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Matthias Frei, M. Sc.

Externer Doktorand

Department Informatik (INF)
Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme)

Raum: Raum 06.135
Martensstr. 3
91058 Erlangen

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  • Mobilität in Multi-Access Edge Computing (MEC) Umgebungen

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 2019-10-01 - 2023-09-30

    Perspektivisch wird Datenverkehr nicht mehr ausschließlich zwischen Cloud bzw. einem Server in einem Rechenzentrum und einem mobilen Endgerät stattfinden. Kommunikation zwischen Geräten wird vielmehr auf Basis von Anwendungsbeziehungen direkt aufgebaut werden, um immersive Anwendungen, automatisiertes Fahren oder Platooning zu realisieren. Hierzu folgen 5G und nachfolgende Netzwerktechnologien in ihrem Design zunehmend dem Data-Centric Paradigma, in dem unter anderem die steigende Relevanz von direkter Gerätekommunikation Berücksichtigung findet. Eine weitere elementare Entwicklung trägt ebenfalls dazu bei: Rechen- oder Informationsressourcen werden nicht länger ausschließlich von Cloud-Servern zur Verfügung gestellt.

    Multi-access edge computing (MEC) ist Bestandteil aktueller Forschung und beschäftigt sich mit der Bereitstellung von Ressourcen auf verteilten Edge Servern. MEC Instanzen können beispielsweise nah an Basisstationen angesiedelt sein, um Anwendungen mit besonderen Anforderungen, wie geringe Latenz, hohe Bandbreiten oder Datenschutzanforderungen nah am Endgerät zu bedienen. Mit der Zeit wird dieses  Konzept um Services erweitert werden, die buchstäblich überall bereitgestellt werden können - ohne dass eine zwingend hierarchische Netztopologie berücksichtigt werden muss. Neben einer Cloud-Instanz kann ein Service demnach auch auf der Edge-Instanz in der Nähe, also z.B. einer Mobilfunk-Basisstation, einem Verkehrsleitsystem oder sogar einem benachbarten UE, betrieben werden.

    Zur Einsparung von Energie oder zur Bildung von Redundanzen ist es sinnvoll, dass ein MEC Orchestrator dynamisch Edge-Ressourcen zwischen Rechenknoten verschieben kann. Daneben werden Orchestrierentscheidungen und die Fortbewegung von Teilnehmern häufiger als bislang zu einer Änderung der Netzwerktopologie führen. Diese Funktionalitäten bedingen zwangsläufig einen mesh-artigen Netzwerkaufbau, bei dem Kommunikationsverbindungen auf Basis der zu transportierenden Daten anstelle vordefinierten Pfaden aufgebaut und gewählt werden müssen.

    Network Function Virtualization (NFV) und die strukturellen Änderungen, die mit der 5G Evolution eingeführt werden, bieten zusätzliche Systemflexibilität: Eine programmierbare Data Plane, gekapselt in der User Plane Function (UPF) im 5G Core, ermöglicht die Implementierung neuer Möglichkeiten zur datengetriebenen Paketbehandlung und -weiterleitung.

    In heutigen Netzwerken werden Services meist als Serverdienste, die in einer hierarchischen Struktur angeordnet sind, betrieben. Hierbei ist die Limitierung in Mobilitätsszenarien flexibel agieren zu können oftmals die verbindungsorientierte Host-zu-Host Kommunikation. Beispielsweise ist die Möglichkeit einer Remote bzw. In-Network Readressierung von Client-Anfragen oder -Antworten für unterbrechungsfreie Konnektivität, z.B. wenn eine Ressource ausfällt, aus Energiespargründen abgeschaltet wird oder ein Handover in eine andere MEC-Zone stattfindet, nativ nicht vorgesehen.

    Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit zukünftigen Kommunikationsprotokollen und -systemen, mit besonderem Fokus auf Mobilitätsszenarien von V2X Anwendungen in mesh-artigen MEC Umgebungen. Dabei spielt die Ermöglichung von Quality of Service (QoS) über Netzwerkgrenzen und unabhängigen Control Planes hinweg für die genannten Anwendungsfälle eine essentielle Rolle. Berücksichtigung finden auch Ansätze aus verschiedenen modernen Adressierungsmethoden und Netzwerkprotokollen wie Information-Centric Networking (ICN), Locator/Identifier Separation Protocol (LISP) oder IPv6. Zusammengefasst beschäftigt sich das Forschungsprojekt mit unterschiedlichen Herausforderungen der Netzwerkkommunikation in sich häufig verändernden, nicht-hierarchischen und serviceorientierten Architekturen (SOAs).