }
432
433   return NULL ;
434 }
435
436 /**
437  * Gets the action, with the maximal estimated Q-value (i.e. the one currently estimated to bring the
438  * most reward in the future)
439  *
440  * @param agent agent performing the calculation
441  * @param state the state from which to take the action
442  * @return the action promising most future reward
443  */
444 static int
445 agent_get_action_best (struct RIL_Peer_Agent *agent, double *state)
446 {
447   int i;
448   int max_i = RIL_ACTION_INVALID;
449   double cur_q;
450   double max_q = -DBL_MAX;
451
452   for (i = 0; i < agent->n; i++)
453   {
454     cur_q = agent_estimate_q (agent, state, i);
455     if (cur_q > max_q)
456     {
457       max_q = cur_q;
458       max_i = i;
459     }
460   }
461
462   GNUNET_assert(RIL_ACTION_INVALID != max_i);
463
464   return max_i;
465 }
466
467 /**
468  * Gets any action, to explore the action space from that state
469  *
470  * @param agent agent performing the calculation
471  * @param state the state from which to take the action
472  * @return any action
473  */
474 static int
475 agent_get_action_explore (struct RIL_Peer_Agent *agent, double *state)
476 {
477   // TODO?: Future Work: Choose the action for exploration, which has been explored the least in this state
478   return GNUNET_CRYPTO_random_u32 (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK, agent->n);
479 }
480
481 /**
482  * Updates the weights (i.e. coefficients) of the weight vector in matrix W for action a
483  *
484  * @param agent the agent performing the update
485  * @param reward the reward received for the last action
486  * @param s_next the new state, the last step got the agent into
487  * @param a_prime the new
488  */
489 static void
490 agent_update_weights (struct RIL_Peer_Agent *agent, double reward, double *s_next, int a_prime)
491 {
492   int i;
493   double delta;
494   double *theta = agent->W[agent->a_old];
495
496   delta = agent->envi->discount_integrated * reward; //reward
497   delta += agent->envi->discount_variable * agent_estimate_q (agent, s_next, a_prime); //discounted future value
498   delta -= agent_estimate_q (agent, agent->s_old, agent->a_old); //one step
499   for (i = 0; i < agent->m; i++)
500   {
501     theta[i] += agent->envi->parameters.alpha * delta * agent->e[i];
502   }
503 }
504
505 /**
506  * Changes the eligibility trace vector e in various manners:
507  * RIL_E_ACCUMULATE - adds 1 to each component as in accumulating eligibility traces
508  * RIL_E_REPLACE - resets each component to 1 as in replacing traces
509  * RIL_E_SET - multiplies e with discount factor and lambda as in the update rule
510  * RIL_E_ZERO - sets e to 0 as in Watkin's Q-learning algorithm when exploring and when initializing
511  *
512  * @param agent the agent handle
513  * @param mod the kind of modification
514  */
515 static void
516 agent_modify_eligibility (struct RIL_Peer_Agent *agent, enum RIL_E_Modification mod)
517 {
518   int i;
519   double *e = agent->e;
520
521   for (i = 0; i < agent->m; i++)
522   {
523     switch (mod)
524     {
525     case RIL_E_ACCUMULATE:
526       e[i] += 1;
527       break;
528     case RIL_E_REPLACE:
529       e[i] = 1;
530       break;
531     case RIL_E_SET:
532       e[i] *= agent->envi->discount_variable * agent->envi->parameters.lambda;
533       break;
534     case RIL_E_ZERO:
535       e[i] = 0;
536       break;
537     }
538   }
539 }
540
541 static void
542 ril_inform (struct GAS_RIL_Handle *solver,
543     enum GAS_Solver_Operation op,
544     enum GAS_Solver_Status stat)
545 {
546   if (NULL != solver->plugin_envi->info_cb)
547     solver->plugin_envi->info_cb (solver->plugin_envi->info_cb_cls, op, stat, GAS_INFO_NONE);
548 }
549
550 /**
551  * Changes the active assignment suggestion of the handler and invokes the bw_changed callback to
552  * notify ATS of its new decision
553  *
554  * @param solver solver handle
555  * @param agent agent handle
556  * @param new_address the address which is to be used
557  * @param new_bw_in the new amount of inbound bandwidth set for this address
558  * @param new_bw_out the new amount of outbound bandwidth set for this address
559  * @param silent disables invocation of the bw_changed callback, if GNUNET_YES
560  */
561 static void
562 envi_set_active_suggestion (struct GAS_RIL_Handle *solver,
563     struct RIL_Peer_Agent *agent,
564     struct ATS_Address *new_address,
565     unsigned long long new_bw_in,
566     unsigned long long new_bw_out,
567     int silent)
568 {
569   int notify = GNUNET_NO;
570
571   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "set_active_suggestion()\n");
572
573   //address change
574   if (agent->address_inuse != new_address)
575   {
576     if (NULL != agent->address_inuse)
577     {
578       agent->address_inuse->active = GNUNET_NO;
579       agent->address_inuse->assigned_bw_in.value__ = htonl (0);
580       agent->address_inuse->assigned_bw_out.value__ = htonl (0);
581     }
582     if (NULL != new_address)
583     {
584       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "set address active: %s\n", agent->is_active ? "yes" : "no");
585       new_address->active = agent->is_active;
586       new_address->assigned_bw_in.value__ = htonl (agent->bw_in);
587       new_address->assigned_bw_out.value__ = htonl (agent->bw_out);
588     }
589     notify |= GNUNET_YES;
590   }
591
592   if (new_address)
593   {
594     //activity change
595     if (new_address->active != agent->is_active)
596     {
597       new_address->active = agent->is_active;
598     }
599
600     //bw change
601     if (agent->bw_in != new_bw_in)
602     {
603       agent->bw_in = new_bw_in;
604       new_address->assigned_bw_in.value__ = htonl (new_bw_out);
605       notify |= GNUNET_YES;
606     }
607     if (agent->bw_out != new_bw_out)
608     {
609       agent->bw_out = new_bw_out;
610       new_address->assigned_bw_out.value__ = htonl (new_bw_out);
611       notify |= GNUNET_YES;
612     }
613   }
614
615   if (notify && agent->is_active && (GNUNET_NO == silent))
616   {
617     if (new_address)
618     {
619       solver->plugin_envi->bandwidth_changed_cb (solver->plugin_envi->bw_changed_cb_cls,
620           new_address);
621     }
622     else if (agent->address_inuse)
623     {
624       GNUNET_assert(0 == ntohl (agent->address_inuse->assigned_bw_in.value__));
625       GNUNET_assert(0 == ntohl (agent->address_inuse->assigned_bw_out.value__));
626       agent->bw_in = 0;
627       agent->bw_out = 0;
628       //disconnect
629       solver->plugin_envi->bandwidth_changed_cb (solver->plugin_envi->bw_changed_cb_cls,
630           agent->address_inuse);
631     }
632   }
633   agent->address_inuse = new_address;
634 }
635
636 /**
637  * Allocates a state vector and fills it with the features present
638  * @param solver the solver handle
639  * @param agent the agent handle
640  * @return pointer to the state vector
641  */
642 static double *
643 envi_get_state (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
644 {
645   int i;
646   int k;
647   struct RIL_Network *net;
648   double *state = GNUNET_malloc (sizeof (double) * agent->m);
649   struct RIL_Address_Wrapped *cur_address;
650   const double *properties;
651
652   for (i = 0; i < solver->networks_count; i++)
653   {
654     net = &solver->network_entries[i];
655     state[i * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT + 0] = (double) net->bw_in_assigned;
656     state[i * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT + 1] = (double) net->bw_in_available;
657     state[i * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT + 2] = (double) net->bw_out_assigned;
658     state[i * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT + 3] = (double) net->bw_out_available;
659   }
660
661   i = i * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT; //first address feature
662
663   for (cur_address = agent->addresses_head; NULL != cur_address; cur_address = cur_address->next)
664   {
665     state[i++] = cur_address->address_naked->active;
666     state[i++] = cur_address->address_naked->active ? agent->bw_in : 0;
667     state[i++] = cur_address->address_naked->active ? agent->bw_out : 0;
668     properties = solver->plugin_envi->get_property (solver->plugin_envi->get_property_cls,
669         cur_address->address_naked);
670     for (k = 0; k < GNUNET_ATS_QualityPropertiesCount; k++)
671     {
672       state[i++] = properties[k];
673     }
674   }
675
676   return state;
677 }
678
679 /**
680  * For all networks a peer has an address in, this gets the maximum bandwidth which could
681  * theoretically be available in one of the networks. This is used for bandwidth normalization.
682  *
683  * @param agent the agent handle
684  * @param direction_in whether the inbound bandwidth should be considered. Returns the maximum outbound bandwidth if GNUNET_NO
685  */
686 static long long unsigned
687 ril_get_max_bw (struct RIL_Peer_Agent *agent, int direction_in)
688 {
689   /*
690    * get the maximum bandwidth possible for a peer, e.g. among all addresses which addresses'
691    * network could provide the maximum bandwidth if all that bandwidth was used on that one peer.
692    */
693   int max = 0;
694   struct RIL_Address_Wrapped *cur;
695   struct RIL_Network *net;
696
697   for (cur = agent->addresses_head; NULL != cur; cur = cur->next)
698   {
699     net = cur->address_naked->solver_information;
700     if (direction_in)
701     {
702       if (net->bw_in_available > max)
703       {
704         max = net->bw_in_available;
705       }
706     }
707     else
708     {
709       if (net->bw_out_available > max)
710       {
711         max = net->bw_out_available;
712       }
713     }
714   }
715   return max;
716 }
717
718 /**
719  * Get the index of the quality-property in question
720  *
721  * @param type the quality property type
722  * @return the index
723  */
724 static int
725 ril_find_property_index (uint32_t type)
726 {
727   int existing_types[] = GNUNET_ATS_QualityProperties;
728   int c;
729   for (c = 0; c < GNUNET_ATS_QualityPropertiesCount; c++)
730     if (existing_types[c] == type)
731       return c;
732   return GNUNET_SYSERR;
733 }
734
735 static double
736 envi_reward_global (struct GAS_RIL_Handle *solver)
737 {
738   int i;
739   unsigned int in_available = 0;
740   unsigned int out_available = 0;
741   unsigned int in_assigned = 0;
742   unsigned int out_assigned = 0;
743   double ratio_in;
744   double ratio_out;
745
746   for (i = 0; i < solver->networks_count; i++)
747   {
748     in_available += solver->network_entries[i].bw_in_available;
749     in_assigned += solver->network_entries[i].bw_in_assigned;
750     out_available += solver->network_entries[i].bw_out_available;
751     out_assigned += solver->network_entries[i].bw_out_assigned;
752   }
753
754   ratio_in = ((double) in_assigned) / ((double) in_available);
755   ratio_out = ((double) out_assigned) / ((double) out_available);
756
757   return ((ratio_in + ratio_out) * 0.5) + 1;
758 }
759
760 static double
761 envi_reward_local (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
762 {
763   //TODO! add utilization
764
765   const double *preferences;
766   const double *properties;
767   int prop_index;
768   double pref_match = 0;
769   double bw_norm;
770
771   preferences = solver->plugin_envi->get_preferences (solver->plugin_envi->get_preference_cls,
772       &agent->peer);
773   properties = solver->plugin_envi->get_property (solver->plugin_envi->get_property_cls,
774       agent->address_inuse);
775
776   //preference matching from latency and bandwidth
777   prop_index = ril_find_property_index (GNUNET_ATS_QUALITY_NET_DELAY);
778   pref_match += 1 - (preferences[GNUNET_ATS_PREFERENCE_LATENCY] * (3 - properties[prop_index])); //invert property as we want to maximize for lower latencies
779   bw_norm = GNUNET_MAX(2, (((
780                   ((double) agent->bw_in / (double) ril_get_max_bw(agent, GNUNET_YES)) +
781                   ((double) agent->bw_out / (double) ril_get_max_bw(agent, GNUNET_NO))
782               ) / 2
783           ) + 1));
784
785   pref_match += 1 - (preferences[GNUNET_ATS_PREFERENCE_BANDWIDTH] * bw_norm);
786
787   return pref_match * 0.5;
788 }
789
790 /**
791  * Gets the reward for the last performed step, which is calculated in equal
792  * parts from the local (the peer specific) and the global (for all peers
793  * identical) reward.
794  *
795  * @param solver the solver handle
796  * @param agent the agent handle
797  * @return the reward
798  */
799 static double
800 envi_get_reward (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
801 {
802   struct RIL_Network *net;
803   double reward = 0;
804
805   //punish overutilization
806   net = agent->address_inuse->solver_information;
807   if ((net->bw_in_assigned > net->bw_in_available)
808       || (net->bw_out_assigned > net->bw_out_available))
809   {
810     return -1;
811   }
812
813   reward += envi_reward_global (solver);
814   reward += envi_reward_local (solver, agent);
815   return reward * 0.5;
816 }
817
818 /**
819  * Doubles the bandwidth for the active address
820  *
821  * @param solver solver handle
822  * @param agent agent handle
823  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise the outbound bandwidth
824  */
825 static void
826 envi_action_bw_double (struct GAS_RIL_Handle *solver,
827     struct RIL_Peer_Agent *agent,
828     int direction_in)
829 {
830   if (direction_in)
831   {
832     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in * 2,
833         agent->bw_out, GNUNET_NO);
834   }
835   else
836   {
837     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in,
838         agent->bw_out * 2, GNUNET_NO);
839   }
840 }
841
842 /**
843  * Cuts the bandwidth for the active address in half. The least amount of bandwidth suggested, is
844  * the minimum bandwidth for a peer, in order to not invoke a disconnect.
