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FogStore – Eine Datenmanagementplattform für geo-verteilte Fogumgebungen

Fachliche Zuordnung Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
Förderung Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415899119
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des Projekts „ FogStore" war die Entwicklung eines Datenverwaltungssystems für Fog Computing, das speziell auf neue Anwendungsbereiche wie das Internet der Dinge (loT), autonomes Fahren und zukünftige Mobilfunknetze (5G, 6G) abzielt. Das Projekt konzentrierte sich auf die Bewältigung der Herausforderungen der Datenverteilung, der Auswahl von Daten-Replikate und der prädiktiven Replikat-Platzierung in geografisch verteilten Fog-Umgebungen. Das Projekt folgte einem Arbeitsplan, der die Entwicklung eines Open-Source-Softwareprototyps namens FReD (Fog Replicated Data) als Grundlage für das Projekt vorsah. Dieser Prototyp implementierte Schlüsselabstraktionen wie Replikatknoten, Key-Gruppen und Triggerknoten, die sich für eine flexible und effiziente Datenreplikation in geografisch verteilten Umgebungen als effektiv erwiesen. Allerdings stieß das Projekt auf Schwierigkeiten bei der Erforschung alternativer Konsensmechanismen für Knoten und musste diesen Aspekt auf das zweite Jahr verschieben. Das Projektteam erkannte, dass die Triggerknotenabstraktion allein nicht ausreichte, um Anwendungs­ entwickler:innen bei der Erstellung von Fog-Diensten zu unterstützen. Als Lösung entwickelten sie eine leichte Serverless-Plattform namens tinyFaaS für die Verwaltung von Rechendiensten am Edge. Darüber hinaus untersuchten sie die prädiktive Platzierung von Replikaten und nutzten Mechanismen des maschinellen Lernens, insbesondere die Standortvorhersage mit Markov-Modellen, um zukünftige Anwendungsanfragen zu antizipieren und die Platzierung von Replikaten zu optimieren. Das Projekt konzentrierte sich auch auf die Entwicklung eines Benchmarking-Frameworks zur Bewertung der Leistung von Nebeldatenmanagementsystemen bei der geografisch verteilten und koordinierten Ausführung paralleler Arbeitslasten. Im laufe des Projekts kam es aufgrund der sich entwickelnden Landschaft der Mobilfunknetze zu Verschiebungen im Forschungsschwerpunkt. Insbesondere die Erwartung von ins Netzwerk eingebetteten Computing-Funktionen erfüllte sich mit der Weiterentwicklung von 5G nicht. Diese wurden stattdessen auf 6G verlagert, welches auch einen Fokus auf nicht-terrestrische Satelliten-Netzwerke im Erdnahen Orbit (LEO) mit sich brachte. Das Team erweiterte seine Forschung auf die Berechnung von Diensten und Datenmanagement in LEO-Satellitennetzwerken, was zu zahlreichen Veröffentlichungen und der Entwicklung eines virtuellen Nebeltestumgebungstools namens Celestial führte. Zu den Hauptergebnissen des Projekts gehört die Entwicklung von FReD, einem Open-Source Datenverwaltungssystem für Fog-Umgebungen mit anwendungsgesteuerter Replikat-Platzierung, das flexible und effiziente Replikationsoptionen basierend auf Key-Gruppen und Replikatknoten bietet. Das System bietet Client-zentrische Datenkonsistenzgarantien und unterstützt komplexe Anwendungen durch Triggerknoten. Das Projekt führte außerdem tinyFaaS ein, eine leichtgewichtige Serverless Plattform für den Edge, die eine elastische Skalierung von Rechendiensten bei minimalem Ressourcenverbrauch ermöglicht. Das Team untersuchte verteilte Koordinationsstrategien auf der Grundlage geschichteter Koordinationssysteme und untersuchte Techniken zur prädiktiven Replikat-Platzierung mithilfe von Modellen des maschinellen Lernens. Darüber hinaus leistete das Team bedeutende Beiträge zur Weiterentwicklung des Daten- und Rechendienstmanagements in LEO-Satellitennetzwerken mit eingebetteten Rechenfunktionen. Die Ergebnisse des Projekts tragen zur Weiterentwicklung der Fog-Computing-Forschung bei und bieten Einblicke in die Bewältigung der Herausforderungen der Datenverwaltung, Replikat-Platzierung und Koordination in geografisch verteilten Nebelumgebungen. Die Ergebnisse haben potenzielle Anwendungen in verschiedenen Bereichen und bilden die Grundlage für zukünftige Untersuchungen im Bereich Fog Computing und mobile Netzwerktechnologien.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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