Entwicklung des D-Grid

D-Grid Integrationsprojekt

 

1. Ausgangssituation

Viele Prozesse in Wissenschaft und Wirtschaft lassen sich in die Abschnitte Analyse, Synthese und Verifikation unterteilen. Bei komplexen Problemstellungen wiederholen sich diese Abschnitte zyklisch,  bis die gewünschte Lösung erreicht wird. Hinzu kommt die Komponente Management, die für den Ablauf und das Zusammenspiel der anderen Abschnitte verantwortlich ist. Während früher Rechner nur vereinzelt und disziplinspezifisch als Hilfsmittel in diesen Prozessen eingesetzt wurden, zeigt es sich heute, dass die Rechnerunterstützung für viele Disziplinen unverzichtbar ist:

  1. Analyse: Vielfach ist die für die Analyse zur Verfügung stehende Datenmenge so groß, dass über eine rein visuelle Betrachtung der Daten die gesuchten Aspekte nicht auffindbar sind. Daher werden rechenintensive Methoden zur Suche und Erkennung von gesuchten Objekten und Mustern in diesen Datenräumen eingesetzt.
  2. Synthese: Bei den mit Hilfe der Synthese zu ermittelnden Lösungen spielt nicht nur die Funktionsfähigkeit sondern oft auch die Effizienz eine wesentliche Rolle. Daher werden zur Verbesserung dieser Effizienz häufig Optimierungsverfahren eingesetzt, die rechenintensive Verfahren wie genetische Optimierung oder Integer Linear Programming verwenden.
  3. Verifikation: Schließlich ist es gerade bei komplexen Systemen zu aufwändig oder aus anderen Gründen nicht möglich, die Funktionsfähigkeit und Effizienz eines Systems ausschließlich im Experiment oder bei Testläufen zu überprüfen. Stattdessen werden zunächst in erheblichen Maße Rechnersimulationen eingesetzt.
  4. Management: Eine wachsende Zahl von Projekten in Wissenschaft und Wirtschaft werden von geographisch verteilten Partnern durchgeführt und basieren auf verteilten Informationen. Bei der Organisation solcher unternehmens- oder institutionsübergreifenden Projekte ist ein effizientes Informationsmanagement entscheidend. Dazu sind flexible, virtuelle Organisationsnetzwerke, die sich dynamisch verändern und in denen Teilnehmer spezifische Rollen mit entsprechenden Rechten einnehmen können, geeignet, während die klassischen hierarchischen Strukturen vielfach zu starr und zu langsam sind.

Für diese Beobachtungen lassen sich viele Beispiele aus unterschiedlichen Disziplinen anführen. Daher ist die Informationstechnik zu einem unverzichtbaren Hilfsmittel in der modernen Wissenschaft und Wirtschaft geworden. Trotz der erheblichen Fortschritte der Informationstechnik in den letzten Jahren muss festgestellt werden, dass der Bedarf wesentlich schneller als das Angebot wächst. Dies wird langfristig zu einer steigenden Kostenspirale in Wissenschaft und Wirtschaft führen. Während sich dieser grundsätzliche Trend kaum stoppen lässt, so ist kurz- und mittelfristig eine Erleichterung durch eine höhere Effizienz beim Einsatz von Informationstechnologie möglich, da gegenwärtig viele Rechner und Datenspeicher nur ineffizient eingesetzt werden:

  1. Auslastung: Der Rechnerbedarf wird vielfach auf der Basis der Spitzenlast bestimmt, da die Nutzer oft sehr schnell ihre Ergebnisse benötigen, um ihre Arbeiten fortführen zu können. Aufgrund des typischen Tageszyklus des Rechnerbedarfs resultiert dies meist in einer relativ geringen durchschnittlichen Auslastung. Daher liegt ein Konflikt zwischen der Effizienz der IT-Systeme und Präferenz der Nutzer vor, der in der Regel zugunsten der Nutzerpräferenz entschieden wird.
  2. Nutzerorientierung: Die Ausstattung von einzelnen Rechenzentren kann oft nicht für alle lokalen Nutzer ideal gewählt werden. Das gilt besonders bei sehr heterogenen Institutionen, wie Universitäten mit vielen verschiedenen Fachbereichen. Befinden sich kooperierende Partner oder notwendige Ressourcen, wie zum Beispiel Daten oder Programme an anderen Stellen, so ist der Zugriff für die Nutzer oft mit einem erheblichen Aufwand verbunden, wenn er überhaupt möglich ist. Daher erfordert die Nutzung entfernter Ressourcen einfach zu bedienende Schnittstellen für die Nutzer.
  3. Betriebsaufwand: Der Aufwand für die Administration und den sicheren und fehlertoleranten Betrieb von Rechnern und Netzwerken wächst stetig. Gründe hierfür sind zum Beispiel der steigenden Energiebedarf und die wachsende Vielfalt der eingesetzten Softwarepakete. Dies führt zu einem höheren Fixkostenanteil, der bei kleinen Installationen überproportional steigende Kosten bezogen auf die Rechenleistung oder Speicherkapazität hervorruft.  Daher bietet die Konsolidierung von IT-Installationen das Potential zur Erhöhung der Effizienz.

