configuration parameter read fix
[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   }
1490   else
1491   {
1492     solver->parameters.algorithm = RIL_DEFAULT_ALGORITHM;
1493   }
1494   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_DISCOUNT_BETA", &string))
1495   {
1496     solver->parameters.beta = strtod (string, NULL);
1497   }
1498   else
1499   {
1500     solver->parameters.beta = RIL_DEFAULT_DISCOUNT_BETA;
1501   }
1502   if (GNUNET_OK
1503       == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_GRADIENT_STEP_SIZE", &string))
1504   {
1505     solver->parameters.alpha = strtod (string, NULL);
1506   }
1507   else
1508   {
1509     solver->parameters.alpha = RIL_DEFAULT_GRADIENT_STEP_SIZE;
1510   }
1511   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_TRACE_DECAY", &string))
1512   {
1513     solver->parameters.lambda = strtod (string, NULL);
1514   }
1515   else
1516   {
1517     solver->parameters.lambda = RIL_DEFAULT_TRACE_DECAY;
1518   }
1519   if (GNUNET_OK == GNUNET_CONFIGURATION_get_value_string (env->cfg, "ats", "RIL_EXPLORE_RATIO", &string))
1520   {
1521     solver->parameters.explore_ratio = strtod (string, NULL);
1522   }
1523   else
1524   {
1525     solver->parameters.explore_ratio = RIL_DEFAULT_EXPLORE_RATIO;
1526   }
1527
1528   env->sf.s_add = &GAS_ril_address_add;
1529   env->sf.s_address_update_property = &GAS_ril_address_property_changed;
1530   env->sf.s_address_update_session = &GAS_ril_address_session_changed;
1531   env->sf.s_address_update_inuse = &GAS_ril_address_inuse_changed;
1532   env->sf.s_address_update_network = &GAS_ril_address_change_network;
1533   env->sf.s_get = &GAS_ril_get_preferred_address;
1534   env->sf.s_get_stop = &GAS_ril_stop_get_preferred_address;
1535   env->sf.s_pref = &GAS_ril_address_change_preference;
1536   env->sf.s_feedback = &GAS_ril_address_preference_feedback;
1537   env->sf.s_del = &GAS_ril_address_delete;
1538   env->sf.s_bulk_start = &GAS_ril_bulk_start;
1539   env->sf.s_bulk_stop = &GAS_ril_bulk_stop;
1540
1541   solver->plugin_envi = env;
1542   solver->networks_count = env->network_count;
1543   solver->network_entries = GNUNET_malloc (env->network_count * sizeof (struct RIL_Network));
1544   solver->step_count = 0;
1545
1546   for (c = 0; c < env->network_count; c++)
1547   {
1548     cur = &solver->network_entries[c];
1549     cur->type = env->networks[c];
1550     cur->bw_in_available = env->in_quota[c];
1551     cur->bw_in_assigned = 0;
1552     cur->bw_out_available = env->out_quota[c];
1553     cur->bw_out_assigned = 0;
1554   }
1555
1556   solver->step_next_task_id = GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (
1557       GNUNET_TIME_relative_multiply (GNUNET_TIME_relative_get_millisecond_ (), 1000),
1558       &ril_step_scheduler_task, solver);
1559   solver->task_pending = GNUNET_YES;
1560
1561   return solver;
1562 }
1563
1564 /**
1565  * Exit point for the plugin
1566  *
1567  * @param cls the solver handle
1568  */
1569 void *
1570 libgnunet_plugin_ats_ril_done (void *cls)
1571 {
1572   struct GAS_RIL_Handle *s = cls;
1573   struct RIL_Peer_Agent *cur_agent;
1574   struct RIL_Peer_Agent *next_agent;
1575
1576   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_done() Shutting down RIL solver\n");
1577
1578   cur_agent = s->agents_head;
1579   while (NULL != cur_agent)
1580   {
1581     next_agent = cur_agent->next;
1582     GNUNET_CONTAINER_DLL_remove(s->agents_head, s->agents_tail, cur_agent);
1583     agent_die (s, cur_agent);
1584     cur_agent = next_agent;
1585   }
1586
1587   if (s->task_pending)
1588   {
1589     GNUNET_SCHEDULER_cancel (s->step_next_task_id);
1590   }
1591   GNUNET_free(s->network_entries);
1592   GNUNET_free(s);
1593
1594   return NULL ;
1595 }
1596
1597 /**
1598  * Add a new address for a peer to the solver
1599  *
1600  * The address is already contained in the addresses hashmap!
