Analyse und Modellierung von gruppenbasierter Kommunikation in Internetanwendungen für verbessertes Edge Caching

• Antragsteller: Professor Dr. Tobias Hoßfeld; Professor Dr. Michael Seufert
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442413406

Gruppenbasierte Kommunikation, bei der eine Gruppe von Nutzern untereinander kommuniziert, ist ein Kommunikationsparadigma, das die klassischen Kommunikationsformen im Internet (eins-zu-ein, eins-zu-viele) erweitert. Bei vielen Internetdiensten sind dabei die Teilnehmer einer Kommunikationsgruppe explizit bekannt. Zusätzlich existieren implizite Kommunikationsgruppen, die sich spontan bilden können und sich dynamisch verändern, etwa auf Grund von Mobilität oder Interessen. Dabei herrscht in Gruppen ein grundsätzlich anderes Kommunikationsverhalten, zum Beispiel dadurch, dass sich die Kommunikation durch die große Anzahl der Teilnehmer beschleunigt und sich nutzergenerierte Daten (user-generated content, UGC) durch die Verteilung an alle Empfänger in der Gruppe vervielfältigen. Die beliebte, schnelllebige Gruppenkommunikation erzeugt eine hohe Last auf (mobile) Netzwerke. Klassisches Caching und Cachingalgorithmen, die auf der (aktuellen) Beliebtheit von Dateien basieren, können nicht effektiv eingesetzt werden, da sie auf massenhafte Zugriffe auf beliebte Inhalte von Medienplattformen ausgelegt sind und nicht die dynamischen Lebenszyklen von UGCs und die Verteilung über Kommunikationsgruppen berücksichtigen. Das Edge Caching von UGCs bietet dennoch Möglichkeiten für weitere Einsparungen von Netzwerkverkehr. Dafür sind allerdings neuartige Mechanismen erforderlich, um das volle Cachingpotenzial auszuschöpfen. Durch die Verwendung von zusätzlichem Wissen über die Kommunikationsgruppe und die Eigenschaften der Kommunikation innerhalb der Gruppe, können die Cachingentscheidungen für UGCs in Kommunikationsgruppen optimiert werden, was sowohl das Netzwerk entlastet, als auch die subjektive Dienstgüte (Quality of Experience, QoE) durch kürzere Zugriffszeiten erhöht. In diesem Forschungsvorhaben werden deshalb neuartige Edge Caching-Mechanismen für Gruppenkommunikation und UGCs entwickelt, die die Netzwerklast reduzieren können. Der Fokus liegt dabei auf Cacheersetzungsalgorithmen für neue Inhalte und nicht auf Platzierungsalgorithmen für gespeicherte Inhalte. Beispielsweise soll die Gruppengröße, die gemeinsame Mobilität der Gruppe oder die Aktivitätsmuster einzelner Gruppenmitglieder in Konversationen für Cachingentscheidungen berücksichtigt werden. Konkrete Methoden werden innerhalb des Projektes evaluiert. Das Ziel ist es die Gruppenkommunikation zu verstehen und zu modellieren und durch dieses Wissen und Modelle die Verkehrslast besser zu reduzieren als bisherige Cachingansätze, dabei aber trotzdem eine hohe QoE für Gruppenkommunikation zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen