ToleranceZone - Fehlertolerante Middleware-Idiome basierend auf selbststabilisierenden Techniken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Nolte; Professor Dr. Volker Turau
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188522762

Selbststabilisierende Systeme haben die inhärente Eigenschaft, auch im Falle von nicht antizipierten Fehlern wieder in einen fehlerfreien Zustand überzugehen. Diese implizite Robustheit ist gerade im Kontext drahtloser, selbstorganisierender Netze ausgesprochen wünschenswert. Dem stehen jedoch eine nicht bestimmbare Konvergenzzeit und ein erhöhter Energieverbrauch durch periodischen nachbarschaftlichen Datenaustausch entgegen.Im ToleranceZone-Projekt wird deshalb am Beispiel von typischen Kommunikationsmustern untersucht, ob und wie unter diesen Randbedingungen selbststabilisierende Mechanismen in drahtlosen Netzen überhaupt anwendbar sind. Die Frage nach der Auswirkung der Häufigkeit des nachbarschaftlichen Datenaustauschs auf die Konvergenzzeit ist hier essentiell, da sie den Energieverbrauch maßgeblich beeinflusst. Genauso steht die Frage nach Fehlertoleranz bei häufigen Topologieänderungen im Raum.Wir haben zunächst den experimentellen Weg beschritten, die selbststabilisierende ToleranceZone-Plattform auf realen Netzen implementiert und im Experiment untersucht. Es zeigten sich schwer erklärbare, nicht-deterministische Phänomene. Die mangelnde Reproduzierbarkeit stellte sich bei Experimenten dabei als größte Hürde heraus. Wir haben deshalb eine Methodik entwickelt, um im Experiment aus großen Netzen gewonnene Messdaten deterministisch in die Simulation einzubinden. Damit lassen sich nun die Auswirkungen von Topologieänderungen und die Frequenz des nachbarschaftlichen Austauschs im Detail studieren. Wir konnten mit Hilfe dieser Methodik bereits nachweisen, dass selbststabilisierende Mechanismen stärker von einer stabilen Funknachbarschaft abhängig sind als vermutet. Änderungen der Nachbarschaft werden nicht einfach repariert, sondern führen eine signifikante Instabilität auf höherer Ebene ein, die ggf. eine Konvergenz völlig verhindern kann.Derartige Wechselwirkungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Effektivität der selbststabilisierenden Algorithmen und wurden bisher überhaupt noch nicht betrachtet. Die Folge davon ist, dass Regelkreise auf verschiedenen Schichten gegeneinander arbeiten. In dem nun beantragen Vorhaben werden wir daher primär diese Wechselwirkungen systematisch untersuchen. Daraus leiten wir schichtenübergreifende Rückkopplungsverfahren ab, die wiederum genutzt werden können, um die regionale Austauschfrequenz adaptiv zu dämpfen oder zu beschleunigen. Alle diese Verfahren werden durch Feldexperimente evaluiert und herkömmlichen Verfahren gegenübergestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen