Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt. / Hergestellt on demand.

Zugl.: Darmstadt, Techn. Hochsch., Diss., 1996/97 u.d.T.: Krings, Michael: Entwicklung eines Konzeptes zur strategischen Planung für Großhandelsunternehmungen auf Basis des ressourcenorientierten Ansatzes.

University, Diss., 2005--Gießen.

Universiẗat, Diss., 2002--Hamburg.

Diss. Univ. St. Gallen, 1999.

Augsburg, Univ., Diss., 2007.

Thesis (doctoral)--Universität St. Gallen, 2006.

Next generation networks (NGNs) must integrate the services of current circuit-switched telephone networks and packet-switched data networks. This convergence towards a unified communication infrastructure necessitates from the high capital expenditures (CAPEX) and operational expenditures (OPEX) due to the coexistence of separate networks for voice and data. In the end, NGNs must offer the same services as these legacy networks and, therefore, they must provide a low-cost packet-switched solution with real-time transport capabilities for telephony and multimedia applications. In addition, NGNs must be fault-tolerant to guarantee user satisfaction and to support business-critical processes also in case of network failures. A key technology for the operation of NGNs is the Internet Protocol (IP) which evolved to a common and well accepted standard for networking in the Internet during the last 25 years. There are two basically different approaches to achieve QoS in IP networks. With capacity overprovisioning (CO), an IP network is equipped with sufficient bandwidth such that network congestion becomes very unlikely and QoS is maintained most of the time. The second option to achieve QoS in IP networks is admission control (AC). AC represents a network-inherent intelligence that admits real-time traffic flows to a single link or an entire network only if enough resources are available such that the requirements on packet loss and delay can be met. Otherwise, the request of a new flow is blocked. This work focuses on resource management and control mechanisms for NGNs, in particular on AC and associated bandwidth allocation methods. The first contribution consists of a new link-oriented AC method called experience-based admission control (EBAC) which is a hybrid approach dealing with the problems inherent to conventional AC mechanisms like parameter-based or measurement-based AC (PBAC/MBAC). PBAC provides good QoS but suffers from poor resource utilization and, vice versa, MBAC uses resources efficiently but is susceptible to QoS violations. Hence, EBAC aims at increasing the resource efficiency while maintaining the QoS which increases the revenues of ISPs and postpones their CAPEX for infrastructure upgrades. To show the advantages of EBAC, we first review today’s AC approaches and then develop the concept of EBAC. EBAC is a simple mechanism that safely overbooks the capacity of a single link to increase its resource utilization. We evaluate the performance of EBAC by its simulation under various traffic conditions. The second contribution concerns dynamic resource allocation in transport networks which implement a specific network admission control (NAC) architecture. In general, the performance of different NAC systems may be evaluated by conventional methods such as call blocking analysis which has often been applied in the context of multi-service asynchronous transfer mode (ATM) networks. However, to yield more practical results than abstract blocking probabilities, we propose a new method to compare different AC approaches by their respective bandwidth requirements. To present our new method for comparing different AC systems, we first give an overview of network resource management (NRM) in general. Then we present the concept of adaptive bandwidth allocation (ABA) in capacity tunnels and illustrate the analytical performance evaluation framework to compare different AC systems by their capacity requirements. Different network characteristics influence the performance of ABA. Therefore, the impact of various traffic demand models and tunnel implementations, and the influence of resilience requirements is investigated. In conclusion, the resources in NGNs must be exclusively dedicated to admitted traffic to guarantee QoS. For that purpose, robust and efficient concepts for NRM are required to control the requested bandwidth with regard to the available transmission capacity. Sophisticated AC will be a key function for NRM in NGNs and, therefore, efficient resource management concepts like experience-based admission control and adaptive bandwidth allocation for admission-controlled capacity tunnels, as presented in this work are appealing for NGN solutions. / In meiner Dissertation zum Thema “Performance Evaluation of Efficient Resource Management Concepts for Next Generation IP Networks” werden im Wesentlichen zwei miteinander verwobene Konzepte zur effizienten Nutzung von Übertragungsressourcen in zukünftigen IP Netzen untersucht. Das Management solcher Ressourcen ist zur Unterstützung qualitativ hochwertiger Netzdiensten (z.B. IP Telephonie, IP TV, etc.) in Zukunft unabdingbar. Gegenwärtig werden diese Dienste durch den Einsatz hoher Übertragungskapazitäten (engl. capacity overprovisioning) in den IP Breitbandnetzen ermöglicht. Um in Spitzenlastzeiten die Qualität der Dienste aufrecht zu erhalten, sind die Bandbreiten derart hoch angesetzt, dass unter normalen Umständen die Ressourcen nur sehr schwach ausgelastet sind (im Bereich zwischen 10 und 30 Prozent). Diese Überdimensionierungslösung ist einfach zu realisieren aber auch sehr kostenintensiv, ineffizient und vor allem nicht (zukunfts-)sicher, da bei ständig steigendem Bandbreitenbedarf, die Netzkapazitäten häufig angepasst werden müssen. Eine Effizienzsteigerung bei der Ressourcennutzung in heutigen Kommunikationsnetzen ist daher ein wichtiges Kriterium für die Wirtschaftlichkeit zukünftiger IP Netze. Erreicht werden kann dies mit den Mitteln der Netzzugangskontrolle (engl. admission control, kurz AC), welche bereits in verschiedenen Formen entwickelt, untersucht und teilweise auch in heutigen IP Netzen realisiert ist. Die AC stellt eine vergleichsweise komplexe Lösung zur Aufrechterhaltung der Dienstgüte in IP Netzen dar. Daher sind einfache und effiziente Mechanismen/Automatismen zur Durchführung der AC gefordert, um deren Einsatz an Stelle der Überdimensionierung zu rechtfertigen. Den zuvor genannten Forderungen nach effizienter Ressourcennutzung entsprechend stellt der erste Hauptbeitrag der Dissertation einen neuen Ansatz zur AC dar, die so genannte erfahrungsbasierte Netzzugangskontrolle (engl. experience-based admission control, kurz EBAC). Gegenüber den existierenden alternativen, d.h. parameter- oder mess-basierten Verfahren der AC zeichnet sich die EBAC durch effiziente Ressourcennutzung und begünstigt gleichzeitig die Aufrechterhaltung der Dienstgüte. Die genaue Funktionsweise der EBAC und die simulative Leistungsuntersuchung sind in der Dissertation nachzulesen. Der zweite Themenschwerpunkt der Dissertation greift eine tunnel-basierte Netzarchitektur auf und präsentiert mit deren Hilfe eine neue Methode zur Bewertung verschiedener Bandbreitenallokationsstrategien in Kombination mit AC. Die neue Bewertungsmethode wird zwar anhand einer speziellen tunnel-basierten AC untersucht, lässt sich aber auf alle Arten so genannter budget-basierter AC anwenden. Bei der konventionellen Leistungsbewertung verschiedener AC-Systeme dienen abstrakte Blockierungswahrscheinlichkeiten als Leistungsmaß. Im Gegensatz hierzu, bewertet die neue Methode die Leistung eines AC-Systems anhand des zugehörigen Bandbreitenbedarfs in Abhängigkeit verschiedener Einflussfaktoren, z.B. der avisierten Blockierwahrscheinlichkeit des AC-Systems, der Verkehrszusammensetzung, des Verkehrsvolumens, der Verkehrsdynamik und vor allem der angewandten Bandbreitenallokationsstrategie. In zukünftigen IP Netzen müssen die Ressourcen zur Datenübertragung besser verwaltet und kontrolliert werden. Zugelassener Verkehr mit hohen Dienstgüteanforderungen muss exklusiv Bandbreite zugewiesen werden, um die geforderte Dienstgüte garantieren zu können. Um dieses Ziel zu erreichen werden robuste und effiziente Konzepte zum Management von Netzressourcen benötigt. Intelligenter Netzzugangskontrolle wird eine Schlüsselfunktion in zukünftigen IP Netzen zukommen. Die in dieser Dissertation vorgestellten, effizienten Ressourcenmanagementkonzepte „erfahrungsbasierte Netzzugangskontrolle“ und „adaptive Bandbreitenallokation in zugangskontrollierten Kapazitätstunnel“ tragen zum Erreichen dieses Ziels bei.

Ein grundlegender Faktor, der für das Überleben einer Kolonie sozialer Insekten ausschlaggebend ist, liegt in der Fähigkeit Nahrung durch sogenannte „Trophallaxis“ auszutauschen. Diese Fütterungskontakte sorgen für die gleichmäßige Verteilung der Nahrung innerhalb der Kolonie und werden als einer der Grundpfeiler der Sozialität der Staatenbildenden Insekten erachtet. Im Fall der Honigbienen finden diese Kontakte in vollkommener Dunkelheit statt. Damit es in dieser Situation überhaupt zum Nahrungsaustausch kommen kann, sind die Antennen von großer Wichtigkeit. Ein erster Schritt in den Verhaltensweisen, die der Rezipient eines trophallaktischen Kontaktes zeigt, ist der Kontakt einer Antennenspitze mit den Mundwerkzeugen des Donoren, da sich dort die regurgitierte Nahrung befindet. Diese Berührung hat aufgrund der gustatorischen Sensibilität der Antenne den Zweck, das angebotene Futter zu „erschmecken“. Die rechte Antenne wird vom Rezipienten eines trophallaktischen Kontakts signifikant häufiger eingesetzt als die linke Antenne. Die Präferenz für die rechte Antenne bleibt dabei auch erhalten, wenn ein Teil der Antennengeisel abgetrennt wurde, also die sensorischen Fähigkeiten der rechten Antenne stark beeinträchtigt wurden. Der Grund für die Präferenz der rechten Antenne könnte ihrer erhöhten Sensibilität gegenüber Zuckerwasser zugrunde liegen, da die rechte Antenne im Laborversuch signifikant stärker auf Stimulationen mit Zuckerwasser verschiedener Konzentrationen reagierte als die linke. Trophallaktische Kontakte sichern Individuen innerhalb einer Kolonie den Zugang zur lebenswichtigen Nahrung. Im Beispiel der Honigbienen ist ständige Zugriff auf Nahrung besonders wichtig, da es sich um ein heterothermes Tier handelt, das die Fähigkeit besitzt, aktiv seine Körpertemperatur zu regulieren. Obgleich jedes Individuum in der Lage ist, seine Körpertemperatur den eigenen Bedürfnissen anzupassen, ist diese Fähigkeit streng durch den in der Nahrung aufgenommenen Zucker reguliert. Im Gegensatz zu den Säugetieren oder Vögeln, die für eine Erhöhung des Blutzuckerspiegels auch auf Fett- oder Eiweißressourcen zurückgreifen können, ist die Honigbiene auf die Glucose aus der aufgenommenen Nahrung angewiesen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass der Zuckergehalt der aufgenommenen Nahrung positiv mit der Thoraxtemperatur der Bienen korreliert. Dieser Zusammenhang tritt auf, selbst wenn keine Wärmeerzeugung für die Brutpflege oder für das Erwärmen der Wintertraube notwendig ist und die Tiere außerhalb des Stockes ohne eigentliche Notwendigkeit für die Wärmeerzeugung in einem Käfig gehalten werden. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass die Rezipienten beim Nahrungsaustausch eine signifikant höhere Thoraxtemperatur haben als die Donoren. Außerdem zeigen die Rezipienten nach der Fütterung signifikant häufiger Brutwärmeverhalten als die Donoren. Letztere haben eine signifikant niedrigere Thoraxtemperatur als die Rezipienten und zeigen eine Verhaltenstendenz, häufig zwischen Brutbereich und Honiglager hin- und her zu pendeln. Dabei nehmen sie im Honiglager Honig in ihren Kropf auf und füttern mit dieser Nahrung danach Bienen im Brutbereich. Außerdem zeigen die Ergebnisse, dass es einen wärmegesteuerten Auslösemechanismus gibt, der den Donoren und Rezipienten des trophallaktischen Kontakts dazu verhilft, trotz der Dunkelheit des Stocks praktisch verzögerungsfreie Nahrungsübertragung am Ort des höchsten Energieverbrauchs zu gewährleisten. Das Hervorwürgen von Nahrung angesichts einer Wärmequelle könnte seinen Ursprung in einer Beschwichtigungsgeste haben. Aggressive Tiere zeigen neben sichtbaren aggressiven Verhalten auch durch ihre erhöhte Körpertemperatur, dass sie bereit sind sich auf einen Kampf einzulassen. Die Temperaturerhöhung eines aggressiven Tieres beruht dabei auf der erhöhten Muskelaktivität, die vor allem bei Insekten dazu nötig ist, einen entsprechende Reaktion im Falle eines Kampfes oder der Flucht zeigen zu können. Wird ein Individuum mit Aggression konfrontiert, so bleibt ihm die Wahl sich auf einen Kampf einzulassen, zu flüchten oder durch eine Beschwichtigungsgeste eine Deeskalation der Situation einzuleiten. Besonders häufig wird für diesen Zweck Nahrung regurgitiert und dem dominanteren Tier angeboten, um einem Konflikt aus dem Weg zu gehen. Die Fähigkeit, Arbeiterinnen mit kleinen Portionen konzentrierter Nahrung zu versorgen trägt zu einer ökonomischen Verteilung der Ressourcen bei, die mit den physiologischen Bedürfnissen der Honigbienen konform geht und die ökologischen Erfordernisse des Stockes erfüllt. Das daraus resultierende Managementsystem, welches sparsam mit den Ressourcen haushaltet und auf die individuellen Bedürfnisse jeder einzelnen Biene einzugehen vermag, könnte ein Grund für die Fähigkeit der Honigbienen zur Entwicklung mehrjähriger Kolonien sein, die, anders als Hummeln oder Wespen, auch den Winter in gemäßigten Zonen als Gemeinschaft zu überstehen vermögen. / Like many other social insect societies, honeybees collectively share the resources they gather by feeding each other. These feeding contacts, known as trophallaxis, are regarded as the fundamental basis for social behavior in honeybees and other social insects for assuring the survival of the individual and the welfare of the group. In honeybees, where most of the trophallactic contacts are formed in the total darkness of the hive, the antennae play a decisive role in initiation and maintenance of the feeding contact, because they are sensitive to gustatory stimuli. The sequences of behaviors performed by the receiver bees at the beginning of a feeding contact includes the contact of one antenna with the mouthparts of a donor bee where the regurgitated food is located. The antennal motor action is characterized by behavioral asymmetry, which is novel among communicative motor actions in invertebrates. This preference of right over left antenna is without exception even after removal of the antennal flagellum. This case of laterality in basic social interaction might have its reason in the gustatory asymmetry in the antennae, because the right antenna turns out to be significantly more sensitive to stimulation with sugar water of various concentrations than the left one. Trophallactic contacts which guarantee a constant access to food for every individual in the hive are vitally important to the honeybee society, because honeybees are heterothermic insects which actively regulate their thoracic temperature. Even though the individual can regulate its body temperature, its heating performance is strictly limited by the amount of sugar ingested. The reason for this is that honeybees use mostly the glucose in their hemolymph as the energy substrate for muscular activity, and the heat producing flight muscles are among the metabolically most active tissues known. The fuel for their activity is honey; processed nectar with a sugar content of ~80% stored in the honeycomb. The results show that the sugar content of the ingested food correlates positively with the thoracic temperature of the honeybees even if they are caged and show no actual heating-related behavior as in brood warming or heating in the centre of the winter cluster. Honeybees actively regulate their brood temperature by heating to keep the temperature between 33 °C to 36 °C if ambient temperatures are lower. Heating rapidly depletes the worker’s internal energy; therefore the heating performance is limited by the honey that is ingested before the heating process. This study focused on the behavior and the thoracic temperature of the participants in trophallactic food exchanges on the brood comb. The brood area is the centre of heating activity in the hive, and therefore the region of highest energy demand. The results show that the recipients in a trophallactic food exchange have a higher thoracic temperature during feeding contacts than donors, and after the feeding contact the former engage in brood heating more often. The donor bees have lower thoracic temperature and shuttle constantly between honey stores and the brood comb, where they transfer the stored honey to heating bees. In addition, the results show a heat-triggered mechanism that enables donor and recipient to accomplish trophallactic contacts without delay in the total darkness of the hive in the brood area as the most energy consuming part of the hive. Providing heat-emitting workers with small doses of high performance fuel contributes to an economic distribution of resources consistent with the physiological conditions of the bees and the ecological requirements of the hive, resulting in a highly economical resource management system which might be one of the factors favouring the evolution of perennial bee colonies in temperate regions. The conclusion of these findings suggests a resource management strategy that has evolved from submissive placation behavior as it is seen in honeybees, bumblebees and other hymenopterans. The heat-triggered feedback mechanism behind the resource management of the honeybee´s thermoregulatory behavior reveals a new aspect of the division of labor and a new aspect of communication, and sheds new light on sociality in honeybees.

To jointly provide different services/technologies, like IP and Ethernet or IP and SDH/SONET, in a single network, equipment of multiple technologies needs to be deployed to the sites/Points of Presence (PoP) and interconnected with each other. Therein, a technology may provide transport functionality to other technologies and increase the number of available resources by using multiplexing techniques. By providing its own switching functionality, each technology creates connections in a logical layer which leads to the notion of multi-layer networks. The design of such networks comprises the deployment and interconnection of components to suit to given traffic demands. To prevent traffic loss due to failures of networking equipment, protection mechanisms need to be established. In multi-layer networks, protection usually can be applied in any of the considered layers. In turn, the hierarchical structure of multi-layer networks also bears shared risk groups (SRG). To achieve a cost-optimal resilient network, an appropriate combination of multiplexing techniques, technologies, and their interconnections needs to be found. Thus, network design is a combinatorial problem with a large parameter and solution space. After the design stage, the resources of a multi-layer network can be provided to traffic demands. Especially, dynamic capacity provisioning requires interaction of sites and layers, as well as accurate retrieval of constraint information. In recent years, generalized multiprotocol label switching (GMPLS) and path computation elements (PCE) have emerged as possible approaches for these challenges. Like the design, the provisioning of multi-layer networks comprises a variety of optimization parameters, like blocking probability, resilience, and energy efficiency. In this work, we introduce several efficient heuristics to approach the considered optimization problems. We perform capital expenditure (CAPEX)-aware design of multi-layer networks from scratch, based on IST NOBEL phase 2 project's cost and equipment data. We comprise traffic and resilience requirements in different and multiple layers as well as different network architectures. On top of the designed networks, we consider the dynamic provisioning of multi-layer traffic based on the GMPLS and PCE architecture. We evaluate different PCE deployments, information retrieval strategies, and re-optimization. Finally, we show how information about provisioning utilization can be used to provide a feedback for network design. / Um in einem Netz verschiedene Dienste/Schichten, z.B. IP und Ethernet oder IP und SDH/SONET, parallel anbieten zu können, müssen Komponenten mehrerer Technologien an den Standorten verbaut und miteinander verbunden werden. Hierbei kann eine Technologie eine Transportschicht für andere Technologien fungieren und die Zahl der verfügbaren Ressourcen durch Multiplex Techniken erhöhen. Durch die Bereitstellung eigener Switching Funktionalität erzeugt jede Technologie Verbindungen in einer logischen Schicht. Dies führt zu der Bezeichnung Mehrschichtnetz (engl. multi-layer network). Die Planung solcher Netze hat das Verbauen und Verbinden von Komponenten zum Ziel, so dass gegebene Verkehrsströme realisiert werden können. Um Unterbrechungen der Verkehrsströme aufgrund von Fehlern in den Netzkomponenten zu verhinden, müssen Schutzmechanismen eingebaut werden. In Mehrschichtnetzen können solche Schutzmechanismen in jeder beliebigen Schicht betrachtet werden. Allerdings birgt die hierarchische Struktur von Mehrschichtnetzen das Risiko von shared risk groups (SRG). Um ein Kosten-optimales ausfallsicheres Netz zu erhalten, muss eine passende Kombination aus Multiplex Techniken, Technologien und deren Verbindungen gefunden werden. Die Netzplanung ist daher ein kombinatorisches Problem mit einem großen Parameter- und Lösungsraum. Nach der Planungsphase können die Ressourcen eines Mehrschichtnetzes für Verkehrsströme vorgehalten werden. Die Betrachtung von dynamischer Kapazitätsanforderungen erfordert die Interaktion von Knoten und Schichten sowie akkurate Gewinnung von Informationen zur Auslastung. In jüngster Zeit sind das Generalized Multiprotocol Label Switching (GMPLS) und das Path Computation Element (PCE) als mögliche Lösungsansätze für diese Herausforderungen entstanden. Wie in der Planung beinhaltet auch der Betrieb von Mehrschichtnetzen eine Vielzahl von Optimierungsparametern, wie die Blockierungswahrscheinlichkeit, Ausfallsicherheit und Energie-Effizienz. In dieser Arbeit, führen wir verschiedene effiziente Heuristiken ein, um die betrachteten Optimierungsprobleme anzugehen. Wir planen Mehrschichtnetze von Grund auf und minimieren hinsichtlich der Anschaffungskosten basierend auf den Kosten- und Komponenten-Daten des IST NOBEL Phase 2 Projekts. Wir berücksichtigen Anforderungen der Verkehrsströme und Ausfallsicherheit in verschiedenen Schichten und in mehreren Schichten gleichzeitig sowie verschiedene Netzarchitekturen. Aufsetzend auf dem geplanten Netz betrachten wir den Betrieb von Mehrschichtnetzen mit dynamischen Verkehr basiert auf der GMPLS und PCE Architektur. Wir bewerten verschiedene PCE Installationen, Strategien zur Informationsgewinnung und Re-Optimierung. Abschließend, zeigen wir wie Information über die Auslastung im Betrieb genutzt werden kann um Rückmeldung an die Netzplanung zu geben.