845  *
846  * @param solver solver handle
847  * @param agent agent handle
848  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise change the outbound
849  * bandwidth
850  */
851 static void
852 envi_action_bw_halven (struct GAS_RIL_Handle *solver,
853     struct RIL_Peer_Agent *agent,
854     int direction_in)
855 {
856   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
857   unsigned long long new_bw;
858
859   if (direction_in)
860   {
861     new_bw = agent->bw_in / 2;
862     if (new_bw < min_bw)
863       new_bw = min_bw;
864     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, new_bw, agent->bw_out,
865         GNUNET_NO);
866   }
867   else
868   {
869     new_bw = agent->bw_out / 2;
870     if (new_bw < min_bw)
871       new_bw = min_bw;
872     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, new_bw,
873         GNUNET_NO);
874   }
875 }
876
877 /**
878  * Increases the bandwidth by 5 times the minimum bandwidth for the active address.
879  *
880  * @param solver solver handle
881  * @param agent agent handle
882  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise change the outbound
883  * bandwidth
884  */
885 static void
886 envi_action_bw_inc (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent, int direction_in)
887 {
888   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
889
890   if (direction_in)
891   {
892     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in + (5 * min_bw),
893         agent->bw_out, GNUNET_NO);
894   }
895   else
896   {
897     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in,
898         agent->bw_out + (5 * min_bw), GNUNET_NO);
899   }
900 }
901
902 /**
903  * Decreases the bandwidth by 5 times the minimum bandwidth for the active address. The least amount
904  * of bandwidth suggested, is the minimum bandwidth for a peer, in order to not invoke a disconnect.
905  *
906  * @param solver solver handle
907  * @param agent agent handle
908  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise change the outbound
909  * bandwidth
910  */
911 static void
912 envi_action_bw_dec (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent, int direction_in)
913 {
914   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
915   unsigned long long new_bw;
916
917   if (direction_in)
918   {
919     new_bw = agent->bw_in - (5 * min_bw);
920     if (new_bw < min_bw)
921       new_bw = min_bw;
922     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, new_bw, agent->bw_out,
923         GNUNET_NO);
924   }
925   else
926   {
927     new_bw = agent->bw_out - (5 * min_bw);
928     if (new_bw < min_bw)
929       new_bw = min_bw;
930     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, new_bw,
931         GNUNET_NO);
932   }
933 }
934
935 /**
936  * Switches to the address given by its index
937  *
938  * @param solver solver handle
939  * @param agent agent handle
940  * @param address_index index of the address as it is saved in the agent's list, starting with zero
941  */
942 static void
943 envi_action_address_switch (struct GAS_RIL_Handle *solver,
944     struct RIL_Peer_Agent *agent,
945     unsigned int address_index)
946 {
947   struct RIL_Address_Wrapped *cur;
948   int i = 0;
949
950   for (cur = agent->addresses_head; NULL != cur; cur = cur->next)
951   {
952     if (i == address_index)
953     {
954       envi_set_active_suggestion (solver, agent, cur->address_naked, agent->bw_in, agent->bw_out,
955           GNUNET_NO);
956       return;
957     }
958
959     i++;
960   }
961
962   //no address with address_index exists, in this case this action should not be callable
963   GNUNET_assert(GNUNET_NO);
964 }
965
966 /**
967  * Puts the action into effect by calling the according function
968  *
969  * @param solver the solver handle
970  * @param agent the action handle
971  * @param action the action to perform by the solver
972  */
973 static void
974 envi_do_action (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent, int action)
975 {
976   int address_index;
977
978   switch (action)
979   {
980   case RIL_ACTION_NOTHING:
981     break;
982   case RIL_ACTION_BW_IN_DBL:
983     envi_action_bw_double (solver, agent, GNUNET_YES);
984     break;
985   case RIL_ACTION_BW_IN_HLV:
986     envi_action_bw_halven (solver, agent, GNUNET_YES);
987     break;
988   case RIL_ACTION_BW_IN_INC:
989     envi_action_bw_inc (solver, agent, GNUNET_YES);
990     break;
991   case RIL_ACTION_BW_IN_DEC:
992     envi_action_bw_dec (solver, agent, GNUNET_YES);
993     break;
994   case RIL_ACTION_BW_OUT_DBL:
995     envi_action_bw_double (solver, agent, GNUNET_NO);
996     break;
997   case RIL_ACTION_BW_OUT_HLV:
998     envi_action_bw_halven (solver, agent, GNUNET_NO);
999     break;
1000   case RIL_ACTION_BW_OUT_INC:
1001     envi_action_bw_inc (solver, agent, GNUNET_NO);
1002     break;
1003   case RIL_ACTION_BW_OUT_DEC:
1004     envi_action_bw_dec (solver, agent, GNUNET_NO);
1005     break;
1006   default:
1007     if ((action >= RIL_ACTION_TYPE_NUM) && (action < agent->n)) //switch address action
1008     {
1009       address_index = action - RIL_ACTION_TYPE_NUM;
1010
1011       GNUNET_assert(address_index >= 0);
1012       GNUNET_assert(
1013           address_index <= agent_address_get_index (agent, agent->addresses_tail->address_naked));
1014
1015       envi_action_address_switch (solver, agent, address_index);
1016       break;
1017     }
1018     // error - action does not exist
1019     GNUNET_assert(GNUNET_NO);
1020   }
1021 }
1022
1023 /**
1024  * Performs one step of the Markov Decision Process. Other than in the literature the step starts
1025  * after having done the last action a_old. It observes the new state s_next and the reward
1026  * received. Then the coefficient update is done according to the SARSA or Q-learning method. The
1027  * next action is put into effect.
1028  *
1029  * @param agent the agent performing the step
1030  */
1031 static void
1032 agent_step (struct RIL_Peer_Agent *agent)
1033 {
1034   int a_next = RIL_ACTION_INVALID;
1035   double *s_next;
1036   double reward;
1037
1038   s_next = envi_get_state (agent->envi, agent);
1039   reward = envi_get_reward (agent->envi, agent);
1040
1041   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "agent_step() with algorithm %s\n",
1042       agent->envi->parameters.algorithm ? "Q" : "SARSA");
1043
1044   switch (agent->envi->parameters.algorithm)
1045   {
1046   case RIL_ALGO_SARSA:
1047     agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_SET);
1048     if (agent_decide_exploration (agent))
1049     {
1050       a_next = agent_get_action_explore (agent, s_next);
1051     }
1052     else
1053     {
1054       a_next = agent_get_action_best (agent, s_next);
1055     }
1056     if (RIL_ACTION_INVALID != agent->a_old)
1057     {
1058       //updates weights with selected action (on-policy), if not first step
1059       agent_update_weights (agent, reward, s_next, a_next);
1060     }
1061     break;
1062
1063   case RIL_ALGO_Q:
1064     a_next = agent_get_action_best (agent, s_next);
1065     if (RIL_ACTION_INVALID != agent->a_old)
1066     {
1067       //updates weights with best action, disregarding actually selected action (off-policy), if not first step
1068       agent_update_weights (agent, reward, s_next, a_next);
1069     }
1070     if (agent_decide_exploration (agent))
1071     {
1072       a_next = agent_get_action_explore (agent, s_next);
1073       agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_ZERO);
1074     }
1075     else
1076     {
1077       a_next = agent_get_action_best (agent, s_next);
1078       agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_SET);
1079     }
1080     break;
1081   }
1082
1083   GNUNET_assert(RIL_ACTION_INVALID != a_next);
1084
1085   agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_ACCUMULATE);
1086
1087   envi_do_action (agent->envi, agent, a_next);
1088
1089   GNUNET_free(agent->s_old);
1090   agent->s_old = s_next;
1091   agent->a_old = a_next;
1092
1093   agent->step_count += 1;
1094 }
1095
1096 static int
1097 ril_step (struct GAS_RIL_Handle *solver);
1098
1099 /**
1100  * Task for the scheduler, which performs one step and lets the solver know that
1101  * no further step is scheduled.
1102  *
1103  * @param cls the solver handle
1104  * @param tc the task context for the scheduler
1105  */
1106 static void
1107 ril_step_scheduler_task (void *cls, const struct GNUNET_SCHEDULER_TaskContext *tc)
1108 {
1109   struct GAS_RIL_Handle *solver = cls;
1110
1111   solver->task_pending = GNUNET_NO;
1112   ril_step (solver);
1113 }
1114
1115 static double
1116 ril_get_used_resource_ratio (struct GAS_RIL_Handle *solver)
1117 {
1118   int i;
1119   struct RIL_Network net;
1120   unsigned long long sum_assigned = 0;
1121   unsigned long long sum_available = 0;
1122   double ratio;
1123
1124   for (i = 0; i < solver->networks_count; i++)
1125   {
1126     net = solver->network_entries[i];
1127     if (net.bw_in_assigned > 0) //only consider scopes with an active address
1128     {
1129       sum_assigned += net.bw_in_assigned;
1130       sum_assigned += net.bw_out_assigned;
1131       sum_available += net.bw_in_available;
1132       sum_available += net.bw_out_available;
1133     }
1134   }
1135   if (sum_available > 0)
1136   {
1137     ratio = ((double) sum_assigned) / ((double) sum_available);
1138   }
1139   else
1140   {
1141     ratio = 0;
1142   }
1143
1144   return ratio > 1 ? 1 : ratio; //overutilization possible, cap at 1
1145 }
1146
1147 /**
1148  * Schedules the next global step in an adaptive way. The more resources are
1149  * left, the earlier the next step is scheduled. This serves the reactivity of
1150  * the solver to changed inputs.
1151  *
1152  * @param solver the solver handle
1153  */
1154 static void
1155 ril_step_schedule_next (struct GAS_RIL_Handle *solver)
1156 {
1157   double used_ratio;
1158   double factor;
1159   double y;
1160   double offset;
1161   struct GNUNET_TIME_Relative time_next;
1162
1163   if (solver->task_pending)
1164   {
1165     GNUNET_SCHEDULER_cancel (solver->step_next_task_id);
1166   }
1167
1168   used_ratio = ril_get_used_resource_ratio (solver);
1169
1170   GNUNET_assert(
1171       solver->parameters.step_time_min.rel_value_us
1172           < solver->parameters.step_time_max.rel_value_us);
1173
1174   factor = (double) GNUNET_TIME_relative_subtract (solver->parameters.step_time_max,
1175       solver->parameters.step_time_min).rel_value_us;
1176   offset = (double) solver->parameters.step_time_min.rel_value_us;
1177   y = factor * pow (used_ratio, RIL_INTERVAL_EXPONENT) + offset;
1178
1179   //LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "used = %f, min = %f, max = %f\n", used_ratio, (double)solver->parameters.step_time_min.rel_value_us, (double)solver->parameters.step_time_max.rel_value_us);
1180   //LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "factor = %f, offset = %f, y = %f\n", factor, offset, y);
1181
1182   GNUNET_assert(y <= (double ) solver->parameters.step_time_max.rel_value_us);
1183   GNUNET_assert(y >= (double ) solver->parameters.step_time_min.rel_value_us);
1184
1185   time_next = GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_UNIT_MICROSECONDS, (unsigned int) y);
1186
1187   solver->step_next_task_id = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (time_next, &ril_step_scheduler_task,
1188       solver);
1189   solver->task_pending = GNUNET_YES;
1190 }
1191
1192 /**
1193  * Triggers one step per agent
1194  * @param solver
1195  */
1196 static int
1197 ril_step (struct GAS_RIL_Handle *solver)
1198 {
1199   struct RIL_Peer_Agent *cur;
1200   struct GNUNET_TIME_Absolute time_now;
1201   struct GNUNET_TIME_Relative time_delta;
1202   double tau;
1203
1204   if (GNUNET_YES == solver->bulk_lock)
1205   {
1206     solver->bulk_changes++;
1207     return GNUNET_NO;
1208   }
1209
1210   ril_inform (solver, GAS_OP_SOLVE_START, GAS_STAT_SUCCESS);
1211
1212   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "RIL step number %d\n", solver->step_count);
1213
1214   if (0 == solver->step_count)
1215   {
1216     solver->step_time_last = GNUNET_TIME_absolute_get ();
1217   }
1218
1219   //calculate tau, i.e. how many real valued time units have passed, one time unit is one minimum time step
