EC-Co-Flows: Ermöglichung dynamischer Edge-Cloud Collaborative Computing Flows

• Antragstellerin: Professorin Dr. Fang-Jing Wu, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme ; Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511568981

Die Evolution der Kommunikations- und Computing-Techniken erfolgt mit der raschen Entwicklung der Softwarisierung und Virtualisierungstechniken. Die aufkommenden Paradigmen ermöglichen es, dass ein von Benutzeranwendungen angeforderter Auftrag in softwarebasierten Servicefunktionen (SFs) anstelle von Hardware ausgeführt wird. Deswegen wird in diesem Projekt eine generische Architektur in Betracht gezogen, die sowohl die Zuweisung von Computing- als auch Kommunikationsressourcen berücksichtigt, um dynamische Aufträge aus verschiedenen Anwendungen zu hosten. Ein Auftrag besteht aus einer Folge von vertikalen und horizontalen Aufgaben zum Zugriff auf eine Anwendung. Diese vertikalen Aufgaben werden von Netzwerk-SFs im Protokoll-Stack zu Kommunikationszwecken ausgeführt (z. B. ein Layer-3-Gateway gefolgt von einer Layer-4-Verkehrsüberwachung). Die horizontalen Aufgaben in der Reihenfolge werden von datenanalytischen SFs auf der Anwendungsschicht zu Computing-Zwecken ausgeführt (z. B. eine Objekt-Erkennungsaufgabe gefolgt von einer Annotationsaufgabe in einer AR-Anwendung). Jede Aufgabe kann auf beliebigen Rechenressourcen im Netzwerk ausgeführt werden (d. h. entweder auf einem Edge- oder einem Cloud-Server) durch dynamische Verteilung der erforderlichen SFs. In diesem Projekt werden die Fragen der Ressourcenzuweisung aus drei Perspektiven behandelt: SF-Platzierung, Scheduling für Computing-Flows, und SF-Ersatz, um die Computing- und Kommunikationskosten zu reduzieren. Die in diesem Projekt vorgeschlagene generische Architektur namens "EC-Co-Flows" ermöglicht kollaborative Computing-Flows zwischen Edges und Clouds. Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt dieses Projekt 5 Work Packages (WPs) vor: WP1 zur Entwicklung und Modellierung der EC-Co-Flows-Architektur, WP2 zur Scheduling horizontaler SF-Flows, WP3 zur Ermöglichung vertikaler SF-Flows basierend auf Reinforcement Learning (RL), WP4 zur Entwicklung von SF-Ersatzalgorithmen, und WP5 zur Integration und Evaluierung von EC-Co-Flows. Das Projekt wird technische Durchbrüche erzielen, indem es die folgenden Kapazitäten in den vorgeschlagenen EC-Co-Flows ermöglicht: (1) effiziente Zuteilung von Kommunikations-Computing-Ressourcen, (2) adaptives Hosting von dynamischen Computing-Flows und (3) Verbesserung der Ausfallsicherheit durch eine elastische Kommunikations-Computing-Architektur. Wir erwarten, dass die Ergebnisse dieses Projekts die wissenschaftlichen Aktivitäten und den technischen Fortschritt bei den Kommunikations- und Computing-Techniken der nächsten Generation vorantreiben werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen