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Selbstorganisation durch dezentrale Koordination in Verteilten Systemen
DFG Normalprogramm (In cooperation with HAW, Hamburg)
Projektbeschreibung

Aktuelle Herausforderungen bei der Konstruktion und Konfiguration verteilter IT-Systeme bestehen vor allem bei der Handhabung ihrer zunehmenden Komplexität − z.B. hinsichtlich der örtlichen Verteilung der Kooperationspartner, hinsichtlich ihrer (vielfältigen) Heterogenität und hinsichtlich dynamischer Änderungen der Kommunikationsverbindungen. Diese Komplexität wächst weiter durch unabhängig voneinander intelligent agierende Komponenten, durch komplizierte Interaktionen zwischen ihnen sowie durch dynamische Einsatzkontexte, in denen sich auch Art und Verfügbarkeit der Systemkomponenten und Ressourcen kontinuierlich ändern. Um auch in derartigen Umgebungen einen weitgehend autonomen Betrieb von Anwendungen zu erreichen, sind insbesondere adaptive Systemeigenschaften wünschenswert – d.h. weitgehend selbsttätige Systemanpassungen, die die beabsichtigten Anwendungseigenschaften auch unter hohen Dynamik- und Flexibilitätsanforderungen weitgehend automatisch sicherstellen. Derartige Systemeigenschaften werden in diesem Projekt durch Mechanismen der Selbstorganisation(SO) unterstützt, um für ganz unterschiedliche Problemstellungen – wie z.B. Ressourcenplanung in der Logistik oder Datenklassifizierung im Data Mining – gleichzeitig flexible und robuste Lösungsansätze realisieren zu können.

Ziel dieses Forschungsprojektes war es somit, den softwaretechnischen Einsatz von Selbstorganisationsmechanismen auf der Basis einer generischen Systemarchitektur zu untersuchen und die dabei vorgeschlagenen Lösungen auch mithilfe einer prototypischen Realisierung praktisch zu erproben. Die Systemarchitektur bildet dabei einen konzeptionellen Rahmen, in dem Entwicklern verschiedene Mechanismen zur Selbstorganisation zur Verfügung gestellt werden und in dem eine Verbindung zwischen SO- und herkömmlichem Systemverhalten geschaffen wird. Damit werden die Vorteile von SO-Prinzipien auch im Kontext traditioneller Softwareentwicklung nutzbar gemacht.

In der ersten Projektphase wurde mit Hilfe einer systemischen Modellierung der dezentralen Koordinationsprozesse ein Prozesskatalog erstellt und gezeigt, wie die verschiedenen etablierten Mechanismen zur Selbstorganisation einheitlich in einer Koordinationssprache beschrieben und softwaretechnisch umgesetzt werden können. Zur Integration der so beschriebenen Koordinationsprozesse wurde eine generische Architektur entwickelt, die die strikte Trennung von Koordinations- und Applikationslogik erlaubt, die weiterhin alle für die Koordination erforderlichen Aktivitäten der Systemkomponenten automatisiert, und die somit Selbstorganisationsprozesse als austauschbare und wieder verwendbare Elemente in einem gemeinsamen konzeptionellen Rahmen nutzbar macht. Die hierfür erforderliche Entwicklungsmethodik wurde im Rahmen der Software & Systems Process Engineering Metamodel Specification (SPEM) formalisiert und damit eine Methode zur systematischen Entwicklung von solchen Softwaresystemen aufgezeigt, für die Selbstorganisationprozesse zur Erfüllung der o.g. Systemeigenschaften genutzt werden sollen.

Die zweite Projektphase fokussierte dann auf zwei weitere essentielle Aspekte der Systementwicklung: Erstens sind Systemsimulationen ein unabdingbarer Bestandteil der Entwicklung von Selbstorganisationsprozessen; deshalb wurden in der hier beschriebenen Projektphase auch zwei grundlegende Arbeitsschritte, nämlich die Ausführung und die Bewertung von Systemsimulationen, systematisiert und einer weitestgehend automatisierten Behandlung (d.h. Ausführung) zugänglich gemacht. Ein zweiter wichtiger Aspekt für die Verbesserung der Benutzbarkeit des Ansatzes wurde mit automatisierten Laufzeitanpassungen von Systemkonfigurationen adressiert. Zudem wurden abschließend mehrere Anwendungsstudien durchgeführt, bei denen die Anwendbarkeit der in diesem Projekt entwickelten Methoden und Werkzeuge demonstriert und evaluiert wurde. Somit wird insgesamt gezeigt, dass das übergeordnete Ziel dieses Projektes, d.h. die Nutzbarmachung von Selbstorganisation in der Softwareentwicklung, auf einer solchen technischen Basis sehr weitgehend erreicht werden konnte.

Beteiligte Personen
Publikationen im Projekt
2013
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In: Sustainability and Collaboration in Supply Chain Management: A Comprehensive Insight into Current Management Approaches
In: Workshop on Self-organising, adaptive, and context-sensitive distributed systems (SACS 2013)
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In: Intelligent Distributed Computing VI - Proceedings of the 6th International Symposium on Intelligent Distributed Computing
2012
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Jan Sudeikat, Jan-Philipp Steghöfer, Hella Seebach, Wolfgang Reif, Wolfgang Renz, Thomas Preisler
In: Information and Software Technology
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In: 6th International Workshop on Multi-Agent Systems and Simulation (MAS&S)
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In: The Sixth International Conference on Complex, Intelligent, and Software Intensive Systems (CISIS 2012)
In: 1st International Workshop on Evaluation of Self-Adaptive and Self-Organizing Systems
2011
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In: 11th IFIP International Conference on Distributed Applications and Interoperable Systems (DAIS 2011)
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In: Electronic Communications of the EASST
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In: Enterprise Information Systems
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In: 17th GI/ITG Conference on Communication in Distributed Systems (KiVS 2011)
In: Agent Oriented Software Engineering X: State-of-the-Art Survey
2010
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In: 12th International Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS)
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In: Cybernetics and Systems 2010 - Proceedings of the 20th European Meeting on Cybernetics and Systems Research (EMCSR 2010) - International Workshop From Agent Theory to Agent Implementation (AT2AI-7)
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In: Strategic Information Systems: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications
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Landenfeld, Karin, Thomas Preisler, Wolfgang Renz, Peter Salchow
In: Proceedings of the 15th SEFI Conference on Mathematical Education of Engineers
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Jan Sudeikat, Jan-Philipp Steghöfer, Hella Seebach, Wolfgang Renz, Thomas Preisler, Peter Salchow, Wolfgang Reif
In: Proceedings of The Multi-Agent Logics, Languages, and Organisations Federated Workshops (MALLOW 2010)
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In: Electronic Communications of the EASST
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Gregor Balthasar, Jan Sudeikat, Wolfgang Renz
In: Annals of Mathematics and Artificial Intelligence
2009
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In: Second International Workshop on Nonlinear Dynamics and Synchronization
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Jan Sudeikat, Martin Randles, Wolfgang Renz, A. Taleb-Bendiab
In: Communications of SIWN
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In: Communications of SIWN
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In: Proceedings of KIVS 2009 - Kommunikation in Verteilten Systemen
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In: Proceedings des Workshops über Selbstorganisierende, adaptive, kontextsensitive verteilte Systeme (KIVS 2009)
2008
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In: Hamburg International Conference on Logistics 2008: Logistics Networks and Nodes