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Sonderforschungsbereich 901

Individualisierte IT-Dienstleistungen in dynamischen Märkten

Das Ziel des SFB 901 ist die Entwicklung von Methoden zur automatischen On-The-Fly-(OTF)-Konfiguration und Ausführung individueller IT-Dienstleistungen aus auf weltweiten Märkten verfügbaren Services. Neben der Konfiguration solcher Dienste durch spezielle OTF Provider und deren Ausführung durch spezielle OTF Compute Center umfasst dies die Entwicklung von Methoden zur Qualitätssicherung, Sicherheit, Interaktion und Marktentwicklung.

Heute stehen wir am Beginn eines neuen Abschnitts in der Entwicklung und Ausführung von IT-Dienstleistungen. Wir sehen erste Ansätze zur Abkehr von dem 40 Jahre alten Prinzip der Beschaffung von Software durch Einkauf von teuren, relativ unflexiblen Standardlösungen beziehungsweise der noch teureren Erstellung durch Softwarehäuser oder eigene Softwareabteilungen. Mit Grid und Cloud Computing wird es möglich, IT-Dienstleistungen und ihre benötigten Ressourcen nur bei Bedarf und nur in der benötigten Form einzukaufen. Mit den service-orientierten Architekturen stehen Methoden zur Verfügung, Software zumindest unternehmensintern flexibel zusammenzustellen. Diese ersten Ansätze für eine neue Art der Erbringung von IT-Dienstleistungen bilden den Ausgangspunkt für die Forschungen im Sonderforschungsbereich 901 „On-The-Fly Computing“.

Die Vision des „On-The-Fly Computing“ sind Services, die von individuell und automatisch konfigurierten und zur Ausführung gebrachten IT-Dienstleistungen auf Märkten frei gehandelt und flexibel kombiniert werden können. Gleichzeitig zielt der SFB 901 auf die Organisation von Märkten ab, deren Teilnehmer durch geeignetes unternehmerisches Handeln einen lebendigen Markt der Services aufrechterhalten. Mit dieser Vision schaut der SFB 901 weit in die Zukunft der IT-Entwicklung und -Nutzung, deren erste Wandlungen wir aber schon heute erleben.

Um zu erforschen, inwieweit diese Vision realisierbar ist, werden Methoden und Techniken entwickelt, die

  • eine weitestgehend automatische Konfiguration, Ausführung und Adaption von IT-Dienstleistungen aus Services ermöglichen, die auf Märkten weltweit verfügbar sind,
  • die Sicherung der Qualität der so erbrachten Dienstleist­ungen und den Schutz der Akteure in den Märkten garantieren sowie
  • die Organisation und die Weiterentwicklung dieser Märkte und die für diese Aufgaben notwendige Interaktion zwischen den Akteuren unterstützen.

Um diese Ziele zu erreichen, arbeiten Informatiker aus unterschiedlichen Disziplinen wie Softwaretechnik, Algorithmik, Rechnernetze, Systementwurf, Sicherheit und Kryptografie mit Wirtschaftswissenschaftlern zusammen, die ihre spezifische Expertise einbringen. So können die Organisation und Weiterentwicklung des Marktes vorangetrieben werden.

Organisatorisch wird der SFB durch den Vorstand, bestehend aus Professor Meyer auf der Heide als Sprecher und Professorin Wehrheim, Professor Platzner und Professor Haake als stellvertretende Sprecher, vertreten. Dr. Schroeder hat die Position des Geschäftsführers inne. Insgesamt sind drei Fachgruppen aus dem Heinz Nixdorf Institut, acht Lehrstühle aus dem Institut für Informatik, fünf Lehrstühle aus der Fakultät für Wirtschaftswi­ssenschaften sowie ein Lehrstuhl aus der Fakultät für Kultur­wissenschaften am SFB 901 beteiligt.

Die dritte und damit letzte vierjährige Projektphase des SFB startete am 1. Juli 2019
Durch unsere Arbeit in den vergangenen Jahren konnten wir bereits nachweisen, dass die Vision des On-The-Fly Computing durchführbar ist. 581 Peer-Reviewed-Publikationen zu speziellen Einzelfragestellungen sowie diverse prototypische Entwicklungen von Tools und Demonstratoren zum On-The-Fly Computing überzeugten die DFG-Gutachter im Frühjahr 2019 vom erarbeiteten Zwischenstand des Sonderforschungsbereichs und bildeten die Grundlage für die Zusage für „four more years“. Dabei beeindruckte die Gutachter insbesondere auch der für die Anwendungsdomäne des „Automatischen Maschinellen Lernens“ entwickelte „Proof-of-Concept“ (kurz: PoC) und nicht zuletzt die hervorragenden Ergebnisse des Nachwuchsförderungskonzepts des SFB.

Der PoC für ein Maschinelles Lernen-Szenario
Der Proof-of-Concept ist generell domänenunabhängig konzipiert, sodass er für alle Arten von On-The-Fly (OTF) Problemen eingesetzt werden kann. Zu Demonstrationszwecken haben wir den PoC allerdings für ein Anwendungsszenario optimiert, um maßgeschneiderte Machine Learning Services on-the-fly zu konfigurieren. Das Hauptproblem dabei ist die automatische Erstellung eines Lernprozesses, der auf der Grundlage vorgegebener Trainingsdaten ein prädiktives Modell (z. B. einen Klassifikator) erzeugt. Ein solcher Lernprozess besteht aus verschiedenen Algorithmen oder Softwarekomponenten, die entsprechend parametrisiert und miteinander kombiniert werden müssen. Das Ergebnis eines entsprechenden Auswahl- und Konfigurationsprozesses ist eine Machine Learning Pipeline. Dieses Szenario für Automatisches Maschinelles Lernen hat die Merkmale eines OTF-Problems:

  • Endnutzer müssen die zugrunde liegende Softwarearchitektur und die Einzelschritte in diesem Prozess nicht kennen,
  • dem Benutzer wird ein ausführbarer Dienst in Form einer Machine Learning Pipeline zur Verfügung gestellt,
  • dieser Service ist auf die individuellen Anforderungen (z. B. Trainingsdaten) optimiert und
  • die Erbringung der Dienstleistung erfolgt quasi ad hoc

Nachwuchsförderung im SFB – eine Zwischenbilanz
In der bisherigen Förderungszeit des SFB (1. Juli 2011 bis 31. Dezember 2019) konnten insgesamt 63 Promotionsvorhaben abgeschlossen werden – 14 davon von unseren Promovendinnen. 21 Promovendinnen bzw. Promovenden wurden aufgrund ihrer im SFB entstandenen Arbeiten besondere Auszeichnungen auf Konferenzen (Best Paper Awards) oder bei Wettbewerben (Wissenschafts- und Dissertations-Preise) zuteil. Als gezielte Förderung unserer Postdoktorandinnen bzw. Postdoktoranden haben wir in der bisherigen Förderungszeit 16 potenziellen Kandidatinnen bzw. Kandidaten für eine wissenschaftliche Karriere mehrwöchige Auslands-Forschungsaufenthalte (vorzugsweise in den USA oder UK) ermöglicht. Während der bisherigen Förderungszeit haben acht Postdoktorandinnen bzw. Postdoktoranden und neun Juniorprofessorinnen bzw. Juniorprofessoren nicht zuletzt aufgrund ihrer Arbeiten im SFB Rufe auf Professuren erhalten und angenommen. Dass die Fragestellungen und Themen des SFB maßgeblich auch in die Lehre und studentische Ausbildung eingeflossen sind, dokumentiert sich durch 266 Bachelor- und 155 Masterarbeiten mit SFB-Bezug.