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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-87916
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