The complex business applications are increasingly offered as services over the Internet, so-called software-as-a-Service (SaaS) applications. The SAP Netweaver Cloud offers an OSGI-based open platform, which enables multi-tenant SaaS applications to run in the cloud. A multi-tenant SaaS application is designed so that an application instance is used by several customers and their users. As different customers have different requirements for functionality and quality of the application, the application instance must be configurable. Therefore, it must be able to add new configurations into a multi-tenant SaaS application at run-time. In this thesis, we proposed concepts of a configuration management, which are used for managing and creating client configurations of cloud applications. The concepts are implemented in a tool that is based on Eclipse and extended feature models. In addition, we evaluate our concepts and the applicability of the developed solution in the SAP Netwaver Cloud by using a cloud application as a concrete case example.

Im Rahmen der Dissertation wurde ein Middlewaredienst entwickelt und realisiert. Es gestattet die dynamische Verwaltung heterogener Kontextquellen. Das zugrunde liegende Komponentenmodell selbstbeschreibender Context Provieder ermöglicht die lose Kopplung von Kontextquellen und -senken. Es wird durch Filter- und Konverterkomponenten zur generischen Providersselektion anhand domänenspezifischer Merkmale ergänzt. Die Kopplung der verteilten Dienstinstanzen erfolgt durch ein hybrides Peer-to-Peer-System. Dies trägt der Heterogenität der Endgeräte Rechnung, und erlaubt die skalierbare , verteilte Verwaltung von Kontextquellen in globalen Szenarien.

Beim Entwurf großer Netzwerke der Automation ermöglichen Methoden der Leistungsbewertung den Test und die Dimensionierung eines Netzwerkes bereits vor der Inbetriebnahme und erlauben damit einen effizienten, qualitätsorientierten Entwurf. Es ist jedoch sehr wissensintensiv und aufwendig, entsprechende Analyse- oder Simulations-Modelle aufzustellen und die Ergebnisse auszuwerten, weshalb die Methoden in der Praxis der Automation selten verwendet werden. Viel vertrauter sind dem Entwerfer hingegen die speziellen Software-Tools, mit denen in der Automation Netzwerke entworfen werden. Auf Basis der Datenbanken dieser Tools werden in dieser Arbeit verschieden Verfahren zur automatischen Systemmodellierung, Verkehrsmodellierung, Leistungsbewertung und Fehlerdiagnose zu einem Control Network Performance Engineering kombiniert, welches die Qualitätsbewertung und -beratung nahtlos und ohne Mehraufwand in den Netzwerkentwurf integriert. (Die Dissertation wurde veröffentlicht im Jörg Vogt Verlag, Voglerstr. 20, 01277 Dresden, Internet: http://www.vogtverlag.de/, email: info@vogtverlag.de, ISBN 978-3-938860-10-6) / During the design of large automation networks, performance analysis methods can be used for testing and dimensioning the network before implementation and are essential for an efficient and reliable design process. However, setting up the necessary analytical or simulative models is time-consuming, requires in-depth knowledge, and is therefore often not applicable in practice. The network designers are much more used to the design tools used to develop automation networks. Based on these tools' databases various methods for automated system and traffic modeling, performance analysis and diagnoses are combined in the control network performance engineering that seamlessly integrates quality analysis and consulting into network design without requiring additional effort. (This manuscript is also available - in the form of a book - from Jörg Vogt Verlag, Voglerstr. 20, 01277 Dresden, Germany world-wide web address: http://www.vogtverlag.de/, electronic-mail address: info@vogtverlag.de, ISBN 978-3-938860-10-6 )

Mobility-Based Routing Overhead Management in Reconfigurable Wireless Ad Hoc Networks Routing Overheads are the non-data message packets whose roles are establishment and maintenance of routes for data packets as well as neighbourhood discovery and maintenance. They have to be broadcasted in the network either through flooding or other techniques that can ensure that a path exists before data packets can be sent to various destinations. They can be sent reactively or periodically to neighbours so as to keep nodes updated on their neighbourhoods. While we cannot do without these overhead packets, they occupy much of the limited wireless bandwidth available in wireless networks. In a reconfigurable wireless ad hoc network scenario, these packets have more negative effects, as links need to be confirmed more frequently than in traditional networks mainly because of the unpredictable behaviour of the ad hoc networks. We therefore need suitable algorithms that will manage these overheads so as to allow data packet to have more access to the wireless medium, save node energy for longer life of the network, increased efficiency, and scalability. Various protocols have been suggested in the research area. They mostly address routing overheads for suitability of particular protocols leading to lack of standardisation and inapplicability to other protocol classes. In this dissertation ways of ensuring that the routing overheads are kept low are investigated. The issue is addressed both at node and network levels with a common goal of improving efficiency and performance of ad hoc networks without dedicating ourselves to a particular class of routing protocol. At node level, a method hereby referred to as "link availability forecast", that minimises routing overheads used for maintenance of neighbourhood, is derived. The targeted packets are packets that are broadcasted periodically (e.g. hello messages). The basic idea in this method is collection of mobility parameters from the neighbours and predictions or forecasts of these parameters in future. Using these parameters in simple calculations helps in identifying link availabilities between nodes participating in maintenance of networks backbone. At the network level, various approaches have been suggested. The first approach is the cone flooding method that broadcasts route request messages through a predetermined cone shaped region. This region is determined through computation using last known mobility parameters of the destination. Another approach is what is hereby referred as "destination search reverse zone method". In this method, a node will keep routes to destinations for a long time and use these routes for tracing the destination. The destination will then initiate route search in a reverse manner, whereby the source selects the best route for next delivery. A modification to this method is for the source node to determine the zone of route search and define the boundaries within which the packet should be broadcasted. The later method has been used for simulation purposes. The protocol used for verification of the improvements offered by the schemes was the AODV. The link availability forecast scheme was implemented on the AODV and labelled AODV_LA while the network level implementation was labelled AODV_RO. A combination of the two schemes was labelled AODV_LARO.

Adaptive Content Distribution Networks (A-CDNs) sind anwendungsübergreifende, verteilte Infrastrukturen, die auf Grundlage verteilter Replikation von Inhalten und Inhaltsadaption eine skalierbare Auslieferung von adaptierbaren multimedialen Inhalten an heterogene Clients ermöglichen. Die Platzierung der Replikate in den Surrogaten eines A-CDN wird durch den Platzierungsmechanismus des A-CDN gesteuert. Anders als in herkömmlichen CDNs, die keine Inhaltsadaption berücksichtigen, muss ein Platzierungsmechanismus in einem A-CDN nicht nur entscheiden, welches Inhaltsobjekt in welchem Surrogat repliziert werden soll, sondern darüber hinaus, in welcher Repräsentation bzw. in welchen Repräsentationen das Inhaltsobjekt zu replizieren ist. Herkömmliche Platzierungsmechanismen sind nicht in der Lage, verschiedene Repräsentationen eines Inhaltsobjektes zu berücksichtigen. Beim Einsatz herkömmlicher Platzierungsmechanismen in A-CDNs können deshalb entweder nur statisch voradaptierte Repräsentationen oder ausschließlich generische Repräsentationen repliziert werden. Während bei der Replikation von statisch voradaptierten Repräsentationen die Wiederverwendbarkeit der Replikate eingeschränkt ist, führt die Replikation der generischen Repräsentationen zu erhöhten Kosten und Verzögerungen für die dynamische Adaption der Inhalte bei jeder Anfrage. Deshalb werden in der Arbeit adaptivitätssensitive Platzierungsmechanismen zur Platzierung von Replikaten in A-CDNs vorgeschlagen. Durch die Berücksichtigung der Adaptierbarkeit der Inhalte bei der Ermittlung einer Platzierung von Replikaten in den Surrogaten des A-CDNs können adaptivitätssensitive Platzierungsmechanismen sowohl generische und statisch voradaptierte als auch teilweise adaptierte Repräsentationen replizieren. Somit sind sie in der Lage statische und dynamische Inhaltsadaption flexibel miteinander zu kombinieren. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist zu evaluieren, welche Vorteile sich durch die Berücksichtigung der Inhaltsadaption bei Platzierung von adaptierbaren Inhalten in A-CDNs realisieren lassen. Hierzu wird das Problem der adaptivitätssensitiven Platzierung von Replikaten in A-CDNs als Optimierungsproblem formalisiert, Algorithmen zur Lösung des Optimierungsproblems vorgeschlagen und diese in einem Simulator implementiert. Das zugrunde liegende Simulationsmodell beschreibt ein im Internet verteiltes A-CDN, welches zur Auslieferung von JPEG-Bildern an heterogene mobile und stationäre Clients verwendet wird. Anhand dieses Simulationsmodells wird die Leistungsfähigkeit der adaptivitätssensitiven Platzierungsmechanismen evaluiert und mit der von herkömmlichen Platzierungsmechanismen verglichen. Die Simulationen zeigen, dass der adaptivitätssensitive Ansatz in Abhängigkeit vom System- und Lastmodell sowie von der Speicherkapazität der Surrogate im A-CDN in vielen Fällen Vorteile gegenüber dem Einsatz herkömmlicher Platzierungsmechanismen mit sich bringt. Wenn sich die Anfragelasten verschiedener Typen von Clients jedoch nur wenig oder gar nicht überlappen oder bei hinreichend großer Speicherkapazität der Surrogate hat der adaptivitätssensitive Ansatz keine signifikanten Vorteile gegenüber dem Einsatz eines herkömmlichen Platzierungsmechanismus. / Adaptive Content Distribution Networks (A-CDNs) are application independent, distributed infrastructures using content adaptation and distributed replication of contents to allow the scalable delivery of adaptable multimedia contents to heterogeneous clients. The replica placement in an A-CDN is controlled by the placement mechanisms of the A-CDN. As opposed to traditional CDNs, which do not take content adaptation into consideration, a replica placement mechanism in an A-CDN has to decide not only which object shall be stored in which surrogate but also which representation or which representations of the object to replicate. Traditional replica placement mechanisms are incapable of taking different representations of the same object into consideration. That is why A-CDNs that use traditional replica placement mechanisms may only replicate generic or statically adapted representations. The replication of statically adapted representations reduces the sharing of the replicas. The replication of generic representations results in adaptation costs and delays with every request. That is why the dissertation thesis proposes the application of adaptation-aware replica placement mechanisms. By taking the adaptability of the contents into account, adaptation-aware replica placement mechanisms may replicate generic, statically adapted and even partially adapted representations of an object. Thus, they are able to balance between static and dynamic content adaptation. The dissertation is targeted at the evaluation of the performance advantages of taking knowledge about the adaptability of contents into consideration when calculating a placement of replicas in an A-CDN. Therefore the problem of adaptation-aware replica placement is formalized as an optimization problem; algorithms for solving the optimization problem are proposed and implemented in a simulator. The underlying simulation model describes an Internet-wide distributed A-CDN that is used for the delivery of JPEG images to heterogeneous mobile and stationary clients. Based on the simulation model, the performance of the adaptation-aware replica placement mechanisms are evaluated and compared to traditional replica placement mechanisms. The simulations prove that the adaptation-aware approach is superior to the traditional replica placement mechanisms in many cases depending on the system and load model as well as the storage capacity of the surrogates of the A-CDN. However, if the load of different types of clients do hardly overlap or with sufficient storage capacity within the surrogates, the adaptation-aware approach has no significant advantages over the application of traditional replica-placement mechanisms.

Just as packet switched networks constituted a major breakthrough in our perception of the information exchange in computer networks so have the decoupling properties of publish/subscribe systems revolutionized the way we look at networking in the context of large scale distributed systems. The decoupling of the components of publish/subscribe systems in time, space and synchronization has created an appealing platform for the asynchronous information exchange among anonymous information producers and consumers. Moreover, the content-based nature of publish/subscribe systems provides a great degree of flexibility and expressiveness as far as construction of data flows is considered. However, a number of challenges and not yet addressed issued still exists in the area of the publish/subscribe systems. One active area of research is directed toward the problem of the efficient content delivery in the content-based publish/subscribe networks. Routing of the information based on the information itself, instead of the explicit source and destination addresses poses challenges as far as efficiency and processing times are concerned. Simultaneously, due to their decoupled nature, publish/subscribe systems introduce new challenges with respect to issues related to dependability and fail-awareness. This thesis seeks to advance the field of research in both directions. First it shows the design and implementation of routing algorithms based on the end-to-end systems design principle. Proposed routing algorithms obsolete the need to perform content-based routing within the publish/subscribe network, pushing this task to the edge of the system. Moreover, this thesis presents a fail-aware approach towards construction of the content-based publish/subscribe system along with its application to the creation of the soft state publish/subscribe system. A soft state publish/subscribe system exposes the self stabilizing behavior as far as transient timing, link and node failures are concerned. The result of this thesis is a family of the XSiena content-based publish/subscribe systems, implementing the proposed concepts and algorithms. The family of the XSiena content-based publish/subscribe systems has been a subject to rigorous evaluation, which confirms the claims made in this thesis.

