Journal of Telecommunications and Information Technology, 2003, nr 2

kwartalni

Netzbasierte Dienste

Die vorliegende Dissertation präsentiert eine umfassende Analyse und Strukturierung des Marktes für netzbasierte Dienste. Basierend auf einer detaillierten Untersuchung des ASP-Angebotes und der ASP-Nachfrage in Europa werden geeignete Institutionen und Informationssubstitute für die Anpassung (Matching) des ASP-Angebotes und der ASP-Nachfrage identifiziert und getestet. Die Strukturierung der Angebotsseite umfasst neben der Bewertung der Marktlage die Entwicklung der ASP-Wertschöpfungskette, die Einordnung in die Systematik der digitalen Güter, die Beschreibung der ASP-Technologien und -Geschäftsmodelle und den Vergleich des ASP-Geschäftsmodells mit der klassischen Softwarenutzung und dem Konzept der virtuellen Organisationen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen vorhandene Defizite in der Informations- und Kommunikationspolitik der ASP-Angebotsseite auf. Für die Strukturierung der Nachfrageseite für netzbasierte Dienste werden die Theorien der Auslagerung (Outsourcing) von Informationstechnologien, die Methoden und Instrumente der Kosten- und Nutzenmessung und die Theorie der Transaktionsphasen der Auslagerung angewendet. Kern der wissenschaftlichen Untersuchung bildet die empirische Untersuchung des ASP-Nachfragemarktes in Deutschland und anderen europäischen Ländern. Die Erkenntnisse der Analyse des ASP-Angebotes und der ASP-Nachfrage werden gegenübergestellt und Methoden zur Abstimmung von ASP-Angebot und Nachfrage mit Hilfe der Transaktionskostentheorie und den Theorien der Informations- und Institutionenökonomie abgeleitet. Barrieren, Intransparenzen und Informationsasymmetrien werden auf beiden Seiten aufgezeigt und darauf aufbauend Informationssubstitute für netzbasierte Dienste identifiziert. Erfahrungs- und Vertrauenseigenschaften werden mit Hilfe von Informationssubstituten in einem Onlinebefragungsexperiment hinsichtlich der Wahrnehmung, Wirkung und möglicher Zahlungsbereitschaften überprüft. Aus den Ergebnissen des Onlinebefragungsexperimentes werden Anforderungen an die Informations- und Kommunikationspolitik und Strategien zur Reduzierung der Informationsasymmetrie für netzbasierte Dienste entwickelt. Das Ergebnis der Arbeit ist die Ableitung relevanter Kriterien für die Darstellung und Bewertung der Leistungsbündel netzbasierter Dienste und die Entwicklung von Strategien zur Reduzierung der Transaktionsunsicherheit durch die Identifizierung und Integration von Informationssubstituten für netzbasierte Dienste.This dissertation presents a comprehensive analysis and conceptual framework of the web-based Application Service Provider (ASP) market. Based on a detailed analysis of ASP supply and demand in Europe, appropriate institutions and information substitutes for the matching process on the ASP market are identified and evaluated. The conceptual framework for the supply side is developed by evaluating the market situation, designing an ASP value chain, classifying digital goods, describing the ASP technologies and business models. These are then compared with the classic model of software utilization and the concept of virtual organizations. The results indicate present deficits in the supply-side information and communication policy. For ASP demand, theories of outsourcing of information technologies, methods and instruments of cost-and-utility-measuring and the theory of transaction phases of outsourcing are used. The basis for both supply-side and demand-side evaluations is an empirical analysis of the European ASP market. We compare the outcome of the supply and demand analyses and derive methods for their coordination by the transaction cost theory and the theories of information and institution economy. Barriers, lack of transparencies and information asymmetries are identified on both sides and thus, information substitutes for web-based services are developed. Information substitutes for experience and trust characteristics are evaluated with an online-questionnaire completed by key participants based on their perception, action and willingness to pay. From those results, we deduce strategies for reducing the information asymmetry. The result of the work is the deduction of relevant criteria for the presentation and evaluation for the supply of web-based services and the development of strategies for reducing the transaction uncertainty by identifying and integrating information substitutes

