Grundlagenforschung für ein anpassungsfähiges Internet der Zukunft

Nach zwölf Jahren Höchstförderdauer endet der SFB MAKI zum Jahresende. Was er erreicht hat und wie er die globale Kommunikationslandschaft prägt.

Wie sieht das Internet der Zukunft aus? Der Sonderforschungsbereich (SFB) 1053 MAKI – „Multi-Mechanismen-Adaption für das künftige Internet“ der Technischen Universität Darmstadt beschäftigt sich seit 2013 mit dieser Fragestellung. Nach der Höchstförderdauer durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) kommt er Ende dieses Jahres zum Abschluss.

Vor allem das wachsende Datenaufkommen und die steigende Zahl an Nutzenden, Apps und Protokollen stellen eine Herausforderung für das Netz der Zukunft dar. Damit das Internet trotzdem flüssig laufen kann, haben die Forschenden des Sonderforschungsbereichs MAKI eine simple und doch bahnbrechende Idee verfolgt. Eine Idee, die sich mittlerweile ansatzweise in allen großen Online-Diensten von Google über Apple bis Netflix wiederfindet und welche das Potenzial hat, das Internet neu zu ordnen und zukunftstauglich zu machen – auch, weil sie im laufenden Betrieb funktioniert.

Wechsel zwischen Kommunikations-Mechanismen im laufenden Betrieb

Konkret geht es um das technische Verfahren der sogenannten „Transition“. Dieses sorgt dafür, dass funktional ähnliche Kommunikations-Mechanismen wechselseitig agieren oder kombiniert werden können. Nutzenden von Smartphones ermöglicht dies beispielsweise, Anwendungen auch dann unterbrechungsfrei zu verwenden, wenn zwischen sehr unterschiedlichen Technologien gewechselt wird – wie zum Beispiel von 5G-Mobilfunk auf Satellitenübertragung, die beide stark unterschiedliche Kommunikationseigenschaften haben.

Die Forschenden in MAKI haben gezeigt: selbst beeindruckende Skalierungen können funktionieren. „Kommunikationssysteme kann man anders und sogar noch viel adaptiver denken, als sie es derzeit sind“, betont MAKI-Sprecher Professor Ralf Steinmetz. Die bereits vorhandene, vielschichtige Infrastruktur des Internets kann dank der Möglichkeit zur Transition sehr intelligent und flexibel eingesetzt werden.

Beispielsweise umfassten Teil-Projekte des Sonderforschungsbereichs im Verlauf von zwölf Jahren Forschungsinhalte wie Live-Streaming, Software-Defined Networking (SDN) und effiziente Hardwarelösungen. Mittlerweile sind Themen wie Künstliche Intelligenz, Edge Computing und das Internet of Things zentraler Bestandteil. „Wir haben gezeigt, dass Transitionen und systemweite Anpassungen oft von großem Vorteil sind“, resümiert Steinmetz den Erfolg von MAKI.

Eine spannende, aber hochkomplexe Problemstellung

Viele, teils sehr unterschiedliche Faktoren machen die Forschung hochkomplex: Welche Art von Transition ist möglich – und überhaupt sinnvoll? Wann wird eine Transition ausgeführt? Wie müssen welche Daten übertragen werden? „Es gibt verteilte Systeme mit sehr unterschiedlichen Bandbreiten und gegebenen Verzögerungen, und das muss das System anpassen. Außerdem kann man nicht alle Inhalte auf einmal übertragen“, erläutert Steinmetz.

Ein Teilprojekt von MAKI hat sich zum Beispiel mit Time-Sensitive-Networking (TSN) beschäftigt: Bei zeitkritischen Anwendungen in der Industrie 4.0 ist es nötig, dass gewisse Daten innerhalb einer bestimmten Zeit ans Ziel kommen. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die komplette Produktion stehen bleibt. Die MAKI-Forschenden haben gezeigt, dass zur Wartung oder Erweiterung der Fabriknetzwerke Transitionen eingesetzt werden können, um zu verhindern, dass auch solche Maschinen abgeschaltet werden müssen, die gar nicht betroffen sind.

Stabile Kommunikation auch im Krisenfall

Angesichts von Krisen und Naturkatastrophen werden resiliente vernetzte technische Systeme stets wichtiger. Da erscheint es naheliegend, die innovativen Konzepte und Verfahren der Grundlagenforschung im SFB MAKI noch weitreichender in die Praxis zu überführen. Die Grundsteine dafür sind bereits gelegt. Zum Beispiel mit dem LOEWE-Zentrum emergenCITY, welches unter anderem aus MAKI und seinem Umfeld entstanden ist und an Lösungen arbeitet, die unsere Städte und ihre digitalen Infrastrukturen auch in Krisenfällen sicher machen sollen.

Mehr zum Thema: Sonderforschungsbereich 1053 MAKI

Die DFG hat den Sonderforschungsbereich MAKI mit insgesamt rund 35,5 Millionen Euro gefördert. Im SFB arbeiteten über zwölf Jahre verteilt rund 140 Wissenschaftler:innen an Lösungen für eine nahtlose Kommunikation. Mit dabei waren Forschende der TU Darmstadt, RWTH Aachen, University of Illinois at Urbana-Champaign/USA, Goethe Universität Frankfurt, Universität Mannheim, Universität Stuttgart, Philipps-Universität Marburg, Universität Koblenz, Universität Duisburg-Essen, Universität Paderborn, Universität Ulm, Leibniz Universität Hannover sowie Mercator Fellows aus der ganzen Welt.

Der Artikel auf der Webseite der TU Darmstadt: Grundlagenforschung für ein anpassungsfähiges Internet der Zukunft

Beitragsbild: Fotostudio Hirch