Modellgestützte Analyse von zukünftigen Netzarchitekturen und deren Komponenten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Carle; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Kellerer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397973531

Innovative Architekturansätze wie Network Function Virtualization (NFV), Network Virtualization (NV) und Software-Defined Networking (SDN) werden künftige Computernetze flexibler und offener machen. Diese Ansätze ermöglichen es, Netzfunktionalität zu virtualisieren (NFV), Netze zu unterteilen (NV) und logisch zentralisiert zu steuern (SDN), sodass Funktionalität nicht mehr lokal auf spezialisierter Hardware erbracht wird, sondern physikalisch entkoppelt auf Standardhardware implementiert werden kann, z.B. in einem Rechenzentrum. SDN ermöglicht neue Ansätze zur Analyse und Optimierung des Verkehrsflusses, die jedoch ein gutes Verständnis der vorhandenen Netzknoten voraussetzen. Beim Einsatz von Standardhardware ist die Beurteilung der Leistungsfähigkeit - im Gegensatz zu spezialisierten Netzwerkgeräten mit teilweise detailliert spezifizierter Leistung - nicht ohne weiteres möglich. Die durch NFV gewonnenen Freiheitsgrade zur Platzierung von Netzfunktionalität bieten zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten, da neben der Routenwahl auch auf Art und Ort der Paketverarbeitung Einfluss genommen werden kann.Ziel dieses Projekts ist die Bewertung, Kombination und Weiterentwicklung von Modellen zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Netzen und deren paketverarbeitende Komponenten. Zur Leistungsbewertung neuartiger Netze sind passende Modellierungswerkzeuge notwendig, um etwa die Interaktion auf der Control Plane oder die softwarebasierte Paketverarbeitung abzubilden. Neue Modelle sind auch aufgrund von Änderungen der Netzwerkhardware nötig, um Effekte limitierender Faktoren, wie z.B. CPU-Interconnects, Speicher-, PCIe- oder Ethernet-Bandbreite, darzustellen. Modelle zur Beschreibung der einzelnen Effekte sollen durch geeignete Kombination zu größeren Einheiten zusammengefügt werden und ermöglichen so die Modellierung komplexer Paketverarbeitungsvorgänge.In ModANet sollen unterschiedliche Methoden zur Leistungsbewertung, u.a. Ressourcenmodelle, auf dem Network Calculus beruhende Modelle und Simulationen berücksichtigt werden. Zur Modellbewertung wird ein Framework erarbeitet, welches automatisiert die Güte und den Gültigkeitsbereich von Modellen über einen großen Parameterraum bestimmen kann. Die Kalibrierung und Evaluation der untersuchten Modelle durch Labormessungen soll durch Techniken des maschinellen Lernens automatisiert werden. Die Modellierungsansätze werden auch hinsichtlich ihrer Komplexität bewertet, um praxistaugliche Modelle zu erhalten.Die Ergebnisse dieses Projekts sollen ein umfassendes Verständnis der wesentlichen Verarbeitungsvorgänge in SDN-basierten Netzen ermöglichen. Die Betrachtung einzelner Schritte der Paketverarbeitung in Netzknoten soll dabei verbindliche Aussagen über die Leistungsfähigkeit ganzer Kombinationen von Netzfunktionen ermöglichen und die erweiterten Konfigurationsmöglichkeiten für unterschiedliche Optimierungen nutzbar machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen