B2: Koordination und Ausführung

B2 unterstützt die Ausführung von MAKI-Kommunikationssystemen, bei denen mehrere Multi-Mechanismen und Anwendungs-Komponenten übergreifend koordiniert werden. Im bekannten Regelkreis MAPE (Monitoring, Analysis, Planning, Execution) ist diese Aufgabe dem vierten Schritt zuzuordnen. Vorhergehende Schritte werden einbezogen soweit erforderlich, sodass Projektbereich B den Regelkreis durchgehend unterstützt.

In Phase I bezog B2 den MAPE-Schritt P ein, ebenfalls für koordinierte Transitionen in mehreren Multi-Mechanismen. Antragsteller Weihe forschte in diesem Bereich; damit verzahnt erforschte Antragsteller Max Mühlhäuser die koordinierte Durchführung (Schritt E) und zugehörige Laufzeitunterstützung. Hinsichtlich Schritt P wurden Systemmodelle für multiple Multi-Mechanismen erforscht, die für diskrete Optimierungsverfahren geeignet sind. Favorisiert wurde ein Konfigurations-zentrierter Ansatz, mit dem sich Transitionskosten und wechselseitige Abhängigkeiten gut modellieren lassen. Basierend auf dem Min-Cost-Flow-Problem der Graphentheorie wurde ein universelles Modell entwickelt, worin sich Algorithmen zur Berechnung optimaler koordinierter Transitionen einbetten lassen; Algorithmen für konkrete MAKI-relevante Szenarien wurden entwickelt.

Hinsichtlich Schritt E wurden Konzepte und Verfahren für eine Laufzeitumgebung erforscht, die koordinierte Transitionen in multiplen Multi-Mechanismen ermöglichen. Wichtiges Ziel war es, die große Menge heute existierender Kommunikationsprotokolle und verteilter Anwendungen mit MAKI-Konzepten verbinden zu können. Dies wurde durch einen Ansatz erreicht, womit hinter einer standardisierten virtuellen Netzwerkkarten-Schnittstelle mehrere komplette Multi-Mechanismen-Konfigurationen, VirtualStacks genannt, verborgen werden.

Die Koordinationsunterstützung kann für jedes einzelne Datenpaket den VirtualStack transparent wechseln. VirtualStacks können dynamisch erzeugt werden, weshalb nicht alle Mechanismen-Kombinationen vorgehalten werden müssen. Der Ansatz bildet quasi das Prinzip Software-definierter Netzwerke auf Endsysteme ab, indem Kommunikation transparent über voneinander unabhängige VirtualStacks (analog zu Data Planes in SDN) geleitet werden kann, geregelt über eine spezielle Kontroll-Logik. Softwarekomponenten, die vorgelagerte Schritte des MAPE-Zyklus realisieren, können integriert oder über eine Schnittstelle angebunden werden.

In Phase II will der SFB dem MAPE-Regelkreis vier statt drei Teilprojekte widmen. Schritt P für koordinierte Transitionen mehrerer Multi-Mechanismen-Transitionen wird statt in B2 in B3 und B4 mit neuen Ansätzen bearbeitet, in B4 für den Kern und in B3 für den Rand des Internet. Antragsteller Patrick Eugster und Max Mühlhäuser planen in B2, für Schritt E nicht mehr nur SDN-analog konzipierte Endsysteme wie in Phase I zu betrachten, sondern zusätzlich SDN-basierte Internet-Knoten und damit den Ende-zu-Ende-Verbund. Passend dazu wollen sie einen zweiten Fokus auf INP legen im Sinne von Berechnungen, die in räumlicher Nähe zu Endsystemen bzw. an „topologisch“ geeigneten Stellen im Netz ausgeführt werden. Vorteile sind u. a. geringere Latenzen, geringerer Bedarf an Weitverkehrs-Bandbreite und Zweitnutzen für teure Netz-Hardware. Namhafte Hersteller arbeiten an entsprechenden INP-Ansätzen, teils als Erweiterung von SDN-Systemen. Neben SDN ist Koexistenz von Multi-Mechanismen Leitthema des SFB MAKI für Phase II, insb. im Sinne harmonisierter Ressourcennutzung. Flexible Einbeziehung von Netzressourcen mittels INP unterstützt dieses Ziel ideal. Daher strebt B2 die konzeptuelle Integration von INP-orientierter (Re-)Platzierung und Transition an. Ausgangspunkt ist die Modellierung von Anwendungen, Diensten und Multi-Mechanismen als Geflecht von Verarbeitungselementen (VEen). Diese erlaubt Bedarfs-Beschreibungen der VEe und Ressourcen-Beschreibungen des Netzes. INP kann dann als Problem der Platzierung VEe → Netz-Ressourcen formuliert werden. B2 will wissenschaftliche Fortschritte bei Platzierungs-Funktionen u.a. dadurch erreichen, dass neben herkömmlichen quantitativen auch funktionale Bedarfe einbezogen werden. Neue Konzepte für Bedarfs- und Ressourcenmodellierung werden hiervon ebenfalls geprägt sein, zudem von flexiblen Schnittstellen (zu Platzierungsrestriktionen, Monitoring, INP-orientierten formalen Sprachen usw.), die in Kooperationen im SFB entwickelt werden. Neben initialer Platzierung muss dynamische Re-Platzierung betrachtet werden, wofür substanzielle Beiträge im Bereich VM- und Dienst-Migration geplant sind. Auch das Leitthema Proaktivität des SFB soll Treiber für neue Beiträge sein: Für proaktive Re-Platzierung (Transition) sind Modellierung und Platzierungs- Funktionen erheblich zu erweitern und unabhängige externe Verhaltens-Prädiktionen konsistent zu integrieren. Für die geeignete Laufzeitunterstützung sollen zwei gegenläufige Ansätze verfolgt und schließlich integriert werden: die leichtgewichtige Laufzeitumgebung zielt auf Kompatibilität mit gängiger SDN-Hardware zum Preis expliziter Programmierung und der „voll-virtualisierte“ Ansatz auf flexible Unterstützung (inkl. Endsystemen) zum Preis der Inkompatibilität mit verbreiteter SDN-Hardware.

Am Ende von Phase II sollen sowohl für MAKI-konform entwickelte VE-Geflechte als auch für „Legacy- Anwendungen“ einschließlich koexistenter Multi-Mechanismen automatisch effiziente (Re-)Platzierung und Ausführung auf INP-Konfigurationen unterstützt werden – mit maßgeschneiderten Laufzeitumgebungen für herkömmliche und fortgeschrittene SDN-Knoten sowie Spezialhardware und Endsysteme, einschließlich zugeschnittener Migrationsunterstützung und koordinierter Unterstützung externer Prädiktion.