comments
[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 0.3
41 #define RIL_DEFAULT_TRACE_DECAY 0.5
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 int
736 ril_get_atsi (struct ATS_Address *address, uint32_t type)
737 {
738   int c1;
739   GNUNET_assert(NULL != address);
740
741   if ((NULL == address->atsi) || (0 == address->atsi_count))
742     return 0;
743
744   for (c1 = 0; c1 < address->atsi_count; c1++)
745   {
746     if (ntohl (address->atsi[c1].type) == type)
747       return ntohl (address->atsi[c1].value);
748   }
749   return 0;
750 }
751
752 static double
753 envi_reward_global (struct GAS_RIL_Handle *solver)
754 {
755   int i;
756   unsigned int in_available = 0;
757   unsigned int out_available = 0;
758   unsigned int in_assigned = 0;
759   unsigned int out_assigned = 0;
760   double ratio_in;
761   double ratio_out;
762
763   for (i = 0; i < solver->networks_count; i++)
764   {
765     in_available += solver->network_entries[i].bw_in_available;
766     in_assigned += solver->network_entries[i].bw_in_assigned;
767     out_available += solver->network_entries[i].bw_out_available;
768     out_assigned += solver->network_entries[i].bw_out_assigned;
769   }
770
771   ratio_in = ((double) in_assigned) / ((double) in_available);
772   ratio_out = ((double) out_assigned) / ((double) out_available);
773
774   // global reward in [1,2]
775   return ((ratio_in + ratio_out) / 2) + 1;
776 }
777
778 static double
779 envi_reward_local (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
780 {
781   const double *preferences;
782   const double *properties;
783   int prop_index;
784   double pref_match = 0;
785   double bw_norm;
786   double dl_norm;
787
788   preferences = solver->plugin_envi->get_preferences (solver->plugin_envi->get_preference_cls,
789       &agent->peer);
790   properties = solver->plugin_envi->get_property (solver->plugin_envi->get_property_cls,
791       agent->address_inuse);
792
793   // delay in [0,1]
794   prop_index = ril_find_property_index (GNUNET_ATS_QUALITY_NET_DELAY);
795   dl_norm = 2 - properties[prop_index]; //invert property as we want to maximize for lower latencies
796
797   // utilization in [0,1]
798   bw_norm = ((ril_get_atsi (agent->address_inuse, GNUNET_ATS_UTILIZATION_IN)
799       / ril_get_max_bw (agent, GNUNET_YES))
800       + (ril_get_atsi (agent->address_inuse, GNUNET_ATS_UTILIZATION_OUT)
801           / ril_get_max_bw (agent, GNUNET_NO))) / 2;
802
803   // preference matching in [0,4]
804   pref_match += (preferences[GNUNET_ATS_PREFERENCE_LATENCY] * dl_norm);
805   pref_match += (preferences[GNUNET_ATS_PREFERENCE_BANDWIDTH] * bw_norm);
806
807   // local reward in [1,2]
808   return (pref_match / 4) +1;
809 }
810
811 /**
812  * Gets the reward for the last performed step, which is calculated in equal
813  * parts from the local (the peer specific) and the global (for all peers
814  * identical) reward.
815  *
816  * @param solver the solver handle
817  * @param agent the agent handle
818  * @return the reward
819  */
820 static double
821 envi_get_reward (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
822 {
823   struct RIL_Network *net;
824   double reward = 0;
825
826   //punish overutilization
827   net = agent->address_inuse->solver_information;
828   if ((net->bw_in_assigned > net->bw_in_available)
829       || (net->bw_out_assigned > net->bw_out_available))
830   {
831     return 0;
832   }
833
834   reward += envi_reward_global (solver);
835   reward += envi_reward_local (solver, agent);
836   return reward * 0.5;
837 }
838
839 /**
840  * Doubles the bandwidth for the active address
841  *
842  * @param solver solver handle
843  * @param agent agent handle
844  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise the outbound bandwidth
845  */
846 static void
847 envi_action_bw_double (struct GAS_RIL_Handle *solver,
848     struct RIL_Peer_Agent *agent,
849     int direction_in)
850 {
851   if (direction_in)
852   {
853     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in * 2,
854         agent->bw_out, GNUNET_NO);
855   }
856   else
857   {
858     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in,
859         agent->bw_out * 2, GNUNET_NO);
860   }
861 }
862
863 /**
864  * Cuts the bandwidth for the active address in half. The least amount of bandwidth suggested, is
865  * the minimum bandwidth for a peer, in order to not invoke a disconnect.
866  *
867  * @param solver solver handle
868  * @param agent agent handle
869  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise change the outbound
870  * bandwidth
871  */
872 static void
873 envi_action_bw_halven (struct GAS_RIL_Handle *solver,
874     struct RIL_Peer_Agent *agent,
875     int direction_in)
876 {
877   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
878   unsigned long long new_bw;
879
880   if (direction_in)
881   {
882     new_bw = agent->bw_in / 2;
883     if (new_bw < min_bw)
884       new_bw = min_bw;
885     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, new_bw, agent->bw_out,
886         GNUNET_NO);
887   }
888   else
889   {
890     new_bw = agent->bw_out / 2;
891     if (new_bw < min_bw)
892       new_bw = min_bw;
893     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, new_bw,
894         GNUNET_NO);
895   }
896 }
897
898 /**
899  * Increases the bandwidth by 5 times the minimum bandwidth for the active address.
900  *
901  * @param solver solver handle
902  * @param agent agent handle
903  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise change the outbound
904  * bandwidth
905  */
906 static void
907 envi_action_bw_inc (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent, int direction_in)
908 {
909   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
910
911   if (direction_in)
912   {
913     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in + (5 * min_bw),
914         agent->bw_out, GNUNET_NO);
915   }
916   else
917   {
918     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in,
919         agent->bw_out + (5 * min_bw), GNUNET_NO);
920   }
921 }
922
923 /**
924  * Decreases the bandwidth by 5 times the minimum bandwidth for the active address. The least amount
925  * of bandwidth suggested, is the minimum bandwidth for a peer, in order to not invoke a disconnect.
926  *
927  * @param solver solver handle
928  * @param agent agent handle
929  * @param direction_in if GNUNET_YES, change inbound bandwidth, otherwise change the outbound
930  * bandwidth
931  */
932 static void
933 envi_action_bw_dec (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent, int direction_in)
934 {
935   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
936   unsigned long long new_bw;
937
938   if (direction_in)
939   {
940     new_bw = agent->bw_in - (5 * min_bw);
941     if (new_bw < min_bw)
942       new_bw = min_bw;
943     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, new_bw, agent->bw_out,
944         GNUNET_NO);
945   }
946   else
947   {
948     new_bw = agent->bw_out - (5 * min_bw);
949     if (new_bw < min_bw)
950       new_bw = min_bw;
951     envi_set_active_suggestion (solver, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, new_bw,
952         GNUNET_NO);
953   }
954 }
955
956 /**
957  * Switches to the address given by its index
958  *
959  * @param solver solver handle
960  * @param agent agent handle
961  * @param address_index index of the address as it is saved in the agent's list, starting with zero
962  */
963 static void
964 envi_action_address_switch (struct GAS_RIL_Handle *solver,
965     struct RIL_Peer_Agent *agent,
966     unsigned int address_index)
967 {
968   struct RIL_Address_Wrapped *cur;
969   int i = 0;
970
971   for (cur = agent->addresses_head; NULL != cur; cur = cur->next)
972   {
973     if (i == address_index)
974     {
975       envi_set_active_suggestion (solver, agent, cur->address_naked, agent->bw_in, agent->bw_out,
976           GNUNET_NO);
977       return;
978     }
979
980     i++;
981   }
982
983   //no address with address_index exists, in this case this action should not be callable
984   GNUNET_assert(GNUNET_NO);
985 }
986
987 /**
988  * Puts the action into effect by calling the according function
989  *
990  * @param solver the solver handle
991  * @param agent the action handle
992  * @param action the action to perform by the solver
993  */
994 static void
995 envi_do_action (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent, int action)
996 {
997   int address_index;
998
999   switch (action)
1000   {
1001   case RIL_ACTION_NOTHING:
1002     break;
1003   case RIL_ACTION_BW_IN_DBL:
1004     envi_action_bw_double (solver, agent, GNUNET_YES);
1005     break;
1006   case RIL_ACTION_BW_IN_HLV:
1007     envi_action_bw_halven (solver, agent, GNUNET_YES);
1008     break;
1009   case RIL_ACTION_BW_IN_INC:
1010     envi_action_bw_inc (solver, agent, GNUNET_YES);
1011     break;
1012   case RIL_ACTION_BW_IN_DEC:
1013     envi_action_bw_dec (solver, agent, GNUNET_YES);
1014     break;
1015   case RIL_ACTION_BW_OUT_DBL:
1016     envi_action_bw_double (solver, agent, GNUNET_NO);
1017     break;
1018   case RIL_ACTION_BW_OUT_HLV:
1019     envi_action_bw_halven (solver, agent, GNUNET_NO);
1020     break;
1021   case RIL_ACTION_BW_OUT_INC:
1022     envi_action_bw_inc (solver, agent, GNUNET_NO);
1023     break;
1024   case RIL_ACTION_BW_OUT_DEC:
1025     envi_action_bw_dec (solver, agent, GNUNET_NO);
1026     break;
1027   default:
1028     if ((action >= RIL_ACTION_TYPE_NUM) && (action < agent->n)) //switch address action
1029     {
1030       address_index = action - RIL_ACTION_TYPE_NUM;
1031
1032       GNUNET_assert(address_index >= 0);
1033       GNUNET_assert(
1034           address_index <= agent_address_get_index (agent, agent->addresses_tail->address_naked));
1035
1036       envi_action_address_switch (solver, agent, address_index);
1037       break;
1038     }
1039     // error - action does not exist
1040     GNUNET_assert(GNUNET_NO);
1041   }
1042 }
1043
1044 /**
1045  * Performs one step of the Markov Decision Process. Other than in the literature the step starts
1046  * after having done the last action a_old. It observes the new state s_next and the reward
1047  * received. Then the coefficient update is done according to the SARSA or Q-learning method. The
1048  * next action is put into effect.
1049  *
1050  * @param agent the agent performing the step
1051  */
1052 static void
1053 agent_step (struct RIL_Peer_Agent *agent)
1054 {
1055   int a_next = RIL_ACTION_INVALID;
1056   double *s_next;
1057   double reward;
1058
1059   s_next = envi_get_state (agent->envi, agent);
1060   reward = envi_get_reward (agent->envi, agent);
1061
1062   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "agent_step() with algorithm %s\n",
1063       agent->envi->parameters.algorithm ? "Q" : "SARSA");
1064
1065   switch (agent->envi->parameters.algorithm)
1066   {
1067   case RIL_ALGO_SARSA:
1068     agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_SET);
1069     if (agent_decide_exploration (agent))
1070     {
1071       a_next = agent_get_action_explore (agent, s_next);
1072     }
1073     else
1074     {
1075       a_next = agent_get_action_best (agent, s_next);
1076     }
1077     if (RIL_ACTION_INVALID != agent->a_old)
1078     {
1079       //updates weights with selected action (on-policy), if not first step
1080       agent_update_weights (agent, reward, s_next, a_next);
1081     }
1082     break;
1083
1084   case RIL_ALGO_Q:
1085     a_next = agent_get_action_best (agent, s_next);
1086     if (RIL_ACTION_INVALID != agent->a_old)
1087     {
1088       //updates weights with best action, disregarding actually selected action (off-policy), if not first step
1089       agent_update_weights (agent, reward, s_next, a_next);
1090     }
1091     if (agent_decide_exploration (agent))
1092     {
1093       a_next = agent_get_action_explore (agent, s_next);
1094       agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_ZERO);
1095     }
1096     else
1097     {
1098       a_next = agent_get_action_best (agent, s_next);
1099       agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_SET);
1100     }
1101     break;
1102   }
1103
1104   GNUNET_assert(RIL_ACTION_INVALID != a_next);
1105
1106   agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_ACCUMULATE);
1107
1108   envi_do_action (agent->envi, agent, a_next);
1109
1110   GNUNET_free(agent->s_old);
1111   agent->s_old = s_next;
1112   agent->a_old = a_next;
1113
1114   agent->step_count += 1;
1115 }
1116
1117 static int
1118 ril_step (struct GAS_RIL_Handle *solver);
1119
1120 /**
1121  * Task for the scheduler, which performs one step and lets the solver know that
1122  * no further step is scheduled.
1123  *
1124  * @param cls the solver handle
1125  * @param tc the task context for the scheduler
1126  */
1127 static void
1128 ril_step_scheduler_task (void *cls, const struct GNUNET_SCHEDULER_TaskContext *tc)
1129 {
1130   struct GAS_RIL_Handle *solver = cls;
1131
1132   solver->task_pending = GNUNET_NO;
1133   ril_step (solver);
1134 }
1135
1136 static double
1137 ril_get_used_resource_ratio (struct GAS_RIL_Handle *solver)
1138 {
1139   int i;
1140   struct RIL_Network net;
1141   unsigned long long sum_assigned = 0;
1142   unsigned long long sum_available = 0;
1143   double ratio;
1144
1145   for (i = 0; i < solver->networks_count; i++)
1146   {
1147     net = solver->network_entries[i];
1148     if (net.bw_in_assigned > 0) //only consider scopes with an active address
1149     {
1150       sum_assigned += net.bw_in_assigned;
1151       sum_assigned += net.bw_out_assigned;
1152       sum_available += net.bw_in_available;
1153       sum_available += net.bw_out_available;
1154     }
1155   }
1156   if (sum_available > 0)
1157   {
1158     ratio = ((double) sum_assigned) / ((double) sum_available);
1159   }
1160   else
1161   {
1162     ratio = 0;
1163   }
1164
1165   return ratio > 1 ? 1 : ratio; //overutilization possible, cap at 1
1166 }
1167
1168 /**
1169  * Schedules the next global step in an adaptive way. The more resources are
1170  * left, the earlier the next step is scheduled. This serves the reactivity of
1171  * the solver to changed inputs.
1172  *
1173  * @param solver the solver handle
1174  */
1175 static void
1176 ril_step_schedule_next (struct GAS_RIL_Handle *solver)
1177 {
1178   double used_ratio;
1179   double factor;
1180   double y;
1181   double offset;
1182   struct GNUNET_TIME_Relative time_next;
1183
1184   if (solver->task_pending)
1185   {
1186     GNUNET_SCHEDULER_cancel (solver->step_next_task_id);
1187   }
1188
1189   used_ratio = ril_get_used_resource_ratio (solver);
1190
1191   GNUNET_assert(
1192       solver->parameters.step_time_min.rel_value_us
1193           < solver->parameters.step_time_max.rel_value_us);
1194
1195   factor = (double) GNUNET_TIME_relative_subtract (solver->parameters.step_time_max,
1196       solver->parameters.step_time_min).rel_value_us;
1197   offset = (double) solver->parameters.step_time_min.rel_value_us;
1198   y = factor * pow (used_ratio, RIL_INTERVAL_EXPONENT) + offset;
1199
1200   //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);
1201   //LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "factor = %f, offset = %f, y = %f\n", factor, offset, y);
1202
1203   GNUNET_assert(y <= (double ) solver->parameters.step_time_max.rel_value_us);
1204   GNUNET_assert(y >= (double ) solver->parameters.step_time_min.rel_value_us);
1205
1206   time_next = GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_UNIT_MICROSECONDS, (unsigned int) y);
1207
1208   solver->step_next_task_id = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (time_next, &ril_step_scheduler_task,
1209       solver);
1210   solver->task_pending = GNUNET_YES;
1211 }
1212
1213 /**
1214  * Triggers one step per agent
1215  * @param solver
1216  */
1217 static int
1218 ril_step (struct GAS_RIL_Handle *solver)
1219 {
1220   struct RIL_Peer_Agent *cur;
1221   struct GNUNET_TIME_Absolute time_now;
1222   struct GNUNET_TIME_Relative time_delta;