 

Von großer Bedeutung wird in der Zukunft der zunehmende Bedarf an interdisziplinärer und grenzüberschreitender Planung, Forschung, Entwicklung und Umsetzung werden. Die Vernetzung innerhalb der Wissenschaftsdisziplinen und zwischen verschiedenen Unternehmen bildet die Grundlage für die Realisierung von großen Forschungs- und Entwicklungsprojekten, an denen viele Forschungseinrichtungen unterschiedlicher Disziplinen und viele Unternehmen beteiligt sind. Die entstehenden Interessengemeinschaften haben zwar oft nur kurzfristig Bestand, benötigen in diesem Zeitraum aber Zugriff auf gemeinsam zu nutzende IT-Ressourcen, da zum Beispiel die Verifikation der Einzelkomponenten im Allgemeinen für die Systembewertung nicht ausreicht. Dies führt zu den erwähnten Anforderungen an das IT-Management.

Grundsätzlich stehen auf der Welt und insbesondere in den hochentwickelten Nationen leistungsfähige Netze zur Verfügung, die eine Kopplung der verschiedenen IT-Ressourcen auf einer niedrigen Systemebene erlauben. Dies legt die gemeinsame Nutzung der IT-Ressourcen in Form eines so genannten Grids und damit eine Steigerung der Effizienz nahe. Allerdings gibt es vor allem zwei technische Aspekte, die dieser gemeinsamen Nutzung noch entgegen stehen:

  1. Sicherheit: Die physikalische Trennung der Systeme erleichtert den Schutz von Daten und Systemen als wichtige Beispiele intellektuellen Eigentums, das insbesondere aber nicht nur in der Wirtschaft von größter Bedeutung ist. Erst wenn ein vergleichbarer Schutz auch im Grid gewährleistet werden kann, ist weitgehende Akzeptanz des Grids in der Wirtschaft aber zum Beispiel auch in der medizinischen Forschung möglich.
  2. Nutzerfreundlichkeit: Datenverarbeitung basiert auf sehr vielen unterschiedlichen Programmen, die oft an die speziellen Bedürfnisse einzelner Nutzer angepasst sind. Dies gilt besonders für rechen- oder datenintensive Problemstellungen. Daher reicht die alleinige Verfügbarkeit von Rechen- und Datenressourcen nicht aus, solange nicht auch die vom Nutzer benötigten Rahmenbedingungen passen. Zu diesen Rahmenbedingungen gehören neben der Bereitstellung der auf die Nutzer abgestimmten Funktionalität eine einfache Nutzbarkeit und ein effizientes Systemmanagement, das den Nutzer möglichst wenig beeinträchtigt. Die einfache Nutzbarkeit beinhaltet auch die weitere Verwendung von Softwarekomponenten und Darstellungen, an die sich die Nutzer bereits gewöhnt haben und die dann über Schnittstellen mit den Gridfunktionen verbunden werden. Damit wird einerseits die Hemmschwelle von potentiellen Nutzern reduziert. Andererseits fügt dies auch zu erheblichen Unterschieden zwischen den Grids unterschiedlicher Disziplinen. Besonders tritt dies im Vergleich von Grids mit kommerziellen Nutzern gegenüber Grids mit vorwiegend wissenschaftlichen Nutzern hervor.

 

Beide Aspekte sind besonders in Kooperationen zu berücksichtigen, da dann zum Beispiel der Zugriff eines Kooperationspartners auf bestimmte Daten beschränkt sein muss und die Festlegung der Rolle eines Nutzers auch durch das Systemmanagement des Grids unterstützt werden muss.

Der Begriff Grid ist im IT-Bereich nicht genau definiert, sondern erscheint in unterschiedlichen Facetten. Der Name wurde von dem Energienetz (Electrical Powergrid) übernommen, während inhaltlich eine enge Verwandtschaft zu den verteilten Systemen besteht. Gegenwärtig kann man vor allem vier verschiedene Formen von Grids unterscheiden:

