B1: Monitoring und Analyse

Monitoring als Service für transitionsfähige Kommunikationssysteme

Im Teilprojekt B1 wird ein flexibler Monitoring-Service, welcher der großen Heterogenität und Komplexität von transitionsfähigen Netzen gerecht wird, erforscht. Dabei werden Anforderungen der Anwendungen und von koexistenten Multi-Mechanismen erfüllt. Unter Nutzung der Möglichkeiten von programmierbaren Netzen gewinnt der Monitoring-Service an weiterer Flexibilität. Gegebene funktionale und leistungsbezogene Hardware-Einschränkungen werden berücksichtigt. Des Weiteren wird die Funktion des Monitoring-Services für zukünftige Dienste und Anwendungen untersucht und garantiert.

Das Teilprojekt B1 erforscht Mechanismen und Algorithmen zum Monitoring von koexistenten, transitionsfähigen Multi-Mechanismen in dynamischen Szenarien. Die Heterogenität der zu überwachenden Mechanismen und der daraus resultierenden Anforderungen an das Monitoring erfordert einen hochflexiblen Lösungsansatz. Eine wesentliche Herausforderung an Monitoring als Service für transitionsfähige Kommunikationssysteme besteht in der Identifikation und effizienten Sammlung der für die aktuelle Mechanismenkonfiguration relevanten Daten. Dabei müssen Konflikte und Abhängigkeiten zwischen koexistenten Mechanismen – sowie Interferenzen mit dem Monitoring-Service selbst – berücksichtigt werden. Zur effizienten Datensammlung und -analyse werden unter Nutzung von programmierbarer Netzinfrastruktur auf die aktuellen Anforderungen zugeschnittene Monitoring-Service-Funktionalitäten im Kommunikationssystem platziert. Die somit erreichte Flexibilität geht dabei durch die Berücksichtigung von MAKI-Spezifika weit über Monitoringfunktionen in aktuellen Netzen hinaus. Mit der Erforschung von Mechanismen und Algorithmen für das Monitoring und der Analyse von koexistenten Multi-Mechanismen in zukünftigen programmierbaren Netzen liefert B1 die Grundlage für die Planung und Koordination von Transitionen im MAPE-Zyklus.

In Phase I wurde ein Konzept für ein adaptives Monitoring entwickelt und erforscht. Das konzipierte Monitoring umfasst dabei die zwingend notwendigen fundamentalen Komponenten: i) Datenmessung/Zugang, ii) Datensammlung, iii) Datenanalyse sowie iv) Informationsverteilung. Für diese fundamentalen Komponenten wurden in Phase I Lösungen erforscht, welche die in MAKI betrachteten Eigenschaften von transitionsfähigen Kommunikationssystemen abdecken können. Die entwickelten Lösungen ermöglichen die lokale Messung von Daten unabhängig von der aktuellen Komposition der Mechanismen sowie die robuste Datensammlung unter sich stark ändernden Umgebungsbedingungen, wie Nutzerdichte und -mobilität. Neben der systemtechnischen Sicht in Form der beschriebenen Lösungen wurde ein modellbasiertes Anpassungsverfahren entwickelt, welches durch ein mit Kontext angereichertes Feature-Modell eine adäquate Konfiguration des Monitorings ermittelt. Der Kontext umfasst beispielsweise die variierenden Anforderungen an das Monitoring oder die variierenden Rahmenbedingungen. Basierend auf den Erkenntnissen der ersten Phase erforscht B1 in Phase II Methoden zur Realisierung eines dynamischen Monitoring als Service-Konzepts für neuartige, programmierbare Netze (z.B. auf Basis von SDN). Hierbei liegt ein Fokus auf dem Monitoring von koexistenten Multi-Mechanismen, durch die sich weitere, bisher weitgehend ungelöste Anforderungen und Abhängigkeiten an das Monitoring ergeben. So können sich Transitionen zwischen Mechanismen auf die erforderliche Datengrundlage auswirken, was eine Rekonfiguration der Datensammlung im Monitoring-Service auslöst. Beispielsweise ergeben sich durch die Programmierbarkeit von mobilen Multi-Hop-Netzen und SDN-basierten Kernnetzen neue Herausforderungen für die Platzierung und Koordination der Monitoringkomponenten im Netz. Diese Herausforderungen werden bisher nicht in dynamischen Umgebungen mit sich gegenseitig beeinflussenden Mechanismen betrachtet. Die Heterogenität der zu überwachenden Mechanismen erfordert eine Programmierbarkeit des Monitoring-Services zur Anpassung an individuelle Anforderungen, beispielsweise die Erfassung von anwendungsspezifischen Metriken. Daraus ergeben sich neue methodische Herausforderungen, die in B1 untersucht werden. Beispielsweise können garantierte Übertragungszeiten für die Monitoringnachrichten erforderlich sein, um einen genauen Systemzustand des Netzes ermitteln zu können. Erst mit Hilfe solcher Garantien kann eine sichere Aussage über den Zustand im Netz getroffen werden. Zudem ist die Ableitung der von den Nutzern wahrgenommenen Qualität ein notwendiger Bestandteil zur Erfassung der Servicequalität in vielen nutzerzentrischen Anwendungen. Die in B1 erforschte Platzierung und Programmierung von Monitoringkomponenten bietet hier neuartige Möglichkeiten zum flexiblen Monitoring von Mechanismen. Gleichzeitig wird die Anpassungsfähigkeit der Mechanismen von derzeitigen Qualitätsmodellen nicht erfasst und ist eine offene Herausforderung.

Die in MAKI betrachteten Transitionen zwischen Mechanismen stellen besondere Anforderungen an das Monitoring. Durch eine verzögerte reaktive Anpassung als Konsequenz der Transition kann es zu Ausfällen des Monitorings kommen. Daher ist eine proaktive Anpassung des Monitoring-Services an die aus der Transition resultierenden Mechanismenkonfiguration essentiell für eine kontinuierliche Datensammlung. Für B1 ergeben sich damit in Phase II zwei zentrale Aspekte für die Erforschung eines Monitoring-Services. Zum einen wird die Programmierbarkeit des Monitoring-Services erforscht, um heterogene Anforderungen koexistenter Multi-Mechanismen zu adressieren. Dies beinhaltet auch die Nutzung von programmierbarer Netzinfrastruktur zur Platzierung von Monitoringkomponenten. Zum anderen muss der Monitoring-Service als transitionsfähiger Multi-Mechanismus realisiert werden, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Phase. So können auch über Transitionen hinweg kontinuierlich valide Monitoringdaten erfasst werden und in MAKI als Datengrundlage für die Planung und Ausführung von Transitionen genutzt werden.

Teilprojektleitende B1

  • Prof. Dr.-Ing. Ralf Steinmetz
  • Prof. Dr. rer. nat. Oliver Hohlfeld
  • Prof. Dr. ès. sc. Patrick Eugster