1220   time_now = GNUNET_TIME_absolute_get ();
1221   time_delta = GNUNET_TIME_absolute_get_difference (solver->step_time_last, time_now);
1222   tau = ((double) time_delta.rel_value_us)
1223       / ((double) solver->parameters.step_time_min.rel_value_us);
1224   solver->step_time_last = time_now;
1225
1226   //calculate reward discounts (once per step for all agents)
1227   solver->discount_variable = pow (M_E, ((-1.) * ((double) solver->parameters.beta) * tau));
1228   solver->discount_integrated = (1 - solver->discount_variable)
1229       / ((double) solver->parameters.beta);
1230
1231   //trigger one step per active agent
1232   for (cur = solver->agents_head; NULL != cur; cur = cur->next)
1233   {
1234     if (cur->is_active && cur->address_inuse)
1235     {
1236       agent_step (cur);
1237     }
1238   }
1239
1240   solver->step_count += 1;
1241   ril_step_schedule_next (solver);
1242
1243   ril_inform (solver, GAS_OP_SOLVE_STOP, GAS_STAT_SUCCESS);
1244
1245   return GNUNET_YES;
1246 }
1247
1248 /**
1249  * Initialize an agent without addresses and its knowledge base
1250  *
1251  * @param s ril solver
1252  * @param peer the one in question
1253  * @return handle to the new agent
1254  */
1255 static struct RIL_Peer_Agent *
1256 agent_init (void *s, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
1257 {
1258   int i;
1259   struct GAS_RIL_Handle * solver = s;
1260   struct RIL_Peer_Agent * agent = GNUNET_malloc (sizeof (struct RIL_Peer_Agent));
1261
1262   agent->envi = solver;
1263   agent->peer = *peer;
1264   agent->step_count = 0;
1265   agent->is_active = GNUNET_NO;
1266   agent->n = RIL_ACTION_TYPE_NUM;
1267   agent->m = solver->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT;
1268   agent->W = (double **) GNUNET_malloc (sizeof (double *) * agent->n);
1269   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1270   {
1271     agent->W[i] = (double *) GNUNET_malloc (sizeof (double) * agent->m);
1272   }
1273   agent->a_old = RIL_ACTION_INVALID;
1274   agent->s_old = envi_get_state (solver, agent);
1275   agent->e = (double *) GNUNET_malloc (sizeof (double) * agent->m);
1276   agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_ZERO);
1277
1278   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert_tail(solver->agents_head, solver->agents_tail, agent);
1279
1280   return agent;
1281 }
1282
1283 /**
1284  * Deallocate agent
1285  *
1286  * @param solver the solver handle
1287  * @param agent the agent to retire
1288  */
1289 static void
1290 agent_die (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
1291 {
1292   int i;
1293
1294   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1295   {
1296     GNUNET_free(agent->W[i]);
1297   }
1298   GNUNET_free(agent->W);
1299   GNUNET_free(agent->e);
1300   GNUNET_free(agent->s_old);
1301   GNUNET_free(agent);
1302 }
1303
1304 /**
1305  * Returns the agent for a peer
1306  *
1307  * @param solver the solver handle
1308  * @param peer the identity of the peer
1309  * @param create whether or not to create an agent, if none is allocated yet
1310  * @return the agent
1311  */
1312 static struct RIL_Peer_Agent *
1313 ril_get_agent (struct GAS_RIL_Handle *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer, int create)
1314 {
1315   struct RIL_Peer_Agent *cur;
1316
1317   for (cur = solver->agents_head; NULL != cur; cur = cur->next)
1318   {
1319     if (0 == memcmp (peer, &cur->peer, sizeof(struct GNUNET_PeerIdentity)))
1320     {
1321       return cur;
1322     }
1323   }
1324
1325   if (create)
1326   {
1327     return agent_init (solver, peer);
1328   }
1329   return NULL ;
1330 }
1331
1332 /**
1333  * Lookup network struct by type
1334  *
1335  * @param s the solver handle
1336  * @param type the network type
1337  * @return the network struct
1338  */
1339 static struct RIL_Network *
1340 ril_get_network (struct GAS_RIL_Handle *s, uint32_t type)
1341 {
1342   int i;
1343
1344   for (i = 0; i < s->networks_count; i++)
1345   {
1346     if (s->network_entries[i].type == type)
1347     {
1348       return &s->network_entries[i];
1349     }
1350   }
1351   return NULL ;
1352 }
1353
1354 /**
1355  * Determine whether at least the minimum bandwidth is set for the network. Otherwise the network is
1356  * considered inactive and not used. Addresses in an inactive network are ignored.
1357  *
1358  * @param solver solver handle
1359  * @param network the network type
1360  * @return whether or not the network is considered active
1361  */
1362 static int
1363 ril_network_is_active (struct GAS_RIL_Handle *solver, enum GNUNET_ATS_Network_Type network)
1364 {
1365   struct RIL_Network *net;
1366   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1367
1368   net = ril_get_network (solver, network);
1369   if (net->bw_out_available < min_bw)
1370     return GNUNET_NO;
1371   return GNUNET_YES;
1372 }
1373
1374 /**
1375  * Cuts a slice out of a vector of elements. This is used to decrease the size of the matrix storing
1376  * the reward function approximation. It copies the memory, which is not cut, to the new vector,
1377  * frees the memory of the old vector, and redirects the pointer to the new one.
1378  *
1379  * @param old pointer to the pointer to the first element of the vector
1380  * @param element_size byte size of the vector elements
1381  * @param hole_start the first element to cut out
1382  * @param hole_length the number of elements to cut out
1383  * @param old_length the length of the old vector
1384  */
1385 static void
1386 ril_cut_from_vector (void **old,
1387     size_t element_size,
1388     unsigned int hole_start,
1389     unsigned int hole_length,
1390     unsigned int old_length)
1391 {
1392   char *tmpptr;
1393   char *oldptr = (char *) *old;
1394   size_t size;
1395   unsigned int bytes_before;
1396   unsigned int bytes_hole;
1397   unsigned int bytes_after;
1398
1399   GNUNET_assert(old_length > hole_length);
1400   GNUNET_assert(old_length >= (hole_start + hole_length));
1401
1402   size = element_size * (old_length - hole_length);
1403
1404   bytes_before = element_size * hole_start;
1405   bytes_hole = element_size * hole_length;
1406   bytes_after = element_size * (old_length - hole_start - hole_length);
1407
1408   if (0 == size)
1409   {
1410     tmpptr = NULL;
1411   }
1412   else
1413   {
1414     tmpptr = GNUNET_malloc (size);
1415     memcpy (tmpptr, oldptr, bytes_before);
1416     memcpy (tmpptr + bytes_before, oldptr + (bytes_before + bytes_hole), bytes_after);
1417   }
1418   if (NULL != *old)
1419   {
1420     GNUNET_free(*old);
1421   }
1422   *old = (void *) tmpptr;
1423 }
1424
1425 /*
1426  *  Solver API functions
1427  *  ---------------------------
1428  */
1429
1430 /**
1431  * Change relative preference for quality in solver
1432  *
1433  * @param solver the solver handle
1434  * @param peer the peer to change the preference for
1435  * @param kind the kind to change the preference
1436  * @param pref_rel the normalized preference value for this kind over all clients
1437  */
1438 void
1439 GAS_ril_address_change_preference (void *solver,
1440     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
1441     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind,
1442     double pref_rel)
1443 {
1444   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1445       "API_address_change_preference() Preference '%s' for peer '%s' changed to %.2f \n",
1446       GNUNET_ATS_print_preference_type (kind), GNUNET_i2s (peer), pref_rel);
1447
1448   ril_step (solver);
1449 }
1450
1451 /**
1452  * Entry point for the plugin
1453  *
1454  * @param cls pointer to the 'struct GNUNET_ATS_PluginEnvironment'
1455  */
1456 void *
1457 libgnunet_plugin_ats_ril_init (void *cls)
1458 {
1459   struct GNUNET_ATS_PluginEnvironment *env = cls;
1460   struct GAS_RIL_Handle *solver = GNUNET_new (struct GAS_RIL_Handle);
1461   struct RIL_Network * cur;
1462   int c;
1463   char *string;
1464
1465   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_init() Initializing RIL solver\n");
1466
1467   GNUNET_assert(NULL != env);
1468   GNUNET_assert(NULL != env->cfg);
1469   GNUNET_assert(NULL != env->stats);
1470   GNUNET_assert(NULL != env->bandwidth_changed_cb);
1471   GNUNET_assert(NULL != env->get_preferences);
1472   GNUNET_assert(NULL != env->get_property);
1473
1474   if (GNUNET_OK
1475       != GNUNET_CONFIGURATION_get_value_time (env->cfg, "ats", "RIL_STEP_TIME_MIN",
1476           &solver->parameters.step_time_min))
1477   {
1478     solver->parameters.step_time_min = RIL_DEFAULT_STEP_TIME_MIN;
1479   }
1480   if (GNUNET_OK
1481       != GNUNET_CONFIGURATION_get_value_time (env->cfg, "ats", "RIL_STEP_TIME_MAX",
1482           &solver->parameters.step_time_max))
1483   {
1484     solver->parameters.step_time_max = RIL_DEFAULT_STEP_TIME_MAX;
1485   }
1486   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_ALGORITHM", &string))
1487   {
1488     solver->parameters.algorithm = !strcmp (string, "SARSA") ? RIL_ALGO_SARSA : RIL_ALGO_Q;
1489     GNUNET_free (string);
1490   }
1491   else
1492   {
1493     solver->parameters.algorithm = RIL_DEFAULT_ALGORITHM;
1494   }
1495   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_DISCOUNT_BETA", &string))
1496   {
1497     solver->parameters.beta = strtod (string, NULL);
1498     GNUNET_free (string);
1499   }
1500   else
1501   {
1502     solver->parameters.beta = RIL_DEFAULT_DISCOUNT_BETA;
1503   }
1504   if (GNUNET_OK
1505       == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_GRADIENT_STEP_SIZE", &string))
1506   {
1507     solver->parameters.alpha = strtod (string, NULL);
1508     GNUNET_free (string);
1509   }
1510   else
1511   {
1512     solver->parameters.alpha = RIL_DEFAULT_GRADIENT_STEP_SIZE;
1513   }
1514   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_TRACE_DECAY", &string))
1515   {
1516     solver->parameters.lambda = strtod (string, NULL);
1517     GNUNET_free (string);
1518   }
1519   else
1520   {
1521     solver->parameters.lambda = RIL_DEFAULT_TRACE_DECAY;
1522   }
1523   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_EXPLORE_RATIO", &string))
1524   {
1525     solver->parameters.explore_ratio = strtod (string, NULL);
1526     GNUNET_free (string);
1527   }
1528   else
1529   {
1530     solver->parameters.explore_ratio = RIL_DEFAULT_EXPLORE_RATIO;
1531   }
1532
1533   env->sf.s_add = &GAS_ril_address_add;
1534   env->sf.s_address_update_property = &GAS_ril_address_property_changed;
1535   env->sf.s_address_update_session = &GAS_ril_address_session_changed;
1536   env->sf.s_address_update_inuse = &GAS_ril_address_inuse_changed;
1537   env->sf.s_address_update_network = &GAS_ril_address_change_network;
1538   env->sf.s_get = &GAS_ril_get_preferred_address;
1539   env->sf.s_get_stop = &GAS_ril_stop_get_preferred_address;
1540   env->sf.s_pref = &GAS_ril_address_change_preference;
1541   env->sf.s_feedback = &GAS_ril_address_preference_feedback;
1542   env->sf.s_del = &GAS_ril_address_delete;
1543   env->sf.s_bulk_start = &GAS_ril_bulk_start;
1544   env->sf.s_bulk_stop = &GAS_ril_bulk_stop;
1545
1546   solver->plugin_envi = env;
1547   solver->networks_count = env->network_count;
1548   solver->network_entries = GNUNET_malloc (env->network_count * sizeof (struct RIL_Network));
1549   solver->step_count = 0;
1550
1551   for (c = 0; c < env->network_count; c++)
1552   {
1553     cur = &solver->network_entries[c];
1554     cur->type = env->networks[c];
1555     cur->bw_in_available = env->in_quota[c];
1556     cur->bw_in_assigned = 0;
1557     cur->bw_out_available = env->out_quota[c];
1558     cur->bw_out_assigned = 0;
1559   }
1560
1561   solver->step_next_task_id = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (
1562       GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_relative_get_millisecond_ (), 1000),
1563       &ril_step_scheduler_task, solver);
1564   solver->task_pending = GNUNET_YES;
1565
1566   return solver;
1567 }
1568
1569 /**
1570  * Exit point for the plugin
1571  *
1572  * @param cls the solver handle
1573  */
1574 void *
1575 libgnunet_plugin_ats_ril_done (void *cls)
1576 {
1577   struct GAS_RIL_Handle *s = cls;
1578   struct RIL_Peer_Agent *cur_agent;
1579   struct RIL_Peer_Agent *next_agent;
1580
1581   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_done() Shutting down RIL solver\n");
1582
1583   cur_agent = s->agents_head;
1584   while (NULL != cur_agent)
1585   {
1586     next_agent = cur_agent->next;
1587     GNUNET_CONTAINER_DLL_remove(s->agents_head, s->agents_tail, cur_agent);
1588     agent_die (s, cur_agent);
1589     cur_agent = next_agent;
1590   }
1591
1592   if (s->task_pending)
1593   {
1594     GNUNET_SCHEDULER_cancel (s->step_next_task_id);
1595   }
1596   GNUNET_free(s->network_entries);
1597   GNUNET_free(s);
1598
1599   return NULL ;
1600 }
1601
1602 /**
1603  * Add a new address for a peer to the solver
1604  *
1605  * The address is already contained in the addresses hashmap!