  1. Enterprise Grid: Hierunter versteht man die gemeinsame Verwendung von IT-Ressourcen hinter einer umschließenden Firewall. Da dies die Sicherheitsproblematik wesentlich reduziert, ist diese Form für größere Unternehmen besonders attraktiv. Außerdem ist die Heterogenität bei den Nutzeranforderungen bei vielen Unternehmen relativ gering. Damit ist es vergleichweise einfach, die von den Nutzern benötigten Rahmenbedingungen zu schaffen, zumal es im Unternehmen mit dem Chief Information Officer (CIO) oft eine einzelne Instanz mit Entscheidungsbefugnis gibt. Wenn es sich um Unternehmen handelt, die weltweit aufgestellt sind, dann können die oft mit Tageszeiten gekoppelten Spitzenlasten effizient verteilt werden. Allerdings treffen die Voraussetzungen für den Einsatz von Enterprise Grids im Allgemeinen nicht für kleine und mittelständige Unternehmen zu, da dort der Gesamtbedarf an IT-Kapazität eine entsprechende große Installation nicht rechtfertig. Zusätzlich entsteht dieser Bedarf oft nur an einer Stelle, was eine Verteilung der Spitzenlast verhindert. Für Enterprise Grids gibt es bereits ausgereifte kommerzielle Lösungen. Unternehmen mit einem Enterprise Grid werden in der Regel die D-Grid Technologie nicht für interne Zwecke verwenden, sondern höchstens als Kooperationspartner am D-Grid teilnehmen. Für  eine solche Kooperation ist die Definition und Unterstützung geeigneter Schnittstellen notwendig. Mit Ausnahme dieser Schnittstellen wird D-Grid diesen Bereich ausklammern, obwohl durchaus Komponenten von Enterprise Grids auch in das D-Grid übernommen werden können.
  2. Cloud Computing: Große IT-Unternehmen, wie zum Beispiel Google und Amazon stellen Rechenleistung und Speicherplatz in Form von großen Clustern und Speichern nach Bedarf zur Verfügung. Mit Hilfe von Virtualisierungstechniken können auf diesen Rechnern unterschiedliche Programme ausgeführt werden. Im Moment eignet sich dieser Ansatz noch nicht für alle Anwendungen, da viele höhere IT-Dienste noch nicht unterstützt werden. Dies trifft zum Beispiel für Anwendungen zu, die Zugriff auf externe Datenquellen benötigen. Auch wird durch das Cloud Computing noch keine gemeinsame Arbeitsumgebung für interdisziplinäres Arbeiten geschaffen. Auch wenn von deutlichen Verbesserungen bei der Virtualisierung von Programmen in der Zukunft ausgegangen werden kann, ist zu bezweifeln, dass über Cloud Computing die IT-Voraussetzungen für interdisziplinäres Arbeiten geschaffen werden können. D-Grid sieht Cloud Computing als eine Ergänzung zu seinen Schwerpunkten an und wird seinerseits eine Angebotspalette erstellen, die über diesen Bereich hinausreicht.
  3. Volunteer Computing: Desktop-Rechner oder Laptops werden auch in Zukunft ihre Bedeutung für den individuellen Nutzer als Präsentations- und Kommunikationsplattform, mit der auch kleine und mittlere Probleme gelöst werden können, behalten, obwohl der Betrieb dieser Systeme sehr ineffizient ist. Die grundsätzlich verfügbare Rechenleistung dieser Systeme wird im Volunteer Computing ausgenutzt, in dem auf nicht ausgelasteten existierenden Desktop-Rechnern Programme im Hintergrund ausgeführt werden. Dieser Ansatz eignet sich allerdings nur für wenige Anwendungen und zeichnet sich durch eine eingeschränkte Zuverlässigkeit bezüglich der Einzelsysteme aus, da ein plötzlich eintretender Bedarf des Eigentümers Priorität erhält. Möglicherweise kann die Zuverlässigkeit in der Zukunft durch Multicore-Architekturen verbessert werden. Außerdem tritt hier die angeführte Sicherheitsproblematik besonders stark auf, da die Verantwortung für die installierten Sicherheitsmechanismen in den Händen des Eigentümers liegt. Vor allem ist im Moment nicht zu erkennen, wie über Volunteer Computing eine Plattform für interdisziplinäres Arbeiten geschaffen werden kann. Während Volunteer Computing für einzelne Anwendungen durchaus interessant sein kann, wird D-Grid diesen Bereich aufgrund der beschriebenen Einschränkungen ebenfalls ausklammern.
  4. Service Grid : In einem Service Grid bieten unterschiedliche Teilnehmer ihre Dienste und Ressourcen an. Diese Dienste und Ressourcen lassen sich zur Lösung von komplexen Problemstellungen miteinander koppeln. Die Heterogenität der Ressourcenanbieter schafft die Voraussetzung für eine möglichst hohe Effizienz, da unter den verfügbaren Ressourcen sich mit großer Wahrscheinlichkeit für jeden Nutzer auch welche befinden, die sehr gut an die Bedürfnisse des Nutzers angepasst sind. Gleichzeitig ist zu erwarten, dass die Konkurrenz unter den Ressourcenanbietern zu einer höheren Effizienz führt. Dieses Modell verfolgt einen sehr weitgehenden Ansatz mit einem hohen Potential und hat deshalb sehr hohe Anforderungen in den Bereichen Sicherheit und Nutzerfreundlichkeit. Daher besteht hier noch ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Im D-Grid liegt der Fokus auf diesem Modell. Dies bedeutet auch, dass D-Grid den Schwerpunkt auf Anwendungen legt, die, wie bereits erwähnt, für Cloud Computing und Volunteer Computing wenig geeignet sind.

 

Während viele Unternehmen Interesse an dem Angebot spezieller Dienstleistungen in einem Service Grid haben können, ist im Moment nicht zu erkennen, dass einzelne Unternehmen den Aufbau der Gesamtinfrastruktur eines Service Grids intensiv betreiben werden, da die Marktstruktur des Service Grids die Dominanz eines Unternehmens behindert und daher der potentielle Gewinn möglicherweise zu gering ist, um die notwendigen Investitionen zu rechtfertigen. Andererseits werden funktionierende Service Grids dem Standort Deutschland sowohl in der Wissenschaft als auch in der Wirtschaft Vorteile verschaffen, da somit die Bearbeitung komplexer Problemstellungen wesentlich verleichtert wird. Es bietet sich daher an, den Aufbau der Infrastruktur von Service Grids in organisatorischer Hinsicht zunächst über öffentliche Förderung zu betreiben. Weiterhin sollte das Interesse der Wirtschaft an dem Angebot von speziellen Dienstleistungen und Ressourcen zur Steigerung der Systemeffizienz besonders begrüßt werden, auch wenn dies manchmal von herkömmlich angewandten Strukturen in öffentlichen Institutionen abweicht. Diese Dienstleistungen können auch den Betrieb der gesamten Infrastruktur eines wissenschaftlichen Service Grids beinhalten, wenn sich dieses in einem Produktionsstatus befindet.

2. Struktur von D-Grid

 

Während der Bedarf an Service Grids sich über viele Wissenschaftsdisziplinen und Wirtschaftssparten erstreckt, werden die einzelnen Anforderungen in den jeweiligen Bereichen erheblich von einander abweichen. Daher werden insbesondere in der Wissenschaft disziplinorientierte Service Grids eingerichtet, deren Grundstock durch die aktuellen Community-Grids gelegt wurde und die später aus den Community-Grids hervorgehen werden. In der Beschreibung eines solchen Service Grids sollten die beiden folgenden Aspekte unbedingt enthalten sein:

  1. Teilnehmer: Die Teilnehmer gliedern sich in Nutzer, die gegebenenfalls noch feiner nach der Art der Nutzung unterteilt werden, in Diensteanbieter, wobei die Dienste sowohl Ressourcen, gespeicherte Inhalte als auch Dienste im engeren Sinn umfassen und die Betreiber der Infrastruktur des Service Grids. Zwar kann der Betrieb des Service Grids grundsätzlich auch als ein Dienst aufgefasst werden, aber wegen der herausgehobenen Rolle sollte die Betriebsfunktion einzeln aufgeführt werden.   
  2. Geschäftsmodell: Das Geschäftsmodell beschreibt im Nutzungsversprechen die Leistungen, die das Service Grid seinen Nutzern anbietet. Gegebenenfalls wird das Nutzungsversprechen nach der Art der Nutzer untergliedert. Weiterhin erhält das Geschäftsmodell ein Ertragsmodell, das im Einzelnen spezifiziert, wie die Kosten des Service Grids nachhaltig gedeckt werden. In der Regel wird es sich dabei um eine Mischung aus den folgenden Komponenten handeln
    1. Öffentlichen Basisförderung im Rahmen der jeweiligen Disziplinförderung
    2. Projektförderung
    3. Mitgliedsbeiträge
    4. Direkte Bezahlung von Dienstleistungen

Die Ausschöpfung aller Möglichkeiten dieser Komponenten für ein Ertragsmodell erfordert eine partielle Änderung der rechtlichen Rahmenbedingungen. Schließlich beinhaltet das Geschäftsmodell ein Organisationsmodell oder eine Wertschöpfungsarchitektur, die darstellt, wie das Service Grid aufgebaut ist, um einen nachhaltigen Betrieb zu sichern. Für die Nutzer und Diensteanbieter dient die Wertschöpfungsarchitektur als eine Art Investitionsschutz, da für die Teilnahme am Service Grid zunächst in der Regel Aufwand anfällt, der sich erst über eine längere Beteiligung amortisiert. Für direkte und indirekte Förderer ist es ebenfalls eine Art Investitionsschutz der Fördermittel und kann damit Entscheidungen über die Förderung beeinflussen. Zur Diskussion über Geschäftsmodelle im D-Grid wurde eine einheitliche Terminologie [2] eingefügt, die allerdings inhaltlich die Geschäftsmodelle nicht einschränkt.

Neben diesen für den stabilen Zustand notwendigen Informationen muss in der Aufbauphase eines Service Grids noch spezifiziert werden, welche Kosten für den nachhaltigen Betrieb anfallen, wie viele Nutzer zur Kostendeckung erforderlich sind, wie diese Nutzer des Service Grids gewonnen werden sollen und wann der stabile Betrieb des Service Grid erwartet wird. Aufgrund der notwendigen Mindestzahl von Nutzern wird in der Regel nur ein Service Grid pro wissenschaftliche Disziplin eingerichtet, da ansonsten pro Nutzer zu hohe Kosten anfallen würden. Dies erfordert allerdings vom Betreiber des Service Grids Neutralität sowohl gegenüber den Nutzern als auch den Dienstanbietern.

Während der Aufbau von disziplinorientierten Service Grids aus inhaltlichen und organisatorischen Gründen geboten ist, muss eine Interoperabilität der verschiedenen Service Grids im Sinne eines interdisziplinären D-Grid gewährleistet werden. Daher sollen die verschiedenen Service Grids auf den gleichen Basisdiensten aufbauen und das gleiche Basisbetriebskonzept verwenden. Dies ermöglicht es einem Nutzer bei Start eines neuen interdisziplinären Projektes ohne großen Aufwand von einem Service Grid zu dem Service Grid einer anderen Disziplin zu migrieren. Weiterhin erlaubt diese Interoperabilität auch den Ausgleich von Spitzenlasten über die Grenzen der Service Grids hinweg. Derartige Situationen können zum Beispiel auftreten, wenn große Experimente oder Aufgabenstellungen temporär zu hohen Anforderungen führen, die innerhalb der Disziplin nicht abgedeckt werden können. In solchen Fällen können andere Service Grids oder die Betreiber unabhängiger Ressourcen, wie größere Rechenzentren unterstützend tätig werden. Die Existenz von Basisdiensten und einem Basisbetriebskonzept legt die Bildung einer D-Grid Support Einrichtung (DGSE) nahe, die disziplinübergreifend für die Betreuung dieser Basisdienste und des Basisbetriebskonzeptes verantwortlich ist. Durch die Synergieeffekte gegenüber einer individuellen Betreuung durch die Betreiber der einzelnen Service Grids hat dieses Konzept neben der Kosteneinsparung den Vorteil einer besseren Gewährleistung der Interoperabilität der Service Grids.

Neben den Nutzern, die Service Grids zugeordnet sind, gibt es auch Nutzer ohne eine Service Grid Zuordnung. Dies können zum einen wissenschaftliche Nutzer sein, für deren Disziplin ein Service Grid nicht kostendeckend betrieben werden kann, und zum anderen Nutzer aus der Wirtschaft, die sich grundsätzlich nicht in Form von disziplinorientierten Service Grids organisieren. Im Sinn des wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Fortschritts ist es wichtig, dass diese potentiellen Nutzer nicht von der Verwendung des Grids ausgeschlossen werden. Allerdings ist bei den Ansprüchen dieser Nutzer der Kostenaspekt zu berücksichtigen. Daher wird es spezielle Dienste für diese Nutzer nur geben, wenn diese kostendeckend angeboten werden können. Über die allgemeinen von der DGSE angebotenen Dienste können diese Nutzer aber auf Ressourcen, die von unabhängigen Anbietern zur Verfügung gestellt werden, zugreifen. Gleichzeitig sollen diese Nutzer, bei der Bildung von Interessensgemeinschaften in Richtung auf die Gründung eines Service Grids unterstützt werden

Die Betreuung der Nutzer ohne Service Grid Zuordnung wird ebenfalls von unabhängigen Ressourcen- und Diensteanbietern übernommen. Unabhängigkeit der Ressourcen- und Diensteanbieter bedeutet, dass diese Anbieter nicht exklusiv einem Service Grid zugeordnet sind. Neben kommerziellen Anbietern, die ihre Dienste im Sinne von Cloud Computing jedem Nutzer gegen Bezahlung anbieten, wird es sich dabei im wissenschaftlichen Bereich vor allem um universitäre Rechenzentren handeln, die entsprechend ihrem Grundauftrag ihre lokalen Nutzer versorgen. Im Sinne einer Effizienzsteigerung wird erwartet, dass sich diese Rechenzentren zu Interessensgemeinschaften zusammenschließen, um so die Anpassung an die Nutzerbedürfnisse und den Ausgleich von Spitzenlasten zu verbessern. Diese Interessensgemeinschaften erfordern wiederum, dass die beteiligten Ressourcenanbieter gemeinsame Basisdienste und ein gemeinsames Basisbetriebskonzept verwenden. Die Bildung derartiger Interessensgemeinschaften erfolgt wiederum nicht nur unter inhaltlichen sondern wahrscheinlich auch unter politischen Gesichtspunkten. Daher unterliegt sie einer gewissen Dynamik, was den Vorteil einer das gesamte D-Grid umfassenden Definition der Basisdienste und des Basisbetriebskonzeptes deutlich macht. Somit bilden die unabhängigen Ressourcenanbieter eine weitere Gruppe von potentiellen Kunden der DGSE.

Service Grids sind gegenwärtig noch nicht ausgereift. Daher gibt es in diesem Bereich noch vielfältigen Forschungs- und Entwicklungsbedarf, der im Sinne von D-Grid möglichst auf eine schnelle Umsetzung in den Produktionsbetrieb ausgerichtet sein sollte. Es liegt deshalb im Interesse von D-Grid, Entwickler bei der Erzeugung neuer Werkzeuge und Dienste zu unterstützen. Bei disziplinorientierten Entwicklungen sollte dies im Rahmen der jeweiligen Service Grids erfolgen. Dazu gehört das Angebot von Teststellungen zur Überprüfung der Interoperabilität neuer Komponenten mit dem existierenden Service Grid. Ein ähnliches Angebot unterbreitet die DGSE Entwicklern im Bereich der Basisdienste und des Basisbetriebskonzeptes. Auch wenn eine strukturelle Trennung von Dienstangebot und Entwicklung bei der DGSE verfolgt wird, so muss die Bedeutung der Entwicklungsunterstützung im Grid stets betont werden. Obwohl D-Grid zurzeit zu wesentlichen Teilen auf etablierten Komponenten aufbaut, so sind gerade aufgrund der Dynamik in der Gridtechnologie immer wieder Neuentwicklungen und Anpassungen notwendig. Dabei ist es oft effizienter, selbst neue Lösungen zu entwickeln, anstatt auf externe Lösungsvorschläge zu warten. Außerdem werden viele Service Grids im internationalen Umfeld agieren. Aus Kompatibilitätsgründen wird man sich daher besonders bei neuen Grids nicht auf Interoperabilität der verschiedenen verwendeten Komponenten beschränken, sondern bei der Einführung neuer Komponenten eine Vereinheitlichung anstreben. Mit ausgewiesenen Entwicklern bei Gridkomponenten kann Deutschland hier eine Führungsrolle einnehmen, wenn auf Anwendbarkeit und Interoperabilität geachtet wird. Auch aus diesem Grund betrachtet die DGSE Entwickler als eine eigene Kundengruppe und unterstützt diesen Bereich.    