1601  *
1602  * @param solver the solver Handle
1603  * @param address the address to add
1604  * @param network network type of this address
1605  */
1606 void
1607 GAS_ril_address_add (void *solver, struct ATS_Address *address, uint32_t network)
1608 {
1609   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1610   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1611   struct RIL_Address_Wrapped *address_wrapped;
1612   struct RIL_Network *net;
1613   unsigned int m_new;
1614   unsigned int m_old;
1615   unsigned int n_new;
1616   unsigned int n_old;
1617   int i;
1618   unsigned int zero;
1619   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1620
1621   net = ril_get_network (s, network);
1622   address->solver_information = net;
1623
1624   if (!ril_network_is_active (s, network))
1625   {
1626     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1627         "API_address_add() Did not add %s address %p for peer '%s', network does not have enough bandwidth\n",
1628         address->plugin, address->addr, GNUNET_i2s (&address->peer));
1629     return;
1630   }
1631
1632   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_YES);
1633
1634   //add address
1635   address_wrapped = GNUNET_malloc (sizeof (struct RIL_Address_Wrapped));
1636   address_wrapped->address_naked = address;
1637   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert_tail(agent->addresses_head, agent->addresses_tail, address_wrapped);
1638
1639   //increase size of W
1640   m_new = agent->m + RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT;
1641   m_old = agent->m;
1642   n_new = agent->n + 1;
1643   n_old = agent->n;
1644
1645   GNUNET_array_grow(agent->W, agent->n, n_new);
1646   for (i = 0; i < n_new; i++)
1647   {
1648     if (i < n_old)
1649     {
1650       agent->m = m_old;
1651       GNUNET_array_grow(agent->W[i], agent->m, m_new);
1652     }
1653     else
1654     {
1655       zero = 0;
1656       GNUNET_array_grow(agent->W[i], zero, m_new);
1657     }
1658   }
1659
1660   //increase size of old state vector
1661   agent->m = m_old;
1662   GNUNET_array_grow(agent->s_old, agent->m, m_new);
1663
1664   agent->m = m_old;
1665   GNUNET_array_grow(agent->e, agent->m, m_new);
1666
1667   if (NULL == agent->address_inuse)
1668   {
1669     net->bw_in_assigned += min_bw;
1670     net->bw_out_assigned += min_bw;
1671     envi_set_active_suggestion (s, agent, address, min_bw, min_bw, GNUNET_NO);
1672   }
1673
1674   ril_step (s);
1675
1676   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_add() Added %s %s address %p for peer '%s'\n",
1677       address->active ? "active" : "inactive", address->plugin, address->addr,
1678       GNUNET_i2s (&address->peer));
1679 }
1680
1681 /**
1682  * Delete an address in the solver
1683  *
1684  * The address is not contained in the address hashmap anymore!
1685  *
1686  * @param solver the solver handle
1687  * @param address the address to remove
1688  * @param session_only delete only session not whole address
1689  */
1690 void
1691 GAS_ril_address_delete (void *solver, struct ATS_Address *address, int session_only)
1692 {
1693   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1694   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1695   struct RIL_Address_Wrapped *address_wrapped;
1696   int address_was_used = address->active;
1697   int address_index;
1698   unsigned int m_new;
1699   unsigned int n_new;
1700   int i;
1701   struct RIL_Network *net;
1702   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1703
1704   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_delete() Delete %s%s %s address %p for peer '%s'\n",
1705       session_only ? "session for " : "", address->active ? "active" : "inactive", address->plugin,
1706       address->addr, GNUNET_i2s (&address->peer));
1707
1708   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_NO);
1709   if (NULL == agent)
1710   {
1711     net = address->solver_information;
1712     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (s, net->type));
1713     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1714         "No agent allocated for peer yet, since address was in inactive network\n");
1715     return;
1716   }
1717
1718   address_index = agent_address_get_index (agent, address);
1719   address_wrapped = agent_address_get (agent, address);
1720
1721   if (NULL == address_wrapped)
1722   {
1723     net = address->solver_information;
1724     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (s, net->type));
1725     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1726         "Address not considered by agent, address was in inactive network\n");
1727     return;
1728   }
1729
1730   GNUNET_CONTAINER_DLL_remove(agent->addresses_head, agent->addresses_tail, address_wrapped);
1731   GNUNET_free(address_wrapped);
1732
1733   //decrease W
1734   m_new = agent->m - RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT;
1735   n_new = agent->n - 1;
1736
1737   for (i = 0; i < agent->n; i++)
1738   {
1739     ril_cut_from_vector ((void **) &agent->W[i], sizeof(double),
1740         ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1741             + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1742   }
1743   GNUNET_free(agent->W[RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index]);
1744   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->W, sizeof(double *), RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index,
1745       1, agent->n);
1746   //correct last action
1747   if (agent->a_old > (RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index))
1748   {
1749     agent->a_old -= 1;
1750   }
1751   else if (agent->a_old == (RIL_ACTION_TYPE_NUM + address_index))
1752   {
1753     agent->a_old = RIL_ACTION_INVALID;
1754   }
1755   //decrease old state vector and eligibility vector
1756   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->s_old, sizeof(double),
1757       ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1758           + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1759   ril_cut_from_vector ((void **) &agent->e, sizeof(double),
1760       ((s->networks_count * RIL_FEATURES_NETWORK_COUNT)
1761           + (address_index * RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT)), RIL_FEATURES_ADDRESS_COUNT, agent->m);
1762   agent->m = m_new;
1763   agent->n = n_new;
1764
1765   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "address was used: %s\n", address_was_used ? "yes" : "no");
1766
1767   if (address_was_used)
1768   {
1769     net = address->solver_information;
1770     net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
1771     net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
1772
1773     if (NULL != agent->addresses_head) //if peer has an address left, use it
1774     {
1775       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "address left: %p\n",
1776           agent->addresses_head->address_naked->addr);
1777       //TODO? check if network/bandwidth update can be done more clever/elegant at different function
1778       envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->addresses_head->address_naked, min_bw, min_bw,
1779           GNUNET_NO);
1780       net = agent->addresses_head->address_naked->solver_information;
1781       net->bw_in_assigned -= min_bw;
1782       net->bw_out_assigned -= min_bw;
1783     }
1784     else
1785     {
1786       LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "no address left => disconnect\n");
1787
1788       envi_set_active_suggestion (s, agent, NULL, 0, 0, GNUNET_NO);
1789     }
1790   }
1791
1792   ril_step (solver);
1793
1794   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "Address deleted\n");
1795 }
1796
1797 /**
1798  * Update the properties of an address in the solver
1799  *
1800  * @param solver solver handle
1801  * @param address the address
1802  * @param type the ATSI type in HBO
1803  * @param abs_value the absolute value of the property
1804  * @param rel_value the normalized value
1805  */
1806 void
1807 GAS_ril_address_property_changed (void *solver,
1808     struct ATS_Address *address,
1809     uint32_t type,
1810     uint32_t abs_value,
1811     double rel_value)
1812 {
1813   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1814       "API_address_property_changed() Property '%s' for peer '%s' address %p changed "
1815           "to %.2f \n", GNUNET_ATS_print_property_type (type), GNUNET_i2s (&address->peer),
1816       address->addr, rel_value);
1817
1818   ril_step (solver);
1819 }
1820
1821 /**
1822  * Update the session of an address in the solver
1823  *
1824  * NOTE: values in addresses are already updated
1825  *
1826  * @param solver solver handle
1827  * @param address the address
1828  * @param cur_session the current session
1829  * @param new_session the new session
1830  */
1831 void
1832 GAS_ril_address_session_changed (void *solver,
1833     struct ATS_Address *address,
1834     uint32_t cur_session,
1835     uint32_t new_session)
1836 {
1837   /*
1838    * TODO? Future Work: Potentially add session activity as a feature in state vector
1839    */
1840   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_session_changed()\n");
1841 }
1842
1843 /**
1844  * Notify the solver that an address is (not) actively used by transport
1845  * to communicate with a remote peer
1846  *
1847  * NOTE: values in addresses are already updated
1848  *
1849  * @param solver solver handle
1850  * @param address the address
1851  * @param in_use usage state
1852  */
1853 void
1854 GAS_ril_address_inuse_changed (void *solver, struct ATS_Address *address, int in_use)
1855 {
1856   /* Nothing to do here.
1857    * Possible TODO? Future Work: Potentially add usage variable to state vector
1858    */
1859   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1860       "API_address_inuse_changed() Usage for %s address of peer '%s' changed to %s\n",
1861       address->plugin, GNUNET_i2s (&address->peer), (GNUNET_YES == in_use) ? "USED" : "UNUSED");
1862 }
1863
1864 /**
1865  * Notify solver that the network an address is located in has changed
1866  *
1867  * NOTE: values in addresses are already updated
1868  *
1869  * @param solver solver handle
1870  * @param address the address
1871  * @param current_network the current network
1872  * @param new_network the new network
1873  */
1874 void
1875 GAS_ril_address_change_network (void *solver,
1876     struct ATS_Address *address,
1877     uint32_t current_network,
1878     uint32_t new_network)
1879 {
1880   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1881   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1882   struct RIL_Network *net;
1883   uint32_t min_bw = ntohl (GNUNET_CONSTANTS_DEFAULT_BW_IN_OUT.value__);
1884
1885   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_address_change_network() Network type changed, moving "
1886       "%s address of peer %s from '%s' to '%s'\n",
1887       (GNUNET_YES == address->active) ? "active" : "inactive", GNUNET_i2s (&address->peer),
1888       GNUNET_ATS_print_network_type (current_network), GNUNET_ATS_print_network_type (new_network));
1889
1890   if (address->active && !ril_network_is_active (solver, new_network))
1891   {
1892     GAS_ril_address_delete (solver, address, GNUNET_NO);
1893     return;
1894   }
1895
1896   agent = ril_get_agent (s, &address->peer, GNUNET_NO);
1897   if (NULL == agent)
1898   {
1899     GNUNET_assert(!ril_network_is_active (solver, current_network));
1900
1901     GAS_ril_address_add (s, address, new_network);
1902     return;
1903   }
1904
1905   net = ril_get_network (s, current_network);
1906   net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
1907   net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
1908
1909   net = ril_get_network (s, new_network);
1910   net->bw_in_assigned -= min_bw;
1911   net->bw_out_assigned -= min_bw;
1912   address->solver_information = net;
1913 }
1914
1915 /**
1916  * Give feedback about the current assignment
1917  *
1918  * @param solver the solver handle
1919  * @param application the application
1920  * @param peer the peer to change the preference for
1921  * @param scope the time interval for this feedback: [now - scope .. now]
1922  * @param kind the kind to change the preference
1923  * @param score the score
1924  */
1925 void
1926 GAS_ril_address_preference_feedback (void *solver,
1927     void *application,
1928     const struct GNUNET_PeerIdentity *peer,
1929     const struct GNUNET_TIME_Relative scope,
1930     enum GNUNET_ATS_PreferenceKind kind,
1931     double score)
1932 {
1933   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1934       "API_address_preference_feedback() Peer '%s' got a feedback of %+.3f from application %s for "
1935           "preference %s for %d seconds\n", GNUNET_i2s (peer), "UNKNOWN",
1936       GNUNET_ATS_print_preference_type (kind), scope.rel_value_us / 1000000);
1937 }
1938
1939 /**
1940  * Start a bulk operation
1941  *
1942  * @param solver the solver
1943  */
1944 void
1945 GAS_ril_bulk_start (void *solver)
1946 {
1947   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1948
1949   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_bulk_start() Locking solver for bulk operation ...\n");
1950
1951   s->bulk_lock++;
1952 }
1953
1954 /**
1955  * Bulk operation done
1956  *
1957  * @param solver the solver handle
1958  */
1959 void
1960 GAS_ril_bulk_stop (void *solver)
1961 {
1962   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1963
1964   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "API_bulk_stop() Releasing solver from bulk operation ...\n");
1965
1966   if (s->bulk_lock < 1)
1967   {
1968     GNUNET_break(0);
1969     return;
1970   }
1971   s->bulk_lock--;
1972
1973   if (0 < s->bulk_changes)
1974   {
1975     ril_step (solver);
1976     s->bulk_changes = 0;
1977   }
1978 }
1979
1980 /**
1981  * Tell solver to notify ATS if the address to use changes for a specific
1982  * peer using the bandwidth changed callback
1983  *
1984  * The solver must only notify about changes for peers with pending address
1985  * requests!
