Knowledge Representation Concepts for Automated SLA Management

Outsourcing of complex IT infrastructure to IT service providers has increased substantially during the past years. IT service providers must be able to fulfil their service-quality commitments based upon predefined Service Level Agreements (SLAs) with the service customer. They need to manage, execute and maintain thousands of SLAs for different customers and different types of services, which needs new levels of flexibility and automation not available with the current technology. The complexity of contractual logic in SLAs requires new forms of knowledge representation to automatically draw inferences and execute contractual agreements. A logic-based approach provides several advantages including automated rule chaining allowing for compact knowledge representation as well as flexibility to adapt to rapidly changing business requirements. We suggest adequate logical formalisms for representation and enforcement of SLA rules and describe a proof-of-concept implementation. The article describes selected formalisms of the ContractLog KR and their adequacy for automated SLA management and presents results of experiments to demonstrate flexibility and scalability of the approach.Comment: Paschke, A. and Bichler, M.: Knowledge Representation Concepts for Automated SLA Management, Int. Journal of Decision Support Systems (DSS), submitted 19th March 200

Pattern matching in compilers

In this thesis we develop tools for effective and flexible pattern matching. We introduce a new pattern matching system called amethyst. Amethyst is not only a generator of parsers of programming languages, but can also serve as an alternative to tools for matching regular expressions. Our framework also produces dynamic parsers. Its intended use is in the context of IDE (accurate syntax highlighting and error detection on the fly). Amethyst offers pattern matching of general data structures. This makes it a useful tool for implementing compiler optimizations such as constant folding, instruction scheduling, and dataflow analysis in general. The parsers produced are essentially top-down parsers. Linear time complexity is obtained by introducing the novel notion of structured grammars and regularized regular expressions. Amethyst uses techniques known from compiler optimizations to produce effective parsers.Comment: master thesi

What Does Aspect-Oriented Programming Mean for Functional Programmers?

Aspect-Oriented Programming (AOP) aims at modularising crosscutting concerns that show up in software. The success of AOP has been almost viral and nearly all areas in Software Engineering and Programming Languages have become "infected" by the AOP bug in one way or another. Interestingly the functional programming community (and, in particular, the pure functional programming community) seems to be resistant to the pandemic. The goal of this paper is to debate the possible causes of the functional programming community's resistance and to raise awareness and interest by showcasing the benefits that could be gained from having a functional AOP language. At the same time, we identify the main challenges and explore the possible design-space

Approximate Computing Survey, Part I: Terminology and Software & Hardware Approximation Techniques

The rapid growth of demanding applications in domains applying multimedia processing and machine learning has marked a new era for edge and cloud computing. These applications involve massive data and compute-intensive tasks, and thus, typical computing paradigms in embedded systems and data centers are stressed to meet the worldwide demand for high performance. Concurrently, the landscape of the semiconductor field in the last 15 years has constituted power as a first-class design concern. As a result, the community of computing systems is forced to find alternative design approaches to facilitate high-performance and/or power-efficient computing. Among the examined solutions, Approximate Computing has attracted an ever-increasing interest, with research works applying approximations across the entire traditional computing stack, i.e., at software, hardware, and architectural levels. Over the last decade, there is a plethora of approximation techniques in software (programs, frameworks, compilers, runtimes, languages), hardware (circuits, accelerators), and architectures (processors, memories). The current article is Part I of our comprehensive survey on Approximate Computing, and it reviews its motivation, terminology and principles, as well it classifies and presents the technical details of the state-of-the-art software and hardware approximation techniques.Comment: Under Review at ACM Computing Survey

Resource Management for Edge Computing in Internet of Things (IoT)

Die große Anzahl an Geräten im Internet der Dinge (IoT) und deren kontinuierliche Datensammlungen führen zu einem rapiden Wachstum der gesammelten Datenmenge. Die Daten komplett mittels zentraler Cloud Server zu verarbeiten ist ineffizient und zum Teil sogar unmöglich oder unnötig. Darum wird die Datenverarbeitung an den Rand des Netzwerks verschoben, was zu den Konzepten des Edge Computings geführt hat. Informationsverarbeitung nahe an der Datenquelle (z.B. auf Gateways und Edge Geräten) reduziert nicht nur die hohe Arbeitslast zentraler Server und Netzwerke, sondern verringer auch die Latenz für Echtzeitanwendungen, da die potentiell unzuverlässige Kommunikation zu Cloud Servern mit ihrer unvorhersehbaren Netzwerklatenz vermieden wird. Aktuelle IoT Architekturen verwenden Gateways, um anwendungsspezifische Verbindungen zu IoT Geräten herzustellen. In typischen Konfigurationen teilen sich mehrere IoT Edge Geräte ein IoT Gateway. Wegen der begrenzten verfügbaren Bandbreite und Rechenkapazität eines IoT Gateways muss die Servicequalität (SQ) der verbundenen IoT Edge Geräte über die Zeit angepasst werden. Nicht nur um die Anforderungen der einzelnen Nutzer der IoT Geräte zu erfüllen, sondern auch um die SQBedürfnisse der anderen IoT Edge Geräte desselben Gateways zu tolerieren. Diese Arbeit untersucht zuerst essentielle Technologien für IoT und existierende Trends. Dabei werden charakteristische Eigenschaften von IoT für die Embedded Domäne, sowie eine umfassende IoT Perspektive für Eingebettete Systeme vorgestellt. Mehrere Anwendungen aus dem Gesundheitsbereich werden untersucht und implementiert, um ein Model für deren Datenverarbeitungssoftware abzuleiten. Dieses Anwendungsmodell hilft bei der Identifikation verschiedener Betriebsmodi. IoT Systeme erwarten von den Edge Geräten, dass sie mehrere Betriebsmodi unterstützen, um sich während des Betriebs an wechselnde Szenarien anpassen zu können. Z.B. Energiesparmodi bei geringen Batteriereserven trotz gleichzeitiger Aufrechterhaltung der kritischen Funktionalität oder einen Modus, um die Servicequalität auf Wunsch des Nutzers zu erhöhen etc. Diese Modi verwenden entweder verschiedene Auslagerungsschemata (z.B. die übertragung von Rohdaten, von partiell bearbeiteten Daten, oder nur des finalen Ergebnisses) oder verschiedene Servicequalitäten. Betriebsmodi unterscheiden sich in ihren Ressourcenanforderungen sowohl auf dem Gerät (z.B. Energieverbrauch), wie auch auf dem Gateway (z.B. Kommunikationsbandbreite, Rechenleistung, Speicher etc.). Die Auswahl des besten Betriebsmodus für Edge Geräte ist eine Herausforderung in Anbetracht der begrenzten Ressourcen am Rand des Netzwerks (z.B. Bandbreite und Rechenleistung des gemeinsamen Gateways), diverser Randbedingungen der IoT Edge Geräte (z.B. Batterielaufzeit, Servicequalität etc.) und der Laufzeitvariabilität am Rand der IoT Infrastruktur. In dieser Arbeit werden schnelle und effiziente Auswahltechniken für Betriebsmodi entwickelt und präsentiert. Wenn sich IoT Geräte in der Reichweite mehrerer Gateways befinden, ist die Verwaltung der gemeinsamen Ressourcen und die Auswahl der Betriebsmodi für die IoT Geräte sogar noch komplexer. In dieser Arbeit wird ein verteilter handelsorientierter Geräteverwaltungsmechanismus für IoT Systeme mit mehreren Gateways präsentiert. Dieser Mechanismus zielt auf das kombinierte Problem des Bindens (d.h. ein Gateway für jedes IoT Gerät bestimmen) und der Allokation (d.h. die zugewiesenen Ressourcen für jedes Gerät bestimmen) ab. Beginnend mit einer initialen Konfiguration verhandeln und kommunizieren die Gateways miteinander und migrieren IoT Geräte zwischen den Gateways, wenn es den Nutzen für das Gesamtsystem erhöht. In dieser Arbeit werden auch anwendungsspezifische Optimierungen für IoT Geräte vorgestellt. Drei Anwendungen für den Gesundheitsbereich wurden realisiert und für tragbare IoT Geräte untersucht. Es wird auch eine neuartige Kompressionsmethode vorgestellt, die speziell für IoT Anwendungen geeignet ist, die Bio-Signale für Gesundheitsüberwachungen verarbeiten. Diese Technik reduziert die zu übertragende Datenmenge des IoT Gerätes, wodurch die Ressourcenauslastung auf dem Gerät und dem gemeinsamen Gateway reduziert wird. Um die vorgeschlagenen Techniken und Mechanismen zu evaluieren, wurden einige Anwendungen auf IoT Plattformen untersucht, um ihre Parameter, wie die Ausführungszeit und Ressourcennutzung, zu bestimmen. Diese Parameter wurden dann in einem Rahmenwerk verwendet, welches das IoT Netzwerk modelliert, die Interaktion zwischen Geräten und Gateway erfasst und den Kommunikationsoverhead sowie die erreichte Batterielebenszeit und Servicequalität der Geräte misst. Die Algorithmen zur Auswahl der Betriebsmodi wurden zusätzlich auf IoT Plattformen implementiert, um ihre Overheads bzgl. Ausführungszeit und Speicherverbrauch zu messen

Measuring and Managing Answer Quality for Online Data-Intensive Services

Online data-intensive services parallelize query execution across distributed software components. Interactive response time is a priority, so online query executions return answers without waiting for slow running components to finish. However, data from these slow components could lead to better answers. We propose Ubora, an approach to measure the effect of slow running components on the quality of answers. Ubora randomly samples online queries and executes them twice. The first execution elides data from slow components and provides fast online answers; the second execution waits for all components to complete. Ubora uses memoization to speed up mature executions by replaying network messages exchanged between components. Our systems-level implementation works for a wide range of platforms, including Hadoop/Yarn, Apache Lucene, the EasyRec Recommendation Engine, and the OpenEphyra question answering system. Ubora computes answer quality much faster than competing approaches that do not use memoization. With Ubora, we show that answer quality can and should be used to guide online admission control. Our adaptive controller processed 37% more queries than a competing controller guided by the rate of timeouts.Comment: Technical Repor