Anwendungs-orientierte, SDN-basierte Steuerungsarchitekturen für Kommunikationsnetze und ihre Leistungsbewertung (DFG SDN-App) Phase 2: Design und Evaluierung von flexiblen programmierbaren hybriden Echtzeit-Netzen mit harten und weichen Echtzeitgarantien

• Antragsteller: Professor Dr. Tobias Hoßfeld; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Kellerer, seit 4/2022
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316878574

Der durch Software Defined Networking (SDN) ausgelöste Paradigmenwechsel ermöglicht neue Konzepte, um anwendungsorientiertes Ressourcenmanagement in Kommunikationsnetze zu integrieren und insbesondere die Quality of Experience (QoE) benutzerorientierter Multimedia-Anwendungen zu verbessern. Die Machbarkeit eines solchen Konzepts wurde in Phase 1 von DFG SDN-App demonstriert. Die in Phase 1 vorgeschlagene und evaluierte Architektur untersuchte die anwendungsorientierte Netzsteuerung an zwei Fronten. Die Berücksichtigung von Netzinformationen auf der Anwendungssteuerungsebene verbessert die Verwendung von Netzressourcen. Die Berücksichtigung der Anwendungsanforderungen auf der Netzsteuerebene verbessert die Performanz und die QoE von Anwendungen.Neben der QoE von Multimedia-Anwendungen (Phase 1) werden in Phase 2 von DFG SDN-App zeitkritische (industrielle) Dienste und deren Anforderungen in die Architektur integriert. Insbesondere konzentriert sich Phase 2 auf harte und weiche Echtzeitanforderungen zeitkritischer Dienste mit sich dynamisch ändernden Anforderungen wie Smart Manufacturing zur Steuerung von Fertigungsgeräten. Harte Echtzeitbeschränkungen erfordern z.B. maximale Verzögerung und maximalen Jitter. Weiche Echtzeitbeschränkungen manifestieren sich in stochastischen Garantien, z.B. für Paketverlust und Verzögerung. Bestehende Ansätze leiden unter ungenutzten und damit verschwendeten Netzressourcen oder der Komplexität, um dynamisch sich ändernden Anforderungen und Rekonfigurationen gerecht zu werden. Echtzeitbeschränkungen stehen im Trade-off zur Flexibilität.Unter Anwendung der Methoden von Analyse, Simulation bis hin zu Mess- und Testbed-Implementierungen besteht das Ziel von Phase 2 darin, ein hybrides Echtzeitnetz zu realisieren, das Anwendungen mit harten und weichen Echtzeitgarantien und gleichzeitig Multimedia-Anwendungen hostet. Insbesondere Konzepte wie Time Sensitive Networking (TSN) und Network Programmability (P4) werden gemeinsam untersucht und analysiert. Um die Gesamtarchitektur zu bewerten, werden Skalierbarkeit und Flexibilität der Netze untersucht, um den Nutzen der hybriden Echtzeitnetze unter sich ändernden Anforderungen zu quantifizieren. Das übergeordnete Ziel von SDN-App sind Richtlinien für ausgewählte Anwendungsfälle (Industrie, Rechenzentrum, Weitverkehrsnetz), die die Ergebnisse der Phasen 1 und 2 kombinieren.Eine Erweiterung der Phase 1 auf Industrie- und Echtzeitnetze ist wichtig, um den dynamisch und schneller wachsenden Anforderungen heutiger Anwendungen gerecht zu werden. Eine flexible Architektur, die Garantien auch bei Rekonfigurationen bietet, ermöglicht die Realisierung von Hybridnetzen, die alle Anwendungstypen gleichzeitig hosten können. Durch die Möglichkeit, Standardhardware für zu verwenden und zu programmieren, sparen Netzbetreiber in Zukunft Betriebs- und Investitionskosten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Andreas Blenk, bis 4/2022