 

3. Organisation von D-Grid

Wie im vorherigen Abschnitt dargestellt, besteht D-Grid aus mehreren miteinander interagierenden Strukturen, deren grobes Beziehungsgeflecht ebenfalls erläutert wurde. Die innere Organisation jeder Struktur muss dagegen separat in dem jeweiligen Geschäftsmodell beschrieben werden, da nicht davon auszugehen ist, dass die verschiedenen Service Grids alle in gleicher Weise organisiert sind.

Die DGSE ist nicht als Einzelinstitution geplant. Stattdessen werden die im Geschäftsmodell der DGSE [1] beschriebenen Leistungen verteilt durch im Bereich Grid engagierte Institutionen aus der Wissenschaft und Wirtschaft, das heißt durch D-Grid selbst erbracht. Die Koordinierung und gegebenenfalls Ausschreibung neuer gewünschter Leistungen übernimmt die D-Grid Betriebs- und Entwicklungsgesellschaft, im Weiteren als D-Grid GmbH bezeichnet. Aus Neutralitätsgründen ist die D-Grid GmbH nicht Teil einer der Institutionen, die Dienstleistungen der DGSE erbringen und tritt damit nicht in Konkurrenz zu anderen Institutionen. Stattdessen übernimmt sie Aufgaben, die im Allgemeinen von übergreifendem Interesse in D-Grid sind. Dazu gehört zum Beispiel der Teil der Öffentlichkeitsarbeit  von D-Grid, der nicht einzelnen Service Grids oder Institutionen zuzuordnen ist. Grundsätzlich sollen alle am D-Grid beteiligten Institutionen eine direkte oder indirekte Kontrollfunktion über die D-Grid GmbH ausüben. Dazu besteht einerseits die Möglichkeit, als Gesellschafter in die D-Grid GmbH einzutreten. Es wird angestrebt, dass viele größere Institutionen aus der Wissenschaft und Wirtschaft sich so an der D-Grid GmbH beteiligen. Dies gilt insbesondere für die Ressourcenprovider, die vielfach die Dienstleistungen der DGSE erbringen werden. Andererseits soll eine inhaltliche Kontrolle mit Hilfe des Beirats geschaffen werden, der über den SOM-Prozess (Service Offering Management-Prozess, s. u.) die Ausgestaltung der DGSE kontrolliert. Im Beirat sind keine einzelnen Nutzer sondern besonders die Kundengruppen der DGSE beteiligt, die einzelne Nutzer (indirekt) vertreten. Durch die D-Grid GmbH entstehen Overheadkosten, die durch die Kundengruppen der DGSE über ein gegenwärtig noch nicht spezifiziertes Ertragsmodell aufzubringen sind. Daher liegt es im Interesse von D-Grid diese Overheadkosten und damit den Personalaufwand der D-Grid GmbH so klein wie möglich zu halten.

Das Geschäftsmodell der DGSE beschreibt die Nutzungsversprechen der DGSE (oder zunächst des DGI) für die jeweiligen Kundengruppen. Dabei stellt die DGSE keine Hardwareressourcen zur Verfügung. Allerdings ist dies den die DGSE tragenden Institutionen außerhalb der DGSE sehr wohl möglich. Das aktuelle Angebot der DGSE richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen ihrer Kunden, das heißt der Service Grids, der unabhängigen Ressourcen- und Diensteanbieter und der Entwickler im Bereich von Basisdiensten und dem Basisbetriebskonzept. Da sich einerseits die Bedürfnisse der verschiedenen Kunden mit der Zeit wahrscheinlich ändern werden und andererseits ein Interesse an Stabilität und Kontinuität besteht, existiert der SOM-Prozess der DGSE [3], über den Änderungen kontrollierend begeleitet werden. Gleichzeitig bietet der Prozess eine Eskalationsinstanz, wenn sich DGSE und Kunden zum Beispiel über die Fortführung der alten Version einer Softwarekomponente nach der Übernahme eines neuen Release nicht im direkten Gespräch einig werden.

Das Angebot der DGSE ist modular aufgebaut, so dass sich die einzelnen Kunden einerseits ihre Unterstützung von der DGSE entsprechend ihrer jeweiligen Bedürfnisse auswählen können und andererseits der hohe Aufwand von kundenspezifischen Angeboten für jeden einzelnen Kunden vermieden wird. Diese Module werden von der DGSE beziehungsweise den an ihr beteiligten Institutionen in Absprache mit den Kunden erstellt. Die DGSE trägt sich durch die Einnahmen von ihren Kunden entsprechend dem Ertragsmodell in ihrem Geschäftsmodell.

Im europäischen Bereich können entweder die D-Grid GmbH oder die einzelnen an D-Grid beteiligten Institutionen als Partner auftreten. Insbesondere wenn mehrere derartige Institutionen sich an einem Projekt beteiligen, kann ein gemeinsames Auftreten unter der D-Grid GmbH vorteilhaft sein, während im Fall von Einzelbeteiligungen die Institutionen wohl besser separat auftreten. Über die Vorgehensweise wird im Einzelfall durch Absprache entschieden. Die D-Grid GmbH vertritt D-Grid als deutsche National Grid Initiative (NGI) bei der European Grid Initiative (EGI). In diesem Zusammenhang können auch Dienstleistungen von anderen europäischen Partnern übernommen werden, wenn dies für D-Grid günstiger ist. Daneben sind einzelne Service Grids, wie zum Beispiel die Hochenergiephysik, sehr breit im internationalen Bereich aufgestellt. In den entsprechenden internationalen Organisationsformen sind diese Service Grids dann direkt vertreten. Zur Sicherstellung eventuell notwendiger Absprachen kann der Beirat der D-Grid GmbH einen internationalen Ausschuss einrichten, an dem sich alle D-Grid Beteiligte mit einer internationalen Komponente direkt oder indirekt beteiligen können.

4. Der Entwicklungsprozess von D-Grid

 

Der momentan absehbare Zielzustand von D-Grid wurde in den beiden letzten Abschnitten beschrieben. Gegenwärtig besteht D-Grid ausschließlich aus Projekten. Das D-Grid Integrationsprojekt (DGI 2) wird nach seinem Ablauf entsprechend dem Projektplan in die DGSE übergehen. Daher wird schon zu Beginn des DGI 2 Projektes der SOM-Prozess aufgesetzt, so dass bei Ende des Projektes ein kundenorientiertes Angebot besteht.

Die in der ersten Phase gegründeten Service Grids haben während ihrer Projektlaufzeit deutliche Fortschritte insbesondere im technischen Bereich erzielt. Allerdings ist insbesondere im organisatorischen Feld noch erhebliche Arbeit zu leisten. Die bisherige Projektlaufzeit hat ebenfalls gezeigt, dass es zwischen den verschiedenen Service Grids erhebliche Unterschiede gibt, wie bereits erwähnt wurde. Daher ist es illusorisch, Lösungen zu erwarten, die für alle Disziplinen und Service Grids gleichermaßen passen. Vielmehr sind allgemeine Rahmenverfahren zu unterstützen, die dann von den jeweiligen Service Grids geeignet angepasst werden können. Daher bietet gerade die Vielfalt der verschiedenen Anforderungen der am D-Grid beteiligten Disziplinen die Möglichkeit, Verfahren mit einer großen Flexibilität zu entwickeln, von denen alle Service Grids profitieren können.

Weiterhin ist es in der Projektphase sehr vorteilhaft, dass nicht alle Disziplinen bei der Gridnutzung den gleichen Entwicklungsstand erreicht haben. So lassen sich Griderfahrungen von einer bezüglich der Gridnutzung fortgeschrittenen Disziplin leichter auf andere Disziplinen übertragen, die weniger Erfahrung mit Grids haben. Allerdings führt dies auch dazu, dass der Entwicklungsprozess bei Grids etwas langsamer abläuft, da vielfach nach generischen und nicht nach disziplinspezifischen Lösungen gesucht wird. In der Betriebsphase, bei der die einzelnen Service Grids für die von ihnen bei der DGSE angeforderten Dienste selbst aufkommen müssen, ist so etwas nicht ohne explizite Absprache möglich. Aus diesem Grund führt die DGSE nur Anpassungsentwicklungen durch. Die Übernahme von Entwicklungsaufgaben durch die die DGSE tragenden Institutionen außerhalb der DGSE bleibt davon unbenommen, sondern ist im Gegenteil explizit erwünscht. An dem Aufbau von Gridinfrastrukturen in Deutschland und in Europa sind neben EGI und D-Grid noch andere Projekte oder Initiativen beteiligt, wie zum Beispiel DEISA (Distributed European Infrastructure for Supercomputer Applications). Die Beziehung von D-Grid und der DGSE beziehungsweise der D-Grid Gesellschaft zu diesen Initiativen muss noch ermittelt werden.  

D-Grid hat sich in der Übergangsphase besonderen Herausforderungen zu stellen:

