Der Datenverkehr in mobilen Zugangsnetzen ist in den letzten Jahren erheblich gewachsen. Um diesen Trend gerecht zu werden, muss die Netzwerkinfrastruktur die geforderten Datenraten zur Verfügung stellen. Hierzu ist es unter anderem essentiell, Koordinationsmechanismen einzusetzen, die für eine effiziente Nutzung der vorhandenen Ressourcen sorgen. Durch die Nutzung jüngster Ansätze zur Realisierung von Netzwerkaspekten durch Software ist es möglich, diese Koordinationsmechanismen mit Hilfe virtualisierter Kontrollapplikationen, welche flexibel im Netzwerk positioniert werden können, zu realisieren. In meiner Arbeit erforsche ich das Problem, diese Kontrollapplikationen angemessen innerhalb des Backhaul-Netzwerks eines mobilen Zugangsnetzes zu platzieren. Ich bezeichne dieses Problem als Flow processing-aware Control Application Placement Problem (FCAPP) - ein anspruchsvolles Optimierungsproblem mit strikten Anforderungen für die Backhaul-Infrastruktur. Insbesondere erfordern Koordinationmechanismen, dass eine beträchtliche Menge an Kontrollinformationen und Benutzerdaten zwischen verschiedenen Basisstationen ausgetauscht und gemeinsam am Ausführungsort einer Kontrollapplikationen verarbeitet werden. Um dies zu bewältigen betrachtet FCAPP Data Flow Groups (DFGs) - ein Konzept, welches die gemeinsame Datenverarbeitung sicherstellt und auch verschiedene Arten von Koordinationsmechanismen ausdrücken kann. In meiner Forschung habe ich mehrere Variationen und Lösungsansätze für FCAPP betrachtet, um (1) die anfängliche Platzierung von Kontrollapplikationen effizient zu entscheiden und (2) diese während des Netzbetriebs schnell und flexibel an die sich ändernde Verkehrslast anzupassen. In dieser Arbeit beschreibe ich meine Untersuchungsergebnisse zu FCAPP, meine entwickelten Lösungsansätze und umfangreiche Evaluierungsergebnisse.

The traffic demand in mobile access networks has grown substantially in recent years and is expected to continue to do so, both in terms of total volume and data rate required by individual users. The infrastructure of mobile access networks has to keep up with this trend and provide the data rates to satisfy the increasing demands. To achieve this, employing coordination mechanisms is essential to use the available resources efficiently. By exploiting recent network softwarization approaches, such coordination mechanisms can be handled by virtualized Control Applications (CAs) that can be flexibly positioned in the network. In my thesis, I explore the problem of placing these CAs appropriately in the backhaul network of a mobile access network, which I introduce as Flow processing-aware Control Application Placement Problem (FCAPP). FCAPP is a challenging placement problem including tight latency, data rate andprocessing capacity constraints on the backhaul infrastructure. In particular, coordination mechanisms require a considerable amount of control informationand user data to be exchanged between the base stations and to be jointly processed at the host of a CA. To tackle this, FCAPP considers Data Flow Groups (DFGs), a concept that ensures the aforementioned joint processing and, in addition, also allows to express various types of coordination mechanisms. Over the course of my research, I have considered multiple variations and several solution approaches for FCAPP to (1) efficiently decide initial CA placement and (2) to quickly and flexibly adapt placement decisions during network operation in reaction to traffic load changes. In this thesis, I describe my investigation results on FCAPP, my developed solution approaches and I present extensive evaluation results for all of them.