SPINE: Stochastische Leistungsschranken für Informations-zentrische Kommunikationsnetzwerke

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Amr Rizk
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399562043

Die Integration von Caching- und Paketweiterleitungsfunktionalitäten ist ein neuer, evolutionärer Schritt in Kommunikationsnetzen, der eine Folge der Veränderung der Kommunikation von einem Punkt-zu-Punkt verbindungsorientierten Datenaustausch zu inhaltsbasierten Mehrpunktverbindungen ist. Die in diesem Antrag genannten "Information-Centric Networks" (ICN) sind Kommunikationsnetzwerke, die durch Caching-Instanzen auf der Vermittlungsschicht einen effizienten, zuverlässigen und inhaltsbasierten Datenaustausch ermöglichen. Obwohl eine Vielzahl von Methoden zur Analyse von Caching-Netzwerken existiert, sind die Grundlagen der Interaktion von Caching- und Weiterleitungselementen nach wie vor nicht gut verstanden. Die meisten Methoden basieren auf derzeit etablierten Content-Delivery-Architekturen, die keine Caching-und Warteschlangen-Interaktionen auf der Vermittlungsschicht erfassen. Für ICN, die traditionelle Netzwerkkonzepte wie Verkehrsströme und Ende-zu-Ende-Verbindungen nicht abbilden, führen solche Methoden zu Modellierungsfehlern, die die Leistungsbewertung erheblich verfälschen. Das Ziel dieses Projektes ist es eine Warteschlangen-theoretische Methodik zur Leistungsbewertung und zur adaptiven Steuerung von Informations-zentrischen Kommunikationsnetzen zu entwickeln. Diesen ICN-Netzen liegen stochastische Kommunikationssysteme zugrunde wie z.B. Caching-fähige Router und Scheduler mit zeitlich variabel verfügbaren Ressourcen und Querverkehr. Wir erwarten, dass Formulierungen aus der Warteschlangentheorie und dem stochastischen Netzwerkkalkül wie z.B. Fork-Join-Modelle und statistische Dienstkurven das Potenzial haben, neue Einsichten z.B. hinsichtlich der Optimalität von ICN-Scheduling Algorithmen zu liefern. Diese Formulierungen können somit zu anwendungsorientierten Punkt-zu-Mehrpunkt Kommunikationsschemata in ICN führen. Wir erwarten, dass adaptive Kontrollmethoden wie z.B. Markov-Entscheidungsprozesse zusammen mit statistischen Inferenzalgorithmen, Einsichten in grundlegende Leistungsgrenzen für adaptive ICN-Kommunikation ermöglichen. Die erwarteten Ergebnisse dieses Projektantrags werden ein grundlegendes Verständnis des systematischen Entwurfs von ICN bieten und analytische Optimierungen von ICN-Protokollen und Anwendungen ermöglichen, die über den Wissensstand heutiger Theorien hinausgehen wie z.B. optimales ICN Paket-Scheduling bei Markov-additivem Querverkehr.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen