DodOrg - Digitaler on-demand Rechnerorganismus für Echtzeitsysteme: Plastizität, Dynamik und Stabilität

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Jürgen Becker; Professor Dr. Uwe Brinkschulte; Professor Dr.-Ing. Jörg Henkel; Professor Dr. Wolfgang Karl
• Subject Area: Security and Dependability, Operating-, Communication- and Distributed Systems
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 65103786

Zu den spezifischen Eigenschaften vieler biologischer Systeme zählen ihre Anpassungsfähigkeit und Selbstorganisation, insbesondere Selbstoptimierung und -heilung – kurz, ihre sogenannten Selbst-X-Eigenschaften. Im Gegensatz dazu zeigen heutige Computersysteme diese Eigenschaften kaum, gleichwohl die Nutzung der zur Verfügung gestellten Rechenleistung sowie die Wartung solcher Systeme aufgrund der ständig steigenden Komplexität mithilfe klassischer Methoden immer schwerer zu bewerkstelligen ist. Im Rahmen des durch SPP ,,Organic Computing” geförderten Forschungsvorhabens wurden grundlegende Konzepte eines neuartigen auf solchen Selbst-X-Eigenschaften aufbauenden Computerprinzips, dem Digitalen On-Demand Rechnerorganismus für Echtzeitsysteme (DodOrg), erarbeitet. Die DodOrg-Systemarchitektur ist biologisch inspiriert: Neuartige, am Hormonsystem orientierte Mechanismen zur Selbstkonfiguration wurden entwickelt, welche die automatische, instantane Selbst- Rekonfiguration des DodOrg-Systems mit minimaler bzw. ohne jegliche menschliche Interaktion ermöglichen. Die Analyse dieser Mechanismen sowie durchgeführte Experimente erzielten vielversprechende Ergebnisse, belegen Sinnhaftigkeit und Eignung des gewählten Ansatzes und rechtfertigen daher die Fortführung der Forschungsarbeiten. Der Fokus der in diesem Forschungsvorhaben beinhalteten Arbeiten liegt auf Plastizität, Dynamik und Stabilität. Der Begriff Plastizität stammt aus dem Bereich der Neurobiologie. Er beschreibt zum einen Anpassungen des sich entwickelnden Nervensystems an interne oder externe Erfordernisse, aber auch den Reorganisationsprozess des Nervensystems bei ausgewachsenen Lebewesen. Innerhalb des Kontextes des DodOrg-Projekts wird der Begriff Plastizitätsynonym zu Systemveränderungen während des Betriebs gebraucht. Hierbei steht, ausgehend von den vorangegangenen Arbeiten, der dynamische Prozess der Selbst- Adaptierung als Ganzes im Vordergrund. Besonderer Fokus wird auf den Vorgang der Selbst-Optimierung und Selbst-Heilung gelegt. Es ist hierbei unbedingt erforderlich, dass das System nicht nur selbsttätig auf sich ändernde Situationen reagiert bzw. effizienten Gebrauch von den zur Verfügung stehenden Systemressourcen macht, sondern auch weiterhin in einem korrekten, für die jeweiligen Erfordernisse funktionsfähigen Zustand verbleibt. Zielsetzung dieses Forschungsvorhaben ist daher die Erforschung von Methoden zur Erzielung und Garantie von Stabilität, Verlässlichkeit und Zuverlässigkeit. Hierbei ist insbesondere auch die Vermeidung von Oszillationseffekten und damit einhergehendem unnötigen Ressourcen- und Energieverbrauch von Interesse. Dies erfordert den Einsatz neuartiger Methoden, welche nicht nur den aktuellen Systemzustand berücksichtigen, sondern auch vorhergegangene Systemzustände im Hinblick auf getroffene und zu treffende Entscheidungen evaluieren und so eine automatische und proaktive Anpassung der einzelnen Systemkomponenten hinsichtlich der gegebenen Anforderungen ermöglichen. Eine solche Anpassung kann zur Laufzeit, d.h. online, geschehen oder auch offline, beispielsweise durch Optimierung von Systemkomponenten-Bibliotheken, Parametereinstellungen oder durch entsprechende Instrumentierung von Entwicklungswerkzeugen. Zur Vorhersage des dynamischen Systemverhaltens sowie für Stabilitätsanalysen sind Methoden zur formalen Modellierung und Spezifikation des DodOrg-Systems unerlässlich. Daher wird ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten auf der Definition geeigneter Metriken liegen, welche die Evaluierung von Leistung und Overhead des adaptiven DodOrg-Systems ermöglichen. Als Endresultat des beantragten Forschungsvorhabens wird die Integration in ein Prototypensystem und der Vergleich dieses Systems mit konventionellen, nicht-organischen Systemen unter Verwendung geeigneter Metriken angestrebt.

• DFG Programme: Research Grants