1606  *
1607  * @param solver the solver Handle
1608  * @param address the address to add
1609  * @param network network type of this address
1610  */
1611 void
1612 GAS_ril_address_add (void *solver, struct ATS_Address *address, uint32_t network)
1613 {
1614   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1615   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1616   struct RIL_Address_Wrapped *address_wrapped;
1617   struct RIL_Network *net;
1618   unsigned int m_new;
1619   unsigned int m_old;
1620   unsigned int n_new;
1621   unsigned int n_old;
1622   int i;
1623   unsigned int zero;
1624   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1625
1626   net = ril_get_network (s, network);
1627   address->solver_information = net;
1628
1629   if (!ril_network_is_active (s, network))
1630   {
1631     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1632         "API_address_add() Did not add %s address %p for peer '%s', network does not have enough bandwidth\n",
1633         address->plugin, address->addr, GNUNET_i2s (&address->peer));
1634     return;
1635   }
1636
1637   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_YES);
1638
1639   //add address
1640   address_wrapped = GNUNET_malloc (sizeof (struct RIL_Address_Wrapped));
1641   address_wrapped->address_naked = address;
1642   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert_tail(agent->addresses_head, agent->addresses_tail, address_wrapped);
1643
1644   //increase size of W
1645   m_new = agent->m + RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT;
1646   m_old = agent->m;
1647   n_new = agent->n + 1;
1648   n_old = agent->n;
1649
1650   GNUNET_array_grow(agent->W, agent->n, n_new);
1651   for (i = 0; i < n_new; i++)
1652   {
1653     if (i < n_old)
1654     {
1655       agent->m = m_old;
1656       GNUNET_array_grow(agent->W[i], agent->m, m_new);
1657     }
1658     else
1659     {
1660       zero = 0;
1661       GNUNET_array_grow(agent->W[i], zero, m_new);
1662     }
1663   }
1664
1665   //increase size of old state vector
1666   agent->m = m_old;
1667   GNUNET_array_grow(agent->s_old, agent->m, m_new);
1668
1669   agent->m = m_old;
1670   GNUNET_array_grow(agent->e, agent->m, m_new);
1671
1672   if (NULL == agent->address_inuse)
1673   {
1674     net->bw_in_assigned += min_bw;
1675     net->bw_out_assigned += min_bw;
1676     envi_set_active_suggestion (s, agent, address, min_bw, min_bw, GNUNET_NO);
1677   }
1678
1679   ril_step (s);
1680
1681   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_add() Added %s %s address %p for peer '%s'\n",
1682       address->active ? "active" : "inactive", address->plugin, address->addr,
1683       GNUNET_i2s (&address->peer));
1684 }
1685
1686 /**
1687  * Delete an address in the solver
1688  *
1689  * The address is not contained in the address hashmap anymore!
1690  *
1691  * @param solver the solver handle
1692  * @param address the address to remove
1693  * @param session_only delete only session not whole address
1694  */
1695 void
1696 GAS_ril_address_delete (void *solver, struct ATS_Address *address, int session_only)
1697 {
1698   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1699   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1700   struct RIL_Address_Wrapped *address_wrapped;
1701   int address_was_used = address->active;
1702   int address_index;
1703   unsigned int m_new;
1704   unsigned int n_new;
1705   int i;
1706   struct RIL_Network *net;
1707   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1708
1709   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_delete() Delete %s%s %s address %p for peer '%s'\n",
1710       session_only ? "session for " : "", address->active ? "active" : "inactive", address->plugin,
1711       address->addr, GNUNET_i2s (&address->peer));
1712
1713   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_NO);
1714   if (NULL == agent)
1715   {
1716     net = address->solver_information;
1717     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (s, net->type));
1718     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1719         "No agent allocated for peer yet, since address was in inactive network\n");
1720     return;
1721   }
1722
1723   address_index = agent_address_get_index (agent, address);
1724   address_wrapped = agent_address_get (agent, address);
1725
1726   if (NULL == address_wrapped)
1727   {
1728     net = address->solver_information;
1729     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (s, net->type));
1730     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1731         "Address not considered by agent, address was in inactive network\n");
1732     return;
1733   }
1734
1735   GNUNET_CONTAINER_DLL_remove(agent->addresses_head, agent->addresses_tail, address_wrapped);
1736   GNUNET_free(address_wrapped);
1737
1738   //decrease W
1739   m_new = agent->m - RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT;
1740   n_new = agent->n - 1;
1741
1742   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1743   {
1744     ril_cut_from_vector ((void **) &agent->W[i], sizeof(double),
1745         ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1746             + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1747   }
1748   GNUNET_free(agent->W[RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index]);
1749   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->W, sizeof(double *), RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index,
1750       1, agent->n);
1751   //correct last action
1752   if (agent->a_old > (RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index))
1753   {
1754     agent->a_old -= 1;
1755   }
1756   else if (agent->a_old == (RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index))
1757   {
1758     agent->a_old = RIL_ACTION_INVALID;
1759   }
1760   //decrease old state vector and eligibility vector
1761   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->s_old, sizeof(double),
1762       ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1763           + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1764   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->e, sizeof(double),
1765       ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1766           + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1767   agent->m = m_new;
1768   agent->n = n_new;
1769
1770   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "address was used: %s\n", address_was_used ? "yes" : "no");
1771
1772   if (address_was_used)
1773   {
1774     net = address->solver_information;
1775     net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
1776     net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
1777
1778     if (NULL != agent->addresses_head) //if peer has an address left, use it
1779     {
1780       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "address left: %p\n",
1781           agent->addresses_head->address_naked->addr);
1782       //TODO? check if network/bandwidth update can be done more clever/elegant at different function
1783       envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->addresses_head->address_naked, min_bw, min_bw,
1784           GNUNET_NO);
1785       net = agent->addresses_head->address_naked->solver_information;
1786       net->bw_in_assigned -= min_bw;
1787       net->bw_out_assigned -= min_bw;
1788     }
1789     else
1790     {
1791       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "no address left => disconnect\n");
1792
1793       envi_set_active_suggestion (s, agent, NULL, 0, 0, GNUNET_NO);
1794     }
1795   }
1796
1797   ril_step (solver);
1798
1799   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "Address deleted\n");
1800 }
1801
1802 /**
1803  * Update the properties of an address in the solver
1804  *
1805  * @param solver solver handle
1806  * @param address the address
1807  * @param type the ATSI type in HBO
1808  * @param abs_value the absolute value of the property
1809  * @param rel_value the normalized value
1810  */
1811 void
1812 GAS_ril_address_property_changed (void *solver,
1813     struct ATS_Address *address,
1814     uint32_t type,
1815     uint32_t abs_value,
1816     double rel_value)
1817 {
1818   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1819       "API_address_property_changed() Property '%s' for peer '%s' address %p changed "
1820           "to %.2f \n", GNUNET_ATS_print_property_type (type), GNUNET_i2s (&address->peer),
1821       address->addr, rel_value);
1822
1823   ril_step (solver);
1824 }
1825
1826 /**
1827  * Update the session of an address in the solver
1828  *
1829  * NOTE: values in addresses are already updated
1830  *
1831  * @param solver solver handle
1832  * @param address the address
1833  * @param cur_session the current session
1834  * @param new_session the new session
1835  */
1836 void
1837 GAS_ril_address_session_changed (void *solver,
1838     struct ATS_Address *address,
1839     uint32_t cur_session,
1840     uint32_t new_session)
1841 {
1842   /*
1843    * TODO? Future Work: Potentially add session activity as a feature in state vector
1844    */
1845   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_session_changed()\n");
1846 }
1847
1848 /**
1849  * Notify the solver that an address is (not) actively used by transport
1850  * to communicate with a remote peer
1851  *
1852  * NOTE: values in addresses are already updated
1853  *
1854  * @param solver solver handle
1855  * @param address the address
1856  * @param in_use usage state
1857  */
1858 void
1859 GAS_ril_address_inuse_changed (void *solver, struct ATS_Address *address, int in_use)
1860 {
1861   /* Nothing to do here.
1862    * Possible TODO? Future Work: Potentially add usage variable to state vector
1863    */
1864   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1865       "API_address_inuse_changed() Usage for %s address of peer '%s' changed to %s\n",
1866       address->plugin, GNUNET_i2s (&address->peer), (GNUNET_YES == in_use) ? "USED" : "UNUSED");
1867 }
1868
1869 /**
1870  * Notify solver that the network an address is located in has changed
1871  *
1872  * NOTE: values in addresses are already updated
1873  *
1874  * @param solver solver handle
1875  * @param address the address
1876  * @param current_network the current network
1877  * @param new_network the new network
1878  */
1879 void
1880 GAS_ril_address_change_network (void *solver,
1881     struct ATS_Address *address,
1882     uint32_t current_network,
1883     uint32_t new_network)
1884 {
1885   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1886   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1887   struct RIL_Network *net;
1888   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1889
1890   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_change_network() Network type changed, moving "
1891       "%s address of peer %s from '%s' to '%s'\n",
1892       (GNUNET_YES == address->active) ? "active" : "inactive", GNUNET_i2s (&address->peer),
1893       GNUNET_ATS_print_network_type (current_network), GNUNET_ATS_print_network_type (new_network));
1894
1895   if (address->active && !ril_network_is_active (solver, new_network))
1896   {
1897     GAS_ril_address_delete (solver, address, GNUNET_NO);
1898     return;
1899   }
1900
1901   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_NO);
1902   if (NULL == agent)
1903   {
1904     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (solver, current_network));
1905
1906     GAS_ril_address_add (s, address, new_network);
1907     return;
1908   }
1909
1910   net = ril_get_network (s, current_network);
1911   net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
1912   net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
1913
1914   net = ril_get_network (s, new_network);
1915   net->bw_in_assigned -= min_bw;
1916   net->bw_out_assigned -= min_bw;
1917   address->solver_information = net;
1918 }
1919
1920 /**
1921  * Give feedback about the current assignment
1922  *
1923  * @param solver the solver handle
1924  * @param application the application
1925  * @param peer the peer to change the preference for
1926  * @param scope the time interval for this feedback: [now - scope .. now]
1927  * @param kind the kind to change the preference
1928  * @param score the score
1929  */
1930 void
1931 GAS_ril_address_preference_feedback (void *solver,
1932     void *application,
1933     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
1934     const struct GNUNET_TIME_Relative scope,
1935     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind,
1936     double score)
1937 {
1938   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1939       "API_address_preference_feedback() Peer '%s' got a feedback of %+.3f from application %s for "
1940           "preference %s for %d seconds\n", GNUNET_i2s (peer), "UNKNOWN",
1941       GNUNET_ATS_print_preference_type (kind), scope.rel_value_us / 1000000);
1942 }
1943
1944 /**
1945  * Start a bulk operation
1946  *
1947  * @param solver the solver
1948  */
1949 void
1950 GAS_ril_bulk_start (void *solver)
1951 {
1952   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1953
1954   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_bulk_start() Locking solver for bulk operation ...\n");
1955
1956   s->bulk_lock++;
1957 }
1958
1959 /**
1960  * Bulk operation done
1961  *
1962  * @param solver the solver handle
1963  */
1964 void
1965 GAS_ril_bulk_stop (void *solver)
1966 {
1967   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1968
1969   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_bulk_stop() Releasing solver from bulk operation ...\n");
1970
1971   if (s->bulk_lock < 1)
1972   {
1973     GNUNET_break(0);
1974     return;
1975   }
1976   s->bulk_lock--;
1977
1978   if (0 < s->bulk_changes)
1979   {
1980     ril_step (solver);
1981     s->bulk_changes = 0;
1982   }
1983 }
1984
1985 /**
1986  * Tell solver to notify ATS if the address to use changes for a specific
1987  * peer using the bandwidth changed callback
1988  *
1989  * The solver must only notify about changes for peers with pending address
1990  * requests!
1991  *
1992  * @param solver the solver handle
1993  * @param peer the identity of the peer
1994  */
1995 const struct ATS_Address *
1996 GAS_ril_get_preferred_address (void *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
1997 {
1998   /*
1999    * activate agent, return currently chosen address
2000    */
2001   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
2002   struct RIL_Peer_Agent *agent;
2003   struct RIL_Network *net;
2004
2005   agent = ril_get_agent (s, peer, GNUNET_YES);
2006
2007   agent->is_active = GNUNET_YES;
2008
2009   if (agent->address_inuse)
2010   {
2011     net = agent->address_inuse->solver_information;
2012     net->bw_in_assigned += agent->bw_in;
2013     net->bw_out_assigned += agent->bw_out;
2014   }
2015   envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, agent->bw_out,
2016       GNUNET_YES);
2017
2018   if (agent->address_inuse)
2019   {
2020     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2021         "API_get_preferred_address() Activated agent for peer '%s' with %s address %p\n",
2022         GNUNET_i2s (peer), agent->address_inuse->plugin, agent->address_inuse->addr);
2023   }
2024   else
2025   {
2026     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2027         "API_get_preferred_address() Activated agent for peer '%s', but no address available\n",
2028         GNUNET_i2s (peer));
2029   }
2030
2031   ril_step (s);
2032
2033   return agent->address_inuse;
2034 }
2035
2036 /**
2037  * Tell solver stop notifying ATS about changes for this peers
2038  *
2039  * The solver must only notify about changes for peers with pending address
2040  * requests!
2041  *
2042  * @param solver the solver handle
2043  * @param peer the peer
2044  */
2045 void
2046 GAS_ril_stop_get_preferred_address (void *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
2047 {
2048   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
2049   struct RIL_Peer_Agent *agent;
2050   struct RIL_Network *net;
2051
2052   agent = ril_get_agent (s, peer, GNUNET_NO);
2053
2054   if (NULL == agent)
2055   {
2056     GNUNET_break(0);
2057     return;
2058   }
2059   if (GNUNET_NO == agent->is_active)
2060   {
2061     GNUNET_break(0);
2062     return;
2063   }
2064
2065   agent->is_active = GNUNET_NO;
2066   if (agent->address_inuse)
2067   {
2068     net = agent->address_inuse->solver_information;
2069     net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
2070     net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
2071   }
2072   envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, agent->bw_out,
2073       GNUNET_YES);
2074
2075   ril_step (s);
2076
2077   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2078       "API_stop_get_preferred_address() Paused agent for peer '%s' with %s address\n",
2079       GNUNET_i2s (peer), agent->address_inuse->plugin);
2080 }
2081
2082 /* end of libgnunet_plugin_ats_ril.c */