Komplexe Netzwerke: Lasten so verteilen, dass Computer ihre Arbeit schaffen

Gemeinsam mit seinem ebenfalls aus Deutschland stammenden Kollegen Dr. Thomas Sauerwald, der jetzt an der Universität von Cambridge (UK) arbeitet, wird Prof. Dr. Tobias Friedrich von der Universität Jena die „Analyse Diskreter Lastbalancierung auf heterogenen Netzwerken“ – kurz: ADLON – in Angriff nehmen. Für das auf drei Jahre angelegte neue Forschungsprojekt hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) jetzt über 315.000 Euro zur Verfügung gestellt.

Der für Laien kryptische Titel beinhaltet ein grundlegendes Problem des Informationszeitalters: Die Menge der digitalen Daten verdoppelt sich alle zwei Jahre. Der Leistungszugewinn einzelner Computer kann damit nicht mehr mithalten. Daher werden viele Probleme heute verteilt über eine Vielzahl von Rechnern bearbeitet.

„Google betreibt schätzungsweise eine Million Server“, nennt Prof. Friedrich ein Beispiel. „Diese beantworten gemeinsam täglich etwa drei bis vier Milliarden Suchanfragen.“ Die Herausforderung hierbei ist, die zu erledigenden Aufgaben auf die beteiligten Rechner möglichst gleichmäßig zu verteilen. „Immer dann, wenn große Berechnungen auf mehreren Rechnern gemeinsam durchgeführt werden müssen, stellt sich das Problem der Lastbalancierung“, sagt der Jenaer Lehrstuhlinhaber für Theoretische Informatik. Es ist wie im menschlichen Alltag: Wenn zwei Personen gemeinsam eine Arbeit erledigen, dann sollte jeder die Hälfte abarbeiten, um am effektivsten und schnellsten zum Ziel zu kommen.

An der Frage einer schnellen Lastbalancierung arbeiten die beiden Wissenschaftler bereits seit einem gemeinsamen Forschungsaufenthalt in Berkeley (USA) im Jahr 2008. „Ein Großteil der Forschung der letzten Jahre beschränkt sich jedoch auf die Analyse wohl-strukturierter homogener Netzwerke“, sagt Tobias Friedrich. Das Problem: „Die meisten Resultate werden der komplexen und heterogenen Struktur heutiger Netzwerke nicht gerecht“. Das neue Projekt hat den Ehrgeiz, diese Lücke zu schließen. Es sollen Lastbalancierungsprobleme für praktisch relevante heterogene Netzwerke mathematisch untersucht werden.

Über das DFG-Projekt, das auch wissenschaftliche Mitarbeiter einbinden wird, soll ein reger beiderseitiger Austausch zwischen Jena und Cambridge stattfinden. Den Anfang macht Dr. Sauerwald, der im Sommer für zwei Monate nach Jena kommen wird.

Kontakt:
Prof. Dr. Tobias Friedrich
Institut für Informatik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Ernst-Abbe-Platz 2
07743 Jena
Tel.: 03641 / 946320
E-Mail: friedrich[at]uni-jena.de