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Sonderforschungsbereich 376
Realzeitfähiger Datenserver:
Scheduling, Routing, Chip-Design
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Projektbeschreibung
Ziel dieses Teilprojektes ist der Entwurf und die Realisierung eines
realzeitfähigen parallelen Servers für heterogene Datensätze. Der
Server soll als eingebettetes System, bestehend aus einem Netzwerk
von aktiven Routingknoten, aufgebaut werden. Zur Lösung dieser
Aufgabenstellung müssen technologische und konzeptionelle Probleme
bewältigt werden, die mit der Integration der Funktionalitäten auf einem
hochintegrierten Baustein verbunden sind. Gleichzeitig werden
schnelle und skalierbare Algorithmen zur Steuerung des Routingnetzwerkes,
zur Planung der Benutzeranfragen (Scheduling) und zur Optimierung
der internen Datenflüsse entwickelt.
Ein durchgängiges Ziel bei der Entwicklung der Algorithmen für unseren
Datenserver ist die sinnvolle Ausnutzung von Zufall und
Redundanz. Diese ermöglicht es, feste Zugriffsstrukturen aufzubrechen
und eine gleichmäßige Verteilung der Anfragen über die Festplatten
sicherzustellen. Hierdurch wird es möglich, feste Antwortzeiten für
eine gegebene Last mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit zu
garantieren. Neben der Echtzeitfähigkeit sind die Skalierbarkeit und
Ressourceneffizienz herausragende Eigenschaften unserer
Algorithmen. Die Skalierbarkeit wird durch den Verzicht auf zentrale
Instanzen und globale Variablen innerhalb unseres Datenservers
erreicht. Entscheidungen werden entweder aufgrund von lokal
verfügbaren Informationen oder von Daten, die nur wenigen Instanzen
bekannt sind, getroffen. Bei der Betrachtung der Ressourceneffizienz
haben wir uns auf die Größen Festplattenspeicher, Pufferspeicher in
den Knoten und Belastung der Routing- und Festplattenverbindungen
konzentriert. So konnten Datenplazierungsverfahren gefunden werden,
die bereits mit einem sehr geringen Redundanzanteil die verfügbare
Übertragungsrate der Festplatten sehr gut ausnutzen. Weiterhin wurden
Verfahren zur Bildung von Wegesystemen entwickelt, die eine optimale
Lastverteilung beim Routing über die internen Verbindungen
garantieren.
Die von uns entwickelten und theoretisch analysierten Algorithmen werden
in der Simulationsumgebung SimLab mit Hilfe von hardwarenahen
Modellen auf ihre Skalierbarkeit und Ressourceneffizienz hin untersucht.
Einige der Algorithmen wurden anschließend in einem
Prototypen unseres Datenservers PRESTO (Paderborn
Realtime Storage Network) implementiert. Kernkomponente des
Datenservers ist ein in diesem Projekt entwickelter aktiver
Routingknoten. Jeder aktive Routingknoten verfügt über
programmierbare und konfigurierbare Einheiten sowie Schnittstellen zu
lokalen Netzwerken und Festplatten. Darüber hinaus stellt er
proprietäre Verbindungen bereit, aus denen das interne
Verbindungsnetzwerk aufgebaut wird. Der Prototyp des
Presto-Datenservers basiert noch auf Standardkomponenten, um bereits
frühzeitig unsere Algorithmen in einer realen Umgebung
testen zu können.
Neben der prototypischen Implementierung wurden bereits erste Ansätze
zur Integration des aktiven Routingknotens auf einem integrierten
Baustein unternommen. Neben intensiven Untersuchungen des Einflusses
der internen Verbindungsstrukturen auf den Ressourcenverbrauch einer
SoC-Architektur (System-on-Chip) wurden bereits die
Kernkomponenten eines Knotens entworfen. Für den Prozessor und die
Schnittstelle zu den lokalen Netzwerken wurden
Verhaltensbeschreibungen entwickelt, die auf rekonfigurierbaren
Bausteinen erfolgreich getestet werden konnten. Der
Hochgeschwindigkeits-Transceiver wurde als analoger Baustein
entworfen und im Rahmen des Europractice-Programms gefertigt.
Mitarbeiter
Leitung:
Prof. Dr.-Ing. U. Rückert
Prof. Dr. math. F. Meyer auf der Heide
Prof. Dr. B. Monien
Wissenschaftliche Mitarbeiter:
Dr. rer. nat. P. Berenbrink
Dipl.-Ing. A. Brinkmann
Dr. rer. nat. C. Scheideler
Weitere Mitarbeiter:
Dr. A. Czumaj
Dipl.-Ing. H. Kalte
Dipl.-Ing. D. Langen
Dipl. Ing. M. Porrmann
Dipl.-Ing. E. Vonnahme
Dipl.-Inf. K. Salzwedel
Dr. K. Schröder
Forschungsschwerpunkte
Falls Sie Probleme, Fragen, Anregungen oder Anmerkungen hinsichtlich
der Arbeit dieses Teilprojekts des Sonderforschungsbereichs haben,
können Sie uns eine
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André Brinkmann, 16.08.2000