  • Die technischen Grundlagen für einen effizienten Gridbetrieb sind zu erstellen. Hierbei wurden in den verschiedenen Projekten bisher sehr gute Fortschritte erzielt. Es ist allerdings darauf zu achten, dass die entwickelten Komponenten und Konzepte nach Abschluss der Projekte in einen Produktionsbetrieb einschließlich Pflege und Wartung übergehen. Hierzu sind bereits während der Projektlaufzeit entsprechende Vereinbarungen unter den Partnern zu treffen. Weiterhin sollten besonders erfolgreiche und flexible Entwicklungen auch möglichst umfassend innerhalb von D-Grid eingesetzt werden. Dazu sind zunächst die D-Grid Teilnehmer über diese Entwicklungen zu informieren. Anschließend sollen die Interessenten einen Übernahmeplan ausarbeiten, wobei sich bei entsprechend breitem Interesse auch die DGSE sich beteiligen kann.
  • Der Grundgedanke des Grids ist die effiziente Nutzung der verfügbaren IT-Ressourcen. Allerdings werden aufgrund der Heterogenität bei den IT-Diensten nicht alle Ressourcen für jedes technische Problem geeignet sein. Wenn aber eine technische Eignung vorliegt, dann sollten einer Nutzung möglichst keine rechtlichen Hindernisse im Weg stehen. Dies trifft besonders den Bereich der Kooperation zwischen der Wirtschaft und öffentlichen Institutionen. So müssen klare Rahmenbedingungen geschaffen werden, die festlegen, wann und wie öffentliche Ressourcen und Dienste auch für kommerzielle Nutzer im Grid verwendet werden können.
  • Ein Grid kann nur effizient funktionieren, wenn es genügend Nutzer hat und attraktive Ressourcen besitzt. Dies ist gegenwärtig das Hauptproblem der meisten Projekte im D-Grid. Die Nutzerwerbung basiert auf zwei Säulen:
    • Die Verfügbarkeit von guten technischen und organisatorischen Rahmenbedingungen. Dieser Aspekt wurde bereits angesprochen. In diesem Bereich handelt es sich sowohl um die Existenz von gut funktionierenden Beispielanwendungen und um flexible Werkzeuge, die eine Anpassung an die jeweiligen spezifischen Wünsche neuer Nutzer ermöglichen.
    • Die Verbreitung der Information über die Vorteile der Verwendung von Grids. Grundsätzlich ist dies eine Aufgabe der einzelnen Service Grids, die direkt für ihre Nutzer verantwortlich sind und dafür oft spezielle Strategien verwenden wollen. Allerdings gibt es auch generelle Konzepte, die sich zwischen den Service Grids übertragen lassen. Diese Umsetzung dieser Konzepte ist die Aufgabe einer koordinierenden Öffentlichkeitsarbeit, die von der DGSE oder der D-Grid GmbH übernommen wird.
  • Von großer Bedeutung wäre weiterhin eine Änderung der Förderpolitik durch öffentliche Geldgeber, die sich partiell von der direkten Förderung von IT-Ausstattung im Rahmen wissenschaftlicher Projekte verabschiedet und stattdessen den Bedarf über die Bereitstellung von Nutzungskontingenten für Service Grids deckt. Die Attraktivität der Ressourcen basiert dann auf einer direkten und fokussierten Förderung, welche sich nicht mehr nach individuellen projektspezifischen Gesichtspunkten richtet, sondern sich an einer breiten Nutzungsmöglichkeit (Service Grid) orientiert, wobei die Förderung technische Neuerungen zeitnah berücksichtigt werden muss. Die Änderung der Förderungsrichtlinien der DFG weist bereits in diese Richtung.

5. Ausblick

 

Langfristig soll mit D-Grid eine Infrastruktur geschaffen werden, an der sich ein Großteil der IT-Dienstleister und Ressourcenanbieter beteiligen, um einer sehr breiten Palette von Nutzern ein vielfältiges Angebot an Diensten zu unterbreiten. Die Nutzer wiederum schließen sich nach ihren Bedürfnissen und Interessen zu virtuellen Organisationen zusammen, die ein kooperatives Arbeiten und die gemeinsame Verwendung der benötigten Ressourcen ermöglichen. Für die Nutzer bleibt die komplexe Infrastruktur dagegen weitgehend unsichtbar. Weiterhin unterstützt die D-Grid Infrastruktur eine nahtlose Integration in die internationalen Forschungsverbünde und erlaubt eine grenzüberschreitende Zusammenarbeit in Wissenschaft und Wirtschaft. D-Grid versteht sich als eine offene Infrastruktur, die andere Initiativen mit einem besonderen Bedarf an IT-Dienstleistungen bei der Kooperation zwischen Anbietern und Nutzern oder mit anderen Initiativen unterstützt und damit die Funktionsfähigkeit und Effizienz dieser Initiativen fördert. Im Endzustand soll D-Grid verhindern, dass Nutzer in Deutschland durch technische oder administrative Hindernisse beim Zugriff auf die gewünschten IT-Dienstleistungen beeinträchtigt werden.


Literatur

[1] Geschäftsmodell Deutsche Grid Support Einrichtung (DGSE), www.d-grid.de >Intern >Download/Upload >Steuerungsausschuss://interne Dokumente

[2] Nachhaltigkeit im D-Grid, www.d-grid.de >Intern >Download/Upload >Steuerungsausschuss://interne Dokumente

[3] Service Offering Management-Prozess, www.d-grid.de >Intern >Download/Upload >Steuerungsausschuss://interne Dokumente


Der Begriff  Service Grid wurde für dieses Dokument zur inhaltlichen Unterscheidung zu anderen Gridformen eingefügt. Ein Service Grid beinhaltet verschiedenen von einander unabhängige Nutzer und Anbieter von Ressourcen. Es unterstützt kooperatives Arbeiten zwischen mehreren Teilnehmern des Service Grids.