Das Ziel der Diplomarbeit bestand darin eine Testumgebung zur Orchestrierung von Geo Web Services aufzubauen. Dabei diente die Diplomarbeit "Orchestrierung von Web Services" von Jäger/Weidenhagen als Grundlage. Um ein Verständnis für dieses Gebiet zu bekommen, werden zu Beginn die Grundlagen betrachtet. Rechtliche Aspekte zum Thema Orchestrierung werden angegeben, um die Wichtigkeit des Themas zu unterstreichen. Eingängige Standards wie SOAP und WSDL werden in ihren Kernpunkten erläutert. Insbesondere bei SOAP wird näher darauf eingegangen. Neben den OWS besteht auch die Möglichkeit Geo-Datenbanken in Diensteketten einfließen zu lassen. Dafür werden exemplarisch Dienste aufgesetzt, die dies ermöglichen. Weiterhin werden die Benutzerschnittstellen von Web Services (und auch Diensteketten) untersucht. Die Option eines Clients mittels Scriptsprachen wird beschrieben. Dabei erwies sich PHP am geeignetsten. Auf diese Weise kann für jede Dienstekette eine dynamische Webseite gestaltet werden, die eine graphische Schnittstelle für den Nutzer bietet.

Im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens nimmt die Anzahl von Programmläufen (Jobs), die von einem Benutzer ausgeführt werden, immer weiter zu. Dieser Trend resultiert sowohl aus einer steigenden Anzahl an CPU-Cores, auf die ein Nutzer zugreifen kann, als auch durch den immer einfacheren Zugriff auf diese mittels Portalen, Workflow-Systemen oder Services. Gleichzeitig schränken zusätzliche Abstraktionsschichten von Grid- und Cloud-Umgebungen die Möglichkeit zur Beobachtung von Jobs ein. Eine Lösung bietet das jobzentrische Monitoring, das die Ausführung von Jobs transparent darstellen kann. Die vorliegende Dissertation zeigt zum einen Methoden mit denen eine skalierbare Infrastruktur zur Verwaltung von Monitoring-Daten im Kontext von Grid, Cloud oder HPC (High Performance Computing) realisiert werden kann. Zu diesem Zweck wird sowohl eine Aufgabenteilung unter Berücksichtigung von Aspekten wie Netzwerkbandbreite und Speicherkapazität mittels einer Strukturierung der verwendeten Server in Schichten, als auch eine dezentrale Aufbereitung und Speicherung der Daten realisiert. Zum anderen wurden drei Analyseverfahren zur automatisierten und massenhaften Auswertung der Daten entwickelt. Hierzu wurde unter anderem ein auf der Kreuzkorrelation basierender Algorithmus mit einem baumbasierten Optimierungsverfahren zur Reduzierung der Laufzeit und des Speicherbedarfs entwickelt. Diese drei Verfahren können die Anzahl der manuell zu analysierenden Jobs von vielen Tausenden, auf die wenigen, interessanten, tatsächlichen Ausreißer bei der Jobausführung reduzieren. Die Methoden und Verfahren zur massenhaften Analyse, sowie zur skalierbaren Verwaltung der jobzentrischen Monitoring-Daten, wurden entworfen, prototypisch implementiert und mittels Messungen sowie durch theoretische Analysen untersucht. / An increasing number of program executions (jobs) is an ongoing trend in scientific computing. Increasing numbers of available compute cores and lower access barriers, based on portal-systems, workflow-systems, or services, drive this trend. At the same time, the abstraction layers that enable grid and cloud solutions pose challenges in observing job behaviour. Thus, observation and monitoring capabilities for large numbers of jobs are lacking. Job-centric monitoring offers a solution to present job executions in a transparent manner. This dissertation presents methods for scalable infrastructures that handle monitoring data of jobs in grid, cloud, and HPC (High Performance Computing) solutions. A layer-based organisation of servers with a distributed storage scheme enables a task sharing that respects network bandwidths and data capacities. Additionally, three proposed automatic analysis techniques enable an evaluation of huge data quantities. One of the developed algorithms is based on cross-correlation and uses a tree-based optimisation strategy to decrease both runtime and memory usage. These three methods are able to significantly reduce the number of jobs for manual analysis from many thousands to a few interesting jobs that exhibit outlier-behaviour during job execution. Contributions of this thesis include a design, a prototype implementation, and an evaluation for methods that analyse large amounts of job-data, as well for the scalable storage concept for such data.

Für Geschäftsbereiche mit hohen Anforderungen an Vertraulichkeit und Datenschutz zur Verarbeitung ihrer sensitiven Informationen kann für die Nutzung von Public-Cloud-Technologien keine Benutzerakzeptanz ausgewiesen werden. Die Ursachen dafür erwachsen aus dem inhärenten Strukturkonzept verteilter, begrenzter Verantwortlichkeiten und einem fehlenden Cloud-Anwender-Vertrauen. Die vorliegende Arbeit verfolgt ein Cloud-Anwender orientiertes Vorgehen zur Durchsetzung regelnder Policy-Konzepte, kombiniert mit einem holistischen Ansatz zur Herstellung einer durchgehenden Vertrauensbasis. Der Aspekt Vertrauen erhält eine eigenständige Konzeptualisierung und wird zu einem Cloud-Anwender-Instrument für die Gestaltung vertrauenswürdiger infrastruktureller Eigenschaften entwickelt. Jede weitere Form einer Policy entwickelt ihren verbindlichen regulierenden Wert erst durch eine unlösliche Verbindung mit den hier vorgelegten Konzepten vertrauenswürdiger Entitäten. Ein ontologisch formalisierter Beschreibungsansatz vollzieht die für eine Regulierung notwendige Konzeptualisierung einer domänenspezifischen IT-Architektur und qualifizierender Sicherheitseigenschaften. Eigenständige Konzeptklassen für die Regulierung liefern den Beschreibungsrahmen zur Ableitung integrierter Trust-Policies. Darauf aufbauende Domänenmodelle repräsentieren eine vom Cloud-Anwender definierte Erwartung in Bezug auf ein reguliertes Cloud-Architektur-Design und reflektieren die reale Welt auf Grundlage vertrauenswürdiger Fakten. Vertrauen quantifiziert sich im Ergebnis logischer Schlussfolgerungen und ist Ausdruck zugesicherter Cloud-Sicherheitseigenschaften und geregelter Verhaltensformen.

Event Stream Processing (ESP) is a well-established approach for low-latency data processing enabling users to quickly react to relevant situations in soft real-time. In order to cope with the sheer amount of data being generated each day and to cope with fluctuating workloads originating from data sources such as Twitter and Facebook, such systems must be highly scalable and elastic. Hence, ESP systems are typically long running applications deployed on several hundreds of nodes in either dedicated data-centers or cloud environments such as Amazon EC2. In such environments, nodes are likely to fail due to software aging, process or hardware errors whereas the unbounded stream of data asks for continuous processing. In order to cope with node failures, several fault tolerance approaches have been proposed in literature. Active replication and rollback recovery-based on checkpointing and in-memory logging (upstream backup) are two commonly used approaches in order to cope with such failures in the context of ESP systems. However, these approaches suffer either from a high resource footprint, low throughput or unresponsiveness due to long recovery times. Moreover, in order to recover applications in a precise manner using exactly once semantics, the use of deterministic execution is required which adds another layer of complexity and overhead. The goal of this thesis is to lower the overhead for fault tolerance in ESP systems. We first present StreamMine3G, our ESP system we built entirely from scratch in order to study and evaluate novel approaches for fault tolerance and elasticity. We then present an approach to reduce the overhead of deterministic execution by using a weak, epoch-based rather than strict ordering scheme for commutative and tumbling windowed operators that allows applications to recover precisely using active or passive replication. Since most applications are running in cloud environments nowadays, we furthermore propose an approach to increase the system availability by efficiently utilizing spare but paid resources for fault tolerance. Finally, in order to free users from the burden of choosing the correct fault tolerance scheme for their applications that guarantees the desired recovery time while still saving resources, we present a controller-based approach that adapts fault tolerance at runtime. We furthermore showcase the applicability of our StreamMine3G approach using real world applications and examples.