Modellbasierte, erklärbare Koordination von komplexen Rekonfigurationen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Becker; Professor Dr. Matthias Tichy
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453895475

Heutzutage entwerfen Softwareingenieure Systeme, die mit der Fähigkeit ausgestattet werden, Entscheidungen über sich selbst zur Laufzeit zu treffen. Solche Entscheidungen können der Kauf und die Freigabe von Rechenknoten in Cloud-Systemen zur Einhaltung von SLOs sein oder autonome Drohnenschwärme, die sich selbst koordinieren, um komplexere gemeinsame Aufgaben zu erledigen und trotzdem dabei nicht zu kollidieren. Die Systeme kennen also nur ihren Zielkorridor und eine Menge von Handlungsoptionen, mit denen sie versuchen, das Ziel (oftmals bestmöglich) zu erreichen. Im Fokus dieses Antrags stehen dabei Rekonfigurationen, also Handlungsoptionen, die dem System ermöglichen, seine Architektur umzustrukturieren oder die Architekturkomponenten mit neuen Parameterwerten zu versehen.Leider ist es bisher immer noch schwer, diese Systeme so zu entwickeln, dass bereits zur Entwurfszeit überprüft werden kann, dass die Systeme ihre Rekonfigurationen auch ideal einsetzen. Obwohl es inzwischen Ansätze gibt, eine einzelne Rekonfiguration zu analysieren, werden in der Praxis in einem einzelnen System eine Reihe von Rekonfigurationen unabhängig voneinander implementiert. Da dies dazu führen kann, dass sich Rekonfigurationen gegenseitig negativ beeinflussen, ergibt sich evtl. ein ungewolltes Verhalten im Gesamtsystem. Solche Auswirkungen der Interaktion, Kombination oder gar Koordination von mehreren Rekonfigurationen können momentan aber nicht hinreichend modelliert und analysiert werden. Daraus ergibt sich auch eine mangelhafte Erklärbarkeit des Systemverhaltens, da die komplexe Anwendung und Interaktion der Rekonfigurationen autonom durch das System. Aus dem gesagten ergibt sich somit die Forschungsfrage des Projekts:Wie können Softwareingenieure unterstützt werden, die Zielerfüllung von Systemen mit komplexen koordinierten Rekonfigurationen zu validieren und zu verstehen?Diese Lücke soll MENTOR schließen. Wir wollen eine Modellier- und Analysemethode fürkoordinierte, reaktive und proaktive, Rekonfigurationen entwickeln, die Vorhersagen bereits primär zur Entwurfszeit liefert. Zusätzlich wollen wir den Trade-Off zwischen Größe des untersuchten Zustandsraum bei der Vorhersage von Verhalten und Zieleinhaltung unter Rekonfiguration und dem Risiko von Zielverletzungen ausloten. Weiterhin legen wir einen besonderen Schwerpunkt auf die Erklärbarkeit des modellierten Verhaltens. Dies beinhaltet Erklärungen, warum Rekonfigurationen ausgeführt oder nicht ausgeführt werden und Begründungen der Koordinationsentscheidungen.Im Rahmen des Projektes fokussieren wir uns auf zwei Anwendungsdomänen als konkrete Demonstratoren: praxisrelevante Selbstadaptionen für Cloud-Systeme sowie Selbstadaptionen von mechatronischen Systemen. Wir erwarten Ähnlichkeiten in den Domänen bezüglich der Modellierung, der Analyse und den Erklärungen und damit übertragbare, generalisierbare Ergebnisse. Ebenso interessant ist, welche Resultate domänenspezifisch ausfallen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen