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  Arbeitsorganisation: Internetserver sollen von Bienen lernen

Arbeitsorganisation Internetserver sollen von Bienen lernen

Ein bizarres Tanzritual bei Honigbienen hat Forscher zu einer Technik inspiriert, die Internetserver effizienter machen soll. Das Konzept ist zwar nicht völlig neu, Betreiber von Webservern halten es aber für spannend.

Honigbienen gelten als Spezialisten in Sachen Arbeitsorganisation. Gewöhnliche Bienen sammeln Nektar und versorgen die Königin. Nur für ein paar Wochen im Jahr dürfen männliche Drohnen noch im Stock mitmischen - als Begattungspartner der Königin. Erstaunlich gut gelingt es den Arbeitsbienen, für kontinuierlichen Nektarnachschub zu sorgen, ohne dass ein einzelnes Tier dabei das Kommando führt.

Forscher des Georgia Institute of Technology haben das Honigsammeln der Insekten nun genauer untersucht und festgestellt, dass die Methode prinzipiell auch für Internetserver genutzt werden kann. Die Schwarmintelligenz der Honigbienen lasse sich gut auf Server übertragen, schreiben Craig Tovay und seine Kollegen im Fachblatt "Bioinspiration and Biomimetics". Es lasse die Server effizienter arbeiten.

Die Idee dazu kam Tovay bei Gesprächen mit seinem Kollegen Sunil Nakrani, der als Informatiker an der University of Oxford arbeitet. "Ich studiere Bienen seit Jahren und habe schon lange auf die richtige Anwendung gewartet", sagt Tovay. "Wer sich mit Bionik beschäftigt, also der Frage, wie sich biologische Prinzipien in Design und Technik umsetzen lassen, sucht nach einer sehr großen Analogie von zwei Systemen." Bei den nun untersuchten Systemen passe alles perfekt, sagte der Professor.

Große Webseiten nutzen nicht einen einzigen Server, sondern ganze Cluster, um ihre Inhalte den Nutzern zur Verfügung zu stellen. Wieviele Surfer wann welche Dateien abrufen oder Dienste nutzen, lässt sich kaum vorhersagen. Es gibt Spitzen, etwa wenn Tausende zugleich ein bestimmtes Video anschauen wollen oder einen einzelnen Artikel im Webshop bestellen, und Zeiten, in denen die Server praktisch nichts zu tun haben. In den ersten beiden Fällen kann es passieren, dass die Server überlastet sind. Folge: Surfer müssen länger warten.

Wie süß ist der Honig?

Hier könnte nach Tovays Meinung die Schwarmintelligenz von Bienen weiterhelfen. Die Tiere haben ebenfalls ein Problem mit der Ressourcenverteilung, das sie auf ihre ganz eigene Weise lösen: tanzend. Bei der Suche nach ergiebigen Nektarquellen schicken die Insekten Scouts voraus, die nach einem Fund in den Bienenstock zurückkehren und dort einen speziellen Tanz aufführen, der den übrigen Arbeitsbienen die Richtung der vielversprechenden Blüten, die Distanz und den Zuckergehalt des Nektars anzeigt. Der Abstand wird beispielsweise über die Zahl der Wackelbewegungen beschrieben, die Länge der Tanzvorführung verrät die Süße des Nektars.

Aber nicht nur die Scouts tanzen - auch die Bienen, die zu den Blüten starten wollen - und zwar in einer Reihe hinter dem Vortänzer. Die Bienen-Polonaise dauert so lange, bis alle den Tanz drauf haben - und so auch genau wissen, wohin sie fliegen sollen. Wenn aber eine Quelle zu versiegen droht, wird der Tanz langsamer vollführt. Kommt dann eine Biene mit Hinweisen auf ein neues, vielversprechendes Blütenfeld, dann orientieren sich die Sammelbienen um.

Das Verfahren mag zunächst nicht besonders effektiv klingen, erklärt Tovey, doch es erweise sich als optimal in einer Bienenwelt, in der die Nektarvorräte kaum vorhersagbar sind, weil sich das Umfeld ständig ändere. Manche Blüten enthielten nur wenig Nektar, Regentage erschwerten das Sammeln. Dank ihres Tanztricks könnten Insekten nahtlos von einer Quelle zur nächsten wechseln, ohne dass ein Anführer dies organisieren oder anweisen müsste. "Die Bienen führen keine Berechnung durch, sie sind die Berechnung", sagte der Bionik-Experte.

Umsatzstarke Kunden bevorzugen

Tovay und sein Oxford-Kollege Nakrani haben den Bienentanz für Internetserver adaptiert. Für ein Servercluster entwickelten sie eine Art virtuelle Tanzfläche. Sobald ein Server, etwa von einem großen Webshop, die Anfrage eines Surfers bekommt, wird ein Hinweis auf der Tanzfläche platziert, damit alle verfügbaren Server aushelfen können. Ein Hinweis wird umso länger angezeigt, je mehr Aufrufe von Surfern sich sammeln und je höher der dabei erzielte Umsatz ist.

Der Surfer gilt für die Bioniker also als Nektarquelle, und je mehr Geld er dem Betreiber der Website bringt, umso süßer ist der Nektar. Das Bienenverfahren erhöhe die Effizienz von Servern um 4 bis 25 Prozent, berichtet Tovay. Dies hätten Tests gezeigt, die auf tatsächlichen Internettraffic beruhten.

Das Konzept für einen Servercluster klinge "grundsätzlich ganz spannend", sagte Andreas Maurer, Sprecher des deutschen Webhosters 1&1. Es gebe allerdings schon ein Verfahren, das dem Bienentanz relativ nahe komme - und zwar der Algorithmus "Locality-Based Least-Connection with Replication Scheduling".

Domäne der Loadbalancer

Für 1&1 komme die vorgeschlagene Technik jedoch kaum in Frage. "In einem Webhosting-Cluster liegen heute aber meistens alle Daten auf allen Servern, dazu reichen die aktuellen Festplatten-Kapazitäten und Raid-Systeme locker aus", sagte Maurer. 1&1 setzte klassische Loadbalancer, die die Last auf die verschiedenen Server verteile, etwa nach dem Round-Robin-Verfahren. Dabei werde die erste Anfrage an Server eins, die nächste an Server zwei, die übernächste an Server drei geleitet - und so weiter.

Beim Video-on-Demand-Portal Maxdome arbeite 1&1 hingegen mit einer geographisch verteilten Server-Struktur. "Wenn ein Internetnutzer einen Film sehen möchte, wird der Stream vom geografisch nächsten Server abgespielt und damit das Netz geschont", erklärt Maurer. Auch hier lägen auf jedem Server alle Inhalte parallel vor.

Es gebe jedoch durchaus Fälle, in denen der Bienentanz sinnvoll eingesetzt werden könne. Mauer verweist auf sogenannte Cache-Systeme, wo Informationen auf Vorrat gehalten werden, weil die direkte Bereitstellung von Festplatten sehr zeitaufwendig wäre. Nach Maurers Einschätzung gibt es jedoch nur wenige Servercluster, die eine solche Technik nutzen, etwa Google.

hda