1223   double tau;
1224
1225   if (GNUNET_YES == solver->bulk_lock)
1226   {
1227     solver->bulk_changes++;
1228     return GNUNET_NO;
1229   }
1230
1231   ril_inform (solver, GAS_OP_SOLVE_START, GAS_STAT_SUCCESS);
1232
1233   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "RIL step number %d\n", solver->step_count);
1234
1235   if (0 == solver->step_count)
1236   {
1237     solver->step_time_last = GNUNET_TIME_absolute_get ();
1238   }
1239
1240   //calculate tau, i.e. how many real valued time units have passed, one time unit is one minimum time step
1241   time_now = GNUNET_TIME_absolute_get ();
1242   time_delta = GNUNET_TIME_absolute_get_difference (solver->step_time_last, time_now);
1243   tau = ((double) time_delta.rel_value_us)
1244       / ((double) solver->parameters.step_time_min.rel_value_us);
1245   solver->step_time_last = time_now;
1246
1247   //calculate reward discounts (once per step for all agents)
1248   solver->discount_variable = pow (M_E, ((-1.) * ((double) solver->parameters.beta) * tau));
1249   solver->discount_integrated = (1 - solver->discount_variable)
1250       / ((double) solver->parameters.beta);
1251
1252   //trigger one step per active agent
1253   for (cur = solver->agents_head; NULL != cur; cur = cur->next)
1254   {
1255     if (cur->is_active && cur->address_inuse)
1256     {
1257       agent_step (cur);
1258     }
1259   }
1260
1261   solver->step_count += 1;
1262   ril_step_schedule_next (solver);
1263
1264   ril_inform (solver, GAS_OP_SOLVE_STOP, GAS_STAT_SUCCESS);
1265
1266   return GNUNET_YES;
1267 }
1268
1269 /**
1270  * Initialize an agent without addresses and its knowledge base
1271  *
1272  * @param s ril solver
1273  * @param peer the one in question
1274  * @return handle to the new agent
1275  */
1276 static struct RIL_Peer_Agent *
1277 agent_init (void *s, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
1278 {
1279   int i;
1280   struct GAS_RIL_Handle * solver = s;
1281   struct RIL_Peer_Agent * agent = GNUNET_malloc (sizeof (struct RIL_Peer_Agent));
1282
1283   agent->envi = solver;
1284   agent->peer = *peer;
1285   agent->step_count = 0;
1286   agent->is_active = GNUNET_NO;
1287   agent->n = RIL_ACTION_TYPE_NUM;
1288   agent->m = solver->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT;
1289   agent->W = (double **) GNUNET_malloc (sizeof (double *) * agent->n);
1290   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1291   {
1292     agent->W[i] = (double *) GNUNET_malloc (sizeof (double) * agent->m);
1293   }
1294   agent->a_old = RIL_ACTION_INVALID;
1295   agent->s_old = envi_get_state (solver, agent);
1296   agent->e = (double *) GNUNET_malloc (sizeof (double) * agent->m);
1297   agent_modify_eligibility (agent, RIL_E_ZERO);
1298
1299   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert_tail(solver->agents_head, solver->agents_tail, agent);
1300
1301   return agent;
1302 }
1303
1304 /**
1305  * Deallocate agent
1306  *
1307  * @param solver the solver handle
1308  * @param agent the agent to retire
1309  */
1310 static void
1311 agent_die (struct GAS_RIL_Handle *solver, struct RIL_Peer_Agent *agent)
1312 {
1313   int i;
1314
1315   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1316   {
1317     GNUNET_free(agent->W[i]);
1318   }
1319   GNUNET_free(agent->W);
1320   GNUNET_free(agent->e);
1321   GNUNET_free(agent->s_old);
1322   GNUNET_free(agent);
1323 }
1324
1325 /**
1326  * Returns the agent for a peer
1327  *
1328  * @param solver the solver handle
1329  * @param peer the identity of the peer
1330  * @param create whether or not to create an agent, if none is allocated yet
1331  * @return the agent
1332  */
1333 static struct RIL_Peer_Agent *
1334 ril_get_agent (struct GAS_RIL_Handle *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer, int create)
1335 {
1336   struct RIL_Peer_Agent *cur;
1337
1338   for (cur = solver->agents_head; NULL != cur; cur = cur->next)
1339   {
1340     if (0 == memcmp (peer, &cur->peer, sizeof(struct GNUNET_PeerIdentity)))
1341     {
1342       return cur;
1343     }
1344   }
1345
1346   if (create)
1347   {
1348     return agent_init (solver, peer);
1349   }
1350   return NULL ;
1351 }
1352
1353 /**
1354  * Lookup network struct by type
1355  *
1356  * @param s the solver handle
1357  * @param type the network type
1358  * @return the network struct
1359  */
1360 static struct RIL_Network *
1361 ril_get_network (struct GAS_RIL_Handle *s, uint32_t type)
1362 {
1363   int i;
1364
1365   for (i = 0; i < s->networks_count; i++)
1366   {
1367     if (s->network_entries[i].type == type)
1368     {
1369       return &s->network_entries[i];
1370     }
1371   }
1372   return NULL ;
1373 }
1374
1375 /**
1376  * Determine whether at least the minimum bandwidth is set for the network. Otherwise the network is
1377  * considered inactive and not used. Addresses in an inactive network are ignored.
1378  *
1379  * @param solver solver handle
1380  * @param network the network type
1381  * @return whether or not the network is considered active
1382  */
1383 static int
1384 ril_network_is_active (struct GAS_RIL_Handle *solver, enum GNUNET_ATS_Network_Type network)
1385 {
1386   struct RIL_Network *net;
1387   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1388
1389   net = ril_get_network (solver, network);
1390   if (net->bw_out_available < min_bw)
1391     return GNUNET_NO;
1392   return GNUNET_YES;
1393 }
1394
1395 /**
1396  * Cuts a slice out of a vector of elements. This is used to decrease the size of the matrix storing
1397  * the reward function approximation. It copies the memory, which is not cut, to the new vector,
1398  * frees the memory of the old vector, and redirects the pointer to the new one.
1399  *
1400  * @param old pointer to the pointer to the first element of the vector
1401  * @param element_size byte size of the vector elements
1402  * @param hole_start the first element to cut out
1403  * @param hole_length the number of elements to cut out
1404  * @param old_length the length of the old vector
1405  */
1406 static void
1407 ril_cut_from_vector (void **old,
1408     size_t element_size,
1409     unsigned int hole_start,
1410     unsigned int hole_length,
1411     unsigned int old_length)
1412 {
1413   char *tmpptr;
1414   char *oldptr = (char *) *old;
1415   size_t size;
1416   unsigned int bytes_before;
1417   unsigned int bytes_hole;
1418   unsigned int bytes_after;
1419
1420   GNUNET_assert(old_length > hole_length);
1421   GNUNET_assert(old_length >= (hole_start + hole_length));
1422
1423   size = element_size * (old_length - hole_length);
1424
1425   bytes_before = element_size * hole_start;
1426   bytes_hole = element_size * hole_length;
1427   bytes_after = element_size * (old_length - hole_start - hole_length);
1428
1429   if (0 == size)
1430   {
1431     tmpptr = NULL;
1432   }
1433   else
1434   {
1435     tmpptr = GNUNET_malloc (size);
1436     memcpy (tmpptr, oldptr, bytes_before);
1437     memcpy (tmpptr + bytes_before, oldptr + (bytes_before + bytes_hole), bytes_after);
1438   }
1439   if (NULL != *old)
1440   {
1441     GNUNET_free(*old);
1442   }
1443   *old = (void *) tmpptr;
1444 }
1445
1446 /*
1447  *  Solver API functions
1448  *  ---------------------------
1449  */
1450
1451 /**
1452  * Change relative preference for quality in solver
1453  *
1454  * @param solver the solver handle
1455  * @param peer the peer to change the preference for
1456  * @param kind the kind to change the preference
1457  * @param pref_rel the normalized preference value for this kind over all clients
1458  */
1459 void
1460 GAS_ril_address_change_preference (void *solver,
1461     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
1462     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind,
1463     double pref_rel)
1464 {
1465   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1466       "API_address_change_preference() Preference '%s' for peer '%s' changed to %.2f \n",
1467       GNUNET_ATS_print_preference_type (kind), GNUNET_i2s (peer), pref_rel);
1468
1469   ril_step (solver);
1470 }
1471
1472 /**
1473  * Entry point for the plugin
1474  *
1475  * @param cls pointer to the 'struct GNUNET_ATS_PluginEnvironment'
1476  */
1477 void *
1478 libgnunet_plugin_ats_ril_init (void *cls)
1479 {
1480   struct GNUNET_ATS_PluginEnvironment *env = cls;
1481   struct GAS_RIL_Handle *solver = GNUNET_new (struct GAS_RIL_Handle);
1482   struct RIL_Network * cur;
1483   int c;
1484   char *string;
1485
1486   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_init() Initializing RIL solver\n");
1487
1488   GNUNET_assert(NULL != env);
1489   GNUNET_assert(NULL != env->cfg);
1490   GNUNET_assert(NULL != env->stats);
1491   GNUNET_assert(NULL != env->bandwidth_changed_cb);
1492   GNUNET_assert(NULL != env->get_preferences);
1493   GNUNET_assert(NULL != env->get_property);
1494
1495   if (GNUNET_OK
1496       != GNUNET_CONFIGURATION_get_value_time (env->cfg, "ats", "RIL_STEP_TIME_MIN",
1497           &solver->parameters.step_time_min))
1498   {
1499     solver->parameters.step_time_min = RIL_DEFAULT_STEP_TIME_MIN;
1500   }
1501   if (GNUNET_OK
1502       != GNUNET_CONFIGURATION_get_value_time (env->cfg, "ats", "RIL_STEP_TIME_MAX",
1503           &solver->parameters.step_time_max))
1504   {
1505     solver->parameters.step_time_max = RIL_DEFAULT_STEP_TIME_MAX;
1506   }
1507   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_ALGORITHM", &string))
1508   {
1509     solver->parameters.algorithm = !strcmp (string, "SARSA") ? RIL_ALGO_SARSA : RIL_ALGO_Q;
1510     GNUNET_free (string);
1511   }
1512   else
1513   {
1514     solver->parameters.algorithm = RIL_DEFAULT_ALGORITHM;
1515   }
1516   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_DISCOUNT_BETA", &string))
1517   {
1518     solver->parameters.beta = strtod (string, NULL);
1519     GNUNET_free (string);
1520   }
1521   else
1522   {
1523     solver->parameters.beta = RIL_DEFAULT_DISCOUNT_BETA;
1524   }
1525   if (GNUNET_OK
1526       == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_GRADIENT_STEP_SIZE", &string))
1527   {
1528     solver->parameters.alpha = strtod (string, NULL);
1529     GNUNET_free (string);
1530   }
1531   else
1532   {
1533     solver->parameters.alpha = RIL_DEFAULT_GRADIENT_STEP_SIZE;
1534   }
1535   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_TRACE_DECAY", &string))
1536   {
1537     solver->parameters.lambda = strtod (string, NULL);
1538     GNUNET_free (string);
1539   }
1540   else
1541   {
1542     solver->parameters.lambda = RIL_DEFAULT_TRACE_DECAY;
1543   }
1544   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_EXPLORE_RATIO", &string))
1545   {
1546     solver->parameters.explore_ratio = strtod (string, NULL);
1547     GNUNET_free (string);
1548   }
1549   else
1550   {
1551     solver->parameters.explore_ratio = RIL_DEFAULT_EXPLORE_RATIO;
1552   }
1553
1554   env->sf.s_add = &GAS_ril_address_add;
1555   env->sf.s_address_update_property = &GAS_ril_address_property_changed;
1556   env->sf.s_address_update_session = &GAS_ril_address_session_changed;
1557   env->sf.s_address_update_inuse = &GAS_ril_address_inuse_changed;
1558   env->sf.s_address_update_network = &GAS_ril_address_change_network;
1559   env->sf.s_get = &GAS_ril_get_preferred_address;
1560   env->sf.s_get_stop = &GAS_ril_stop_get_preferred_address;
1561   env->sf.s_pref = &GAS_ril_address_change_preference;
1562   env->sf.s_feedback = &GAS_ril_address_preference_feedback;
1563   env->sf.s_del = &GAS_ril_address_delete;
1564   env->sf.s_bulk_start = &GAS_ril_bulk_start;
1565   env->sf.s_bulk_stop = &GAS_ril_bulk_stop;
1566
1567   solver->plugin_envi = env;
1568   solver->networks_count = env->network_count;
1569   solver->network_entries = GNUNET_malloc (env->network_count * sizeof (struct RIL_Network));
1570   solver->step_count = 0;
1571
1572   for (c = 0; c < env->network_count; c++)
1573   {
1574     cur = &solver->network_entries[c];
1575     cur->type = env->networks[c];
1576     cur->bw_in_available = env->in_quota[c];
1577     cur->bw_in_assigned = 0;
1578     cur->bw_out_available = env->out_quota[c];
1579     cur->bw_out_assigned = 0;
1580   }
1581
1582   solver->step_next_task_id = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (
1583       GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_relative_get_millisecond_ (), 1000),
1584       &ril_step_scheduler_task, solver);
1585   solver->task_pending = GNUNET_YES;
1586
1587   return solver;
1588 }
1589
1590 /**
1591  * Exit point for the plugin
1592  *
1593  * @param cls the solver handle
1594  */
1595 void *
1596 libgnunet_plugin_ats_ril_done (void *cls)
1597 {
1598   struct GAS_RIL_Handle *s = cls;
1599   struct RIL_Peer_Agent *cur_agent;
1600   struct RIL_Peer_Agent *next_agent;
1601
1602   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_done() Shutting down RIL solver\n");
1603
1604   cur_agent = s->agents_head;
1605   while (NULL != cur_agent)
1606   {
1607     next_agent = cur_agent->next;
1608     GNUNET_CONTAINER_DLL_remove(s->agents_head, s->agents_tail, cur_agent);
1609     agent_die (s, cur_agent);
1610     cur_agent = next_agent;
1611   }
1612
1613   if (s->task_pending)
1614   {
1615     GNUNET_SCHEDULER_cancel (s->step_next_task_id);
1616   }
1617   GNUNET_free(s->network_entries);
1618   GNUNET_free(s);
1619
1620   return NULL ;
1621 }
1622
1623 /**
1624  * Add a new address for a peer to the solver
1625  *
1626  * The address is already contained in the addresses hashmap!
1627  *
1628  * @param solver the solver Handle
1629  * @param address the address to add
1630  * @param network network type of this address
1631  */
1632 void
1633 GAS_ril_address_add (void *solver, struct ATS_Address *address, uint32_t network)
1634 {
1635   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1636   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1637   struct RIL_Address_Wrapped *address_wrapped;
1638   struct RIL_Network *net;
1639   unsigned int m_new;
1640   unsigned int m_old;
1641   unsigned int n_new;
1642   unsigned int n_old;
1643   int i;
1644   unsigned int zero;
1645   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1646
1647   net = ril_get_network (s, network);
1648   address->solver_information = net;
1649
1650   if (!ril_network_is_active (s, network))
1651   {
1652     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1653         "API_address_add() Did not add %s address %p for peer '%s', network does not have enough bandwidth\n",
1654         address->plugin, address->addr, GNUNET_i2s (&address->peer));
1655     return;
1656   }
1657
1658   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_YES);
1659
1660   //add address
1661   address_wrapped = GNUNET_malloc (sizeof (struct RIL_Address_Wrapped));
1662   address_wrapped->address_naked = address;
1663   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert_tail(agent->addresses_head, agent->addresses_tail, address_wrapped);
1664
1665   //increase size of W
1666   m_new = agent->m + RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT;
1667   m_old = agent->m;
1668   n_new = agent->n + 1;
1669   n_old = agent->n;
1670
1671   GNUNET_array_grow(agent->W, agent->n, n_new);
1672   for (i = 0; i < n_new; i++)
1673   {
1674     if (i < n_old)
1675     {
1676       agent->m = m_old;
1677       GNUNET_array_grow(agent->W[i], agent->m, m_new);
1678     }
1679     else
1680     {
1681       zero = 0;
1682       GNUNET_array_grow(agent->W[i], zero, m_new);
1683     }
1684   }
1685
1686   //increase size of old state vector
1687   agent->m = m_old;
1688   GNUNET_array_grow(agent->s_old, agent->m, m_new);
1689
1690   agent->m = m_old;
1691   GNUNET_array_grow(agent->e, agent->m, m_new);
1692
1693   if (NULL == agent->address_inuse)
1694   {
1695     net->bw_in_assigned += min_bw;
1696     net->bw_out_assigned += min_bw;
1697     envi_set_active_suggestion (s, agent, address, min_bw, min_bw, GNUNET_NO);
1698   }
1699
1700   ril_step (s);
1701
1702   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_add() Added %s %s address %p for peer '%s'\n",
1703       address->active ? "active" : "inactive", address->plugin, address->addr,
1704       GNUNET_i2s (&address->peer));
1705 }
1706
1707 /**
1708  * Delete an address in the solver
1709  *
1710  * The address is not contained in the address hashmap anymore!
1711  *
1712  * @param solver the solver handle
1713  * @param address the address to remove
1714  * @param session_only delete only session not whole address
1715  */
1716 void
1717 GAS_ril_address_delete (void *solver, struct ATS_Address *address, int session_only)
1718 {
1719   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1720   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1721   struct RIL_Address_Wrapped *address_wrapped;
1722   int address_was_used = address->active;
1723   int address_index;
1724   unsigned int m_new;
1725   unsigned int n_new;
1726   int i;
1727   struct RIL_Network *net;
1728   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1729
1730   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_delete() Delete %s%s %s address %p for peer '%s'\n",
1731       session_only ? "session for " : "", address->active ? "active" : "inactive", address->plugin,
1732       address->addr, GNUNET_i2s (&address->peer));
1733
1734   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_NO);
1735   if (NULL == agent)
1736   {
1737     net = address->solver_information;
1738     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (s, net->type));
1739     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1740         "No agent allocated for peer yet, since address was in inactive network\n");
1741     return;
1742   }
1743
1744   address_index = agent_address_get_index (agent, address);
1745   address_wrapped = agent_address_get (agent, address);
1746
1747   if (NULL == address_wrapped)
1748   {
1749     net = address->solver_information;
1750     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (s, net->type));
1751     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1752         "Address not considered by agent, address was in inactive network\n");
1753     return;
1754   }
1755
1756   GNUNET_CONTAINER_DLL_remove(agent->addresses_head, agent->addresses_tail, address_wrapped);
1757   GNUNET_free(address_wrapped);
1758
1759   //decrease W
1760   m_new = agent->m - RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT;
1761   n_new = agent->n - 1;
1762
1763   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1764   {
1765     ril_cut_from_vector ((void **) &agent->W[i], sizeof(double),
1766         ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1767             + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1768   }
1769   GNUNET_free(agent->W[RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index]);
1770   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->W, sizeof(double *), RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index,
1771       1, agent->n);
1772   //correct last action
1773   if (agent->a_old > (RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index))
1774   {
1775     agent->a_old -= 1;
1776   }
1777   else if (agent->a_old == (RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index))
1778   {
1779     agent->a_old = RIL_ACTION_INVALID;
1780   }
1781   //decrease old state vector and eligibility vector
1782   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->s_old, sizeof(double),
1783       ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1784           + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1785   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->e, sizeof(double),
1786       ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1787           + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1788   agent->m = m_new;
1789   agent->n = n_new;
1790
1791   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "address was used: %s\n", address_was_used ? "yes" : "no");
1792
1793   if (address_was_used)
1794   {
1795     net = address->solver_information;
1796     net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
1797     net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
1798
1799     if (NULL != agent->addresses_head) //if peer has an address left, use it
1800     {
1801       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "address left: %p\n",
1802           agent->addresses_head->address_naked->addr);
1803       //TODO? check if network/bandwidth update can be done more clever/elegant at different function
1804       envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->addresses_head->address_naked, min_bw, min_bw,
1805           GNUNET_NO);
1806       net = agent->addresses_head->address_naked->solver_information;
1807       net->bw_in_assigned -= min_bw;
1808       net->bw_out_assigned -= min_bw;
1809     }
1810     else
1811     {
1812       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "no address left => disconnect\n");
1813
1814       envi_set_active_suggestion (s, agent, NULL, 0, 0, GNUNET_NO);
1815     }
1816   }
1817
1818   ril_step (solver);
1819
1820   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "Address deleted\n");
1821 }
1822
1823 /**
1824  * Update the properties of an address in the solver
1825  *
1826  * @param solver solver handle
1827  * @param address the address
1828  * @param type the ATSI type in HBO
1829  * @param abs_value the absolute value of the property
1830  * @param rel_value the normalized value
1831  */
1832 void
1833 GAS_ril_address_property_changed (void *solver,
1834     struct ATS_Address *address,
1835     uint32_t type,
1836     uint32_t abs_value,
1837     double rel_value)
1838 {
1839   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1840       "API_address_property_changed() Property '%s' for peer '%s' address %p changed "
1841           "to %.2f \n", GNUNET_ATS_print_property_type (type), GNUNET_i2s (&address->peer),
1842       address->addr, rel_value);
1843
1844   ril_step (solver);
1845 }
1846
1847 /**
1848  * Update the session of an address in the solver
1849  *
1850  * NOTE: values in addresses are already updated
1851  *
1852  * @param solver solver handle
1853  * @param address the address
1854  * @param cur_session the current session
1855  * @param new_session the new session
1856  */
1857 void
1858 GAS_ril_address_session_changed (void *solver,
1859     struct ATS_Address *address,
1860     uint32_t cur_session,
1861     uint32_t new_session)
1862 {
1863   /*
1864    * TODO? Future Work: Potentially add session activity as a feature in state vector
1865    */
1866   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_session_changed()\n");
1867 }
1868
1869 /**
1870  * Notify the solver that an address is (not) actively used by transport
1871  * to communicate with a remote peer
1872  *
1873  * NOTE: values in addresses are already updated
1874  *
1875  * @param solver solver handle
1876  * @param address the address
1877  * @param in_use usage state
1878  */
1879 void
1880 GAS_ril_address_inuse_changed (void *solver, struct ATS_Address *address, int in_use)
1881 {
1882   /* Nothing to do here.
1883    * Possible TODO? Future Work: Potentially add usage variable to state vector
1884    */
1885   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1886       "API_address_inuse_changed() Usage for %s address of peer '%s' changed to %s\n",
1887       address->plugin, GNUNET_i2s (&address->peer), (GNUNET_YES == in_use) ? "USED" : "UNUSED");
1888 }
1889
1890 /**
1891  * Notify solver that the network an address is located in has changed
1892  *
1893  * NOTE: values in addresses are already updated
1894  *
1895  * @param solver solver handle
1896  * @param address the address
1897  * @param current_network the current network
1898  * @param new_network the new network
1899  */
1900 void
1901 GAS_ril_address_change_network (void *solver,
1902     struct ATS_Address *address,
1903     uint32_t current_network,
1904     uint32_t new_network)
1905 {
1906   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1907   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1908   struct RIL_Network *net;
1909   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1910
1911   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_change_network() Network type changed, moving "
1912       "%s address of peer %s from '%s' to '%s'\n",
1913       (GNUNET_YES == address->active) ? "active" : "inactive", GNUNET_i2s (&address->peer),
1914       GNUNET_ATS_print_network_type (current_network), GNUNET_ATS_print_network_type (new_network));
1915
1916   if (address->active && !ril_network_is_active (solver, new_network))
1917   {
1918     GAS_ril_address_delete (solver, address, GNUNET_NO);
1919     return;
1920   }
1921
1922   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_NO);
1923   if (NULL == agent)
1924   {
1925     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (solver, current_network));
1926
1927     GAS_ril_address_add (s, address, new_network);
1928     return;
1929   }
1930
1931   net = ril_get_network (s, current_network);
1932   net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
1933   net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
1934
1935   net = ril_get_network (s, new_network);
1936   net->bw_in_assigned -= min_bw;
1937   net->bw_out_assigned -= min_bw;
1938   address->solver_information = net;
1939 }
1940
1941 /**
1942  * Give feedback about the current assignment
1943  *
1944  * @param solver the solver handle
1945  * @param application the application
1946  * @param peer the peer to change the preference for
1947  * @param scope the time interval for this feedback: [now - scope .. now]
1948  * @param kind the kind to change the preference
1949  * @param score the score
1950  */
1951 void
1952 GAS_ril_address_preference_feedback (void *solver,
1953     void *application,
1954     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
1955     const struct GNUNET_TIME_Relative scope,
1956     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind,
1957     double score)
1958 {
1959   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1960       "API_address_preference_feedback() Peer '%s' got a feedback of %+.3f from application %s for "
1961           "preference %s for %d seconds\n", GNUNET_i2s (peer), "UNKNOWN",
1962       GNUNET_ATS_print_preference_type (kind), scope.rel_value_us / 1000000);
1963 }
1964
1965 /**
1966  * Start a bulk operation
1967  *
1968  * @param solver the solver
1969  */
1970 void
1971 GAS_ril_bulk_start (void *solver)
1972 {
1973   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1974
1975   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_bulk_start() Locking solver for bulk operation ...\n");
1976
1977   s->bulk_lock++;
1978 }
1979
1980 /**
1981  * Bulk operation done
1982  *
1983  * @param solver the solver handle
1984  */
1985 void
1986 GAS_ril_bulk_stop (void *solver)
1987 {
1988   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1989
1990   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_bulk_stop() Releasing solver from bulk operation ...\n");
1991
1992   if (s->bulk_lock < 1)
1993   {
1994     GNUNET_break(0);
1995     return;
1996   }
1997   s->bulk_lock--;
1998
1999   if (0 < s->bulk_changes)
2000   {
2001     ril_step (solver);
2002     s->bulk_changes = 0;
2003   }
2004 }
2005
2006 /**
2007  * Tell solver to notify ATS if the address to use changes for a specific
2008  * peer using the bandwidth changed callback
2009  *
2010  * The solver must only notify about changes for peers with pending address
2011  * requests!
2012  *
2013  * @param solver the solver handle
2014  * @param peer the identity of the peer
2015  */
2016 const struct ATS_Address *
2017 GAS_ril_get_preferred_address (void *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
2018 {
2019   /*
2020    * activate agent, return currently chosen address
2021    */
2022   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
2023   struct RIL_Peer_Agent *agent;
2024   struct RIL_Network *net;
2025
2026   agent = ril_get_agent (s, peer, GNUNET_YES);
2027
2028   agent->is_active = GNUNET_YES;
2029
2030   if (agent->address_inuse)
2031   {
2032     net = agent->address_inuse->solver_information;
2033     net->bw_in_assigned += agent->bw_in;
2034     net->bw_out_assigned += agent->bw_out;
2035   }
2036   envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, agent->bw_out,
2037       GNUNET_YES);
2038
2039   if (agent->address_inuse)
2040   {
2041     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2042         "API_get_preferred_address() Activated agent for peer '%s' with %s address %p\n",
2043         GNUNET_i2s (peer), agent->address_inuse->plugin, agent->address_inuse->addr);
2044   }
2045   else
2046   {
2047     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2048         "API_get_preferred_address() Activated agent for peer '%s', but no address available\n",
2049         GNUNET_i2s (peer));
2050   }
2051
2052   ril_step (s);
2053
2054   return agent->address_inuse;
2055 }
2056
2057 /**
2058  * Tell solver stop notifying ATS about changes for this peers
2059  *
2060  * The solver must only notify about changes for peers with pending address
2061  * requests!
2062  *
2063  * @param solver the solver handle
2064  * @param peer the peer
2065  */
2066 void
2067 GAS_ril_stop_get_preferred_address (void *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
2068 {
2069   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
2070   struct RIL_Peer_Agent *agent;
2071   struct RIL_Network *net;
2072
2073   agent = ril_get_agent (s, peer, GNUNET_NO);
2074
2075   if (NULL == agent)
2076   {
2077     GNUNET_break(0);
2078     return;
2079   }
2080   if (GNUNET_NO == agent->is_active)
2081   {
2082     GNUNET_break(0);
2083     return;
2084   }
2085
2086   agent->is_active = GNUNET_NO;
2087   if (agent->address_inuse)
2088   {
2089     net = agent->address_inuse->solver_information;
2090     net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
2091     net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
2092   }
2093   envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, agent->bw_out,
2094       GNUNET_YES);
2095
2096   ril_step (s);
2097
2098   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2099       "API_stop_get_preferred_address() Paused agent for peer '%s' with %s address\n",
2100       GNUNET_i2s (peer), agent->address_inuse->plugin);
2101 }
2102
2103 /* end of libgnunet_plugin_ats_ril.c */