1986  *
1987  * @param solver the solver handle
1988  * @param peer the identity of the peer
1989  */
1990 const struct ATS_Address *
1991 GAS_ril_get_preferred_address (void *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
1992 {
1993   /*
1994    * activate agent, return currently chosen address
1995    */
1996   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
1997   struct RIL_Peer_Agent *agent;
1998   struct RIL_Network *net;
1999
2000   agent = ril_get_agent (s, peer, GNUNET_YES);
2001
2002   agent->is_active = GNUNET_YES;
2003
2004   if (agent->address_inuse)
2005   {
2006     net = agent->address_inuse->solver_information;
2007     net->bw_in_assigned += agent->bw_in;
2008     net->bw_out_assigned += agent->bw_out;
2009   }
2010   envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, agent->bw_out,
2011       GNUNET_YES);
2012
2013   if (agent->address_inuse)
2014   {
2015     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2016         "API_get_preferred_address() Activated agent for peer '%s' with %s address %p\n",
2017         GNUNET_i2s (peer), agent->address_inuse->plugin, agent->address_inuse->addr);
2018   }
2019   else
2020   {
2021     LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2022         "API_get_preferred_address() Activated agent for peer '%s', but no address available\n",
2023         GNUNET_i2s (peer));
2024   }
2025
2026   ril_step (s);
2027
2028   return agent->address_inuse;
2029 }
2030
2031 /**
2032  * Tell solver stop notifying ATS about changes for this peers
2033  *
2034  * The solver must only notify about changes for peers with pending address
2035  * requests!
2036  *
2037  * @param solver the solver handle
2038  * @param peer the peer
2039  */
2040 void
2041 GAS_ril_stop_get_preferred_address (void *solver, const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
2042 {
2043   struct GAS_RIL_Handle *s = solver;
2044   struct RIL_Peer_Agent *agent;
2045   struct RIL_Network *net;
2046
2047   agent = ril_get_agent (s, peer, GNUNET_NO);
2048
2049   if (NULL == agent)
2050   {
2051     GNUNET_break(0);
2052     return;
2053   }
2054   if (GNUNET_NO == agent->is_active)
2055   {
2056     GNUNET_break(0);
2057     return;
2058   }
2059
2060   agent->is_active = GNUNET_NO;
2061   if (agent->address_inuse)
2062   {
2063     net = agent->address_inuse->solver_information;
2064     net->bw_in_assigned -= agent->bw_in;
2065     net->bw_out_assigned -= agent->bw_out;
2066   }
2067   envi_set_active_suggestion (s, agent, agent->address_inuse, agent->bw_in, agent->bw_out,
2068       GNUNET_YES);
2069
2070   ril_step (s);
2071
2072   LOG(GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
2073       "API_stop_get_preferred_address() Paused agent for peer '%s' with %s address\n",
2074       GNUNET_i2s (peer), agent->address_inuse->plugin);
2075 }
2076
2077 /* end of libgnunet_plugin_ats_ril.c */