Maßnahmen zur Sicherung von E2E-QoS bei Verketteten Diensten

Die meisten internationalen und oft auch nationalen Netzverbindungen sind als horizontal gekoppelte Teildienste realisiert, die von mehreren Service Providern (SPs) erbracht werden. Die Ende-zu-Ende (E2E) Dienstgüte (engl. Quality of Service, QoS) setzt sich aus der Güte der involvierten Teildienste zusammen. In Bezug auf die E2E-QoS haben sich zwischen den SPs zwei Herangehensweisen etabliert: für die garantierte E2E-Dienstgüte werden üblicherweise hierarchische Organisationsbeziehungen aufgebaut, bei einer Gleichberechtigung der beteiligten Provider (was bei Internet- und Telefonverbindungen häufig der Fall ist) hat sich die sog. Best-Effort-Strategie durchgesetzt. Durch die Anforderungen der modernen internationalen Forschungsprojekte und der neuartigen kundenorientierten Dienste ist nun der Bedarf entstanden, die E2E-QoS bei Netzverbindungen auch dann zu garantieren, wenn der Aufbau hierarchischer Organisationsbeziehungen aus diversen Gründen nicht möglich ist. % Die Dienstklasse, die die angesprochenen technischen und organisatorischen Eigenschaften in sich vereint, wird in dieser Arbeit als Verkettete Dienste (engl.: Concatenated Services) referenziert. Um die Anforderungen für die zu entwickelnde Lösung zu bestimmen, werden in dieser Arbeit die Interessen unterschiedlicher Akteure in verschiedenen Verbindungsdiensten analysiert. Eine darauffolgende Untersuchung von existierenden Lösungen in relevanten Forschungsbereichen liefert eine Reihe von möglichen Lösungsbausteinen und lehrreichen Erfahrungen, die bei der Konzeption der eigentlichen Lösung berücksichtigt werden. Die entwickelte Lösung besteht aus drei Teilen. Der Kern der Lösung ist durch die SLM-aware Routing-Architektur gegeben. In der entwickelten Lösung werden während des Routings nicht nur der Pfadverlauf, sondern auch die QoS-Anforderungen und die benötigte Managementfunktionalität aller involvierten Teildienste bestimmt. Durch die Bestimmung der Akteure, die die benötigten Rollen übernehmen sollen, sowie der Kommunikationswege zwischen Managementkomponenten wird die Durchführung von Service-Level-Management (SLM) in allen Lebenszyklusphasen ermöglicht. Die Integrationsrolle zwischen den SPs wird von dem Kommunikationsprotokoll übernommen. Das Protokoll ist sowohl für die Signalisierung als auch für den Informationsaustausch während des kompletten Dienstinstanz-Lebenszyklus zuständig. Die mit den erlaubten Signalen assoziierten Basisprozesse erlauben eine unmissverständliche und intuitive Definition des erwarteten Verhaltens. Die Definition von Referenzprozessen für Service Level Management bei Verketteten Diensten rundet die entwickelte Lösung ab. Die SLM-Prozesse bauen ausschließlich auf dem zuvor definierten Kommunikationsprotokoll auf, wodurch eine leichte Anpassbarkeit dieser Prozesse an zusätzliche Anforderungen gewährleistet wird. Die Funktionsweise der entwickelten Lösung wird an einem detaillierten Beispiel illustriert. Die Güte der Lösung wird anhand der Erfahrungen mit der Integration der Lösungsteile in verschiedenen Forschungsprojekten sowie anhand der aufgestellten Anforderungen bewertet. Ein kurzer Ausblick auf die Weiterentwicklungsmöglichkeiten und auf verwandte Forschungsfragestellungen schließt diese Arbeit ab

A service-oriented Grid environment with on-demand QoS support

Grid Computing entstand aus der Vision für eine neuartige Recheninfrastruktur, welche darauf abzielt, Rechenkapazität so einfach wie Elektrizität im Stromnetz (power grid) verfügbar zu machen. Der entsprechende Zugriff auf global verteilte Rechenressourcen versetzt Forscher rund um den Globus in die Lage, neuartige Herausforderungen aus Wissenschaft und Technik in beispiellosem Ausmaß in Angriff zu nehmen. Die rasanten Entwicklungen im Grid Computing begünstigten auch Standardisierungsprozesse in Richtung Harmonisierung durch Service-orientierte Architekturen und die Anwendung kommerzieller Web Services Technologien. In diesem Kontext ist auch die Sicherung von Qualität bzw. entsprechende Vereinbarungen über die Qualität eines Services (QoS) wichtig, da diese vor allem für komplexe Anwendungen aus sensitiven Bereichen, wie der Medizin, unumgänglich sind. Diese Dissertation versucht zur Entwicklung im Grid Computing beizutragen, indem eine Grid Umgebung mit Unterstützung für QoS vorgestellt wird. Die vorgeschlagene Grid Umgebung beinhaltet eine sichere Service-orientierte Infrastruktur, welche auf Web Services Technologien basiert, sowie bedarfsorientiert und automatisiert HPC Anwendungen als Grid Services bereitstellen kann. Die Grid Umgebung zielt auf eine kommerzielle Nutzung ab und unterstützt ein durch den Benutzer initiiertes, fallweises und dynamisches Verhandeln von Serviceverträgen (SLAs). Das Design der QoS Unterstützung ist generisch, jedoch berücksichtigt die Implementierung besonders die Anforderungen von rechenintensiven und zeitkritischen parallelen Anwendungen, bzw. Garantien f¨ur deren Ausführungszeit und Preis. Daher ist die QoS Unterstützung auf Reservierung, anwendungsspezifische Abschätzung und Preisfestsetzung von Ressourcen angewiesen. Eine entsprechende Evaluation demonstriert die Möglichkeiten und das rationale Verhalten der QoS Infrastruktur. Die Grid Infrastruktur und insbesondere die QoS Unterstützung wurde in Forschungs- und Entwicklungsprojekten der EU eingesetzt, welche verschiedene Anwendungen aus dem medizinischen und bio-medizinischen Bereich als Services zur Verfügung stellen. Die EU Projekte GEMSS und Aneurist befassen sich mit fortschrittlichen HPC Anwendungen und global verteilten Daten aus dem Gesundheitsbereich, welche durch Virtualisierungstechniken als Services angeboten werden. Die Benutzung von Gridtechnologie als Basistechnologie im Gesundheitswesen ermöglicht Forschern und Ärzten die Nutzung von Grid Services in deren Arbeitsumfeld, welche letzten Endes zu einer Verbesserung der medizinischen Versorgung führt.Grid computing emerged as a vision for a new computing infrastructure that aims to make computing resources available as easily as electric power through the power grid. Enabling seamless access to globally distributed IT resources allows dispersed users to tackle large-scale problems in science and engineering in unprecedented ways. The rapid development of Grid computing also encouraged standardization, which led to the adoption of a service-oriented paradigm and an increasing use of commercial Web services technologies. Along these lines, service-level agreements and Quality of Service are essential characteristics of the Grid and specifically mandatory for Grid-enabling complex applications from certain domains such as the health sector. This PhD thesis aims to contribute to the development of Grid technologies by proposing a Grid environment with support for Quality of Service. The proposed environment comprises a secure service-oriented Grid infrastructure based on standard Web services technologies which enables the on-demand provision of native HPC applications as Grid services in an automated way and subject to user-defined QoS constraints. The Grid environment adopts a business-oriented approach and supports a client-driven dynamic negotiation of service-level agreements on a case-by-case basis. Although the design of the QoS support is generic, the implementation emphasizes the specific requirements of compute-intensive and time-critical parallel applications, which necessitate on-demand QoS guarantees such as execution time limits and price constraints. Therefore, the QoS infrastructure relies on advance resource reservation, application-specific resource capacity estimation, and resource pricing. An experimental evaluation demonstrates the capabilities and rational behavior of the QoS infrastructure. The presented Grid infrastructure and in particular the QoS support has been successfully applied and demonstrated in EU projects for various applications from the medical and bio-medical domains. The EU projects GEMSS and Aneurist are concerned with advanced e-health applications and globally distributed data sources, which are virtualized by Grid services. Using Grid technology as enabling technology in the health domain allows medical practitioners and researchers to utilize Grid services in their clinical environment which ultimately results in improved healthcare

Towards achieving execution time predictability in web services middleware

Web services middleware are typically designed optimised for throughput. Requests are accepted unconditionally and no differentiation is made in processing. Many use the thread-pool pattern to execute requests in parallel using processor sharing. Clusters hosting web services dispatch requests only to balance out the load among the executors. Such optimisations for throughput work out negatively on the predictability of execution. Processor sharing results in the increase of execution time with the number of concurrent requests, making it impossible to predict or control the execution of a request. Existing works fail to address the need for predictability in web service execution. Some achieve a level of differentiated processing, but fail to consider predictability as their main quality attribute. Some give a probabilistic guarantee on service levels. However, from a predictability perspective they are inconsistent. A few achieve predictable execution times, though only in closed systems where request properties are known at system design time. Web services operate on the Internet, where request properties are relatively unknown. This thesis investigates the problem of achieving predictable times in web service executions. We introduce the notion of a processing deadline for service execution, which the web services engine must adhere to in completing the request in a repeatable and a consistent manner. Reaching such execution deadlines by the services engine is made possible by three main features. Firstly a deadline based scheduling algorithm introduced, ensures the processing deadlines are followed. A laxity based analytical model and an admission control algorithm it is based on, selects requests for execution, resulting in a wider range of laxities to enable more requests with overlapping executions to be scheduled together. Finally, a real-time scheduler component introduced in to the server uses a priority model to schedule the execution of requests by controlling the execution of individual worker threads in custom-made thread pools. Predictability of execution in cluster based deployments is further facilitated by four dispatching algorithms that consider the request deadlines and laxity property in the dispatching process. A performance model derived for a similar system approximates the waiting time where requests with smaller deadlines (having higher priority) experience smaller waiting times than requests with longer deadlines. These techniques are implemented in web services middleware in standalone and cluster-based configurations. They are evaluated against their unmodified versions and techniques such as round-robin and class based dispatching, to measure their predictability gain. Empirical evidence indicate the enhancements enable the middleware to achieve more than 90% of the deadlines, while accepting at least 20% of the requests in high traffic conditions. The enhancements additionally prevent the middleware from reaching overloaded conditions in heavy traffic, while maintaining comparable throughput rates to the unmodified versions of the middleware. Analytical and simulation results for the performance model confirms that deadline based preemptive scheduling results in a better balance of waiting times where high priority requests experience lower waiting times while lower priority requests are not over-starved compared to other techniques such as static priority ordering, First-Come-First-Served, Round-Robin and non-preemptive deadline based scheduling

Anales del XIII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación (CACIC)

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