Entwicklung eines Katallaxie Paradigmas für den dezentralen Einsatz dynamischer Anwendungs-Netzwerke

Kurzbezeichnung: CATNETS
Start: 2005
Ende: ​​2007
Projektdauer: 2 Jahre
Webseite: www.cordis.europa.eu
Projektleitung: Prof. Dr. Torsten Eymann

// Das Forschungsprojekt CATNETS untersucht die neuen Möglichkeiten des Grid Computing

Beim Grid Computing (in Anlehnung an den englischen Begriff power grid = Stromnetz) können die Benutzer auf Rechner, Datenbanken oder angeschlossene Geräte „auf Knopfdruck“ zugreifen. In Deutschland fördert beispielsweise das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der e-Science-Initiative seit 2005 die Entwicklung von Verfahren und Dienstleistungen für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Ziel ist die Entwicklung virtueller Wissensumgebungen, in denen die Nutzer unabhängig von der vor Ort vorhandenen Ausstattung mit Rechnern und Programmen dynamisch auf umfassende Datenbestände, Visualisierungen und wissenschaftliche Informationen aller Art im Netz zurückgreifen können.

Grid Computing soll damit eine Alternative zur Beschaffung von Großrechnern in Wissenschaft und Wirtschaft ermöglichen. Tatsächlich werden weltweit nur etwa 5% der in normalen Bürocomputern verfügbaren Speicher- und Rechenkapazität ständig genutzt. Durch eine Vernetzung über das Internet könnten diese Kapazitäten zusammengeschaltet werden und damit virtuelle Supercomputer oder riesige Datenbanken bilden. Ähnlich wie im Stromnetz, bei dem der Strom aus der Steckdose kommt, werden dann Computeranwender Rechenzeit oder Speicherbedarf irgendwo aus dem Internet beziehen können, ohne sich über die komplexe Netzgestaltung hinter ihrer Steckdose Gedanken machen zu müssen. Dies bedeutet eine deutliche Reduzierung der Investitionskosten von Firmen, die Rechenleistung nur bei Bedarf hinzukaufen und bezahlen.

 

Wie funktioniert nun ein solches Grid? Vereinfacht: Über eine Grid-Software werden alle verteilten Ressourcen verbunden. Da sind zunächst kleinste Software-Sensoren, die in den einzelnen Ressourcen sitzen, diese überwachen und gegebenenfalls mit Aufträgen versorgen. Diese Sensoren – und damit die Ressourcen selbst – sind mit einem Master oder Ressourcen-Broker verbunden, der sämtliche Informationen aller verfügbaren Ressourcen in einen Katalog speichert und permanent aktualisiert. Außerdem nimmt er die eingehenden Rechenaufträge entgegen und leitet sie aufgrund bestimmter Vereinbarungen mit den Kunden (Service Level Agreements, SLAs) an einen geeigneten, verfügbaren Rechner im Grid weiter. Andere Komponenten der Grid-Software-Architektur sorgen dafür, dass das Grid mit einem Sicherheitssystem ausgestattet ist, so dass nur autorisierte Benutzer vom Grid akzeptiert werden.

Weitere Dienste ermöglichen den Zugriff auf die Anwendungen und die Daten des Benutzers, die irgendwo im Grid verteilt sein können, oder sie sorgen nach erfolgreicher Arbeit für die gewünschte Bereitstellung der Ergebnisse. Die Schnittstellen zwischen den verschiedenen Komponenten sind standardisiert, so dass sie beliebig zusammengesetzt beziehungsweise ausgetauscht werden können. Das Grid-Konzept ist inzwischen so weit gediehen, dass im Moment in allen Teilen der Welt Grid-Projekte entstehen, mit dem Ziel, zuverlässige Produktionsplattformen (sogenannte Globale Grids und Enterprise Grids) für Wissenschaftler, Ingenieure und kommerzielle Anwender aufzubauen.

Das funktioniert allerdings nur, wenn die Schnittstellen standardisiert sind, also ohne Komplikationen miteinander kommunizieren können. Grundlage dafür ist eine spezielle Software, die so genannte Middleware. Diese ist unter anderem dafür zuständig, dass der Master oder Ressourcen-Broker ständig aktuelle Informationen über den Zustand des Netzes erhält und die Anfragen und Ressourcen optimal zusammenführen kann.

Das auf Initiative der Universität Bayreuth gestartete Forschungsprojekt CATNETS zeigt alternativ eine neue, skalierfähige Möglichkeit für die Ressourcenzuteilung, die auf Konzepten ökonomischer Selbstorganisation basiert. Es wird von der Europäischen Union im Programm „Future and Emerging Technologies“ finanziert. Das Forschungsprojekt soll die Unterschiede zwischen Zuteilungsverfahren bei zunehmender Ressourcenmenge, geographischer Netzausdehnung oder schwankender Zuverlässigkeit der Verbindungen aufzeigen.

Erstmalig wurde in dem Projekt auch ein zweistufiger Markt konzipiert, der Grid Computing in einen Dienste- und Ressourcen-Markt aufteilt. Dieses Modell berücksichtigt die dynamische Zuordnung der Komponenten auf Anwendungs- und Infrastrukturebene. Als Analyseinstrument wurde hierfür ein Kennzahlengerüst entwickelt, das die technisch erfassbaren Metriken in ökonomisch relevante Entscheidungsparameter überträgt Damit lassen sich Kosten und Erträge für den Einsatz verschiedener Zuteilungsregeln darstellen und mit nur einer übergeordneten Kennzahl bewerten.

CATNETS hat einen Finanzierungsumfang von 1,4 Millionen Euro, verteilt über eine dreijährige Projektlaufzeit von 2004 bis 2007. Unter Federführung des Bayreuther Lehrstuhls für Wirtschaftsinformatik, Professor Dr. Torsten Eymann, forschen sechs europäische Institutionen aus der Wirtschaftsinformatik, Volkswirtschaft und Informatik an der gemeinsamen Forschungsfrage. Das Konsortium wird neben Bayreuth gebildet von der Universität Karlsruhe (TH), der Technischen Universität von Katalonien in Barcelona (Spanien), den Universitäten Ancona (Italien), Cardiff (Großbritannien) und dem Istituto Trentino di Cultura in Trento (Italien).

Weitere Informationen: www.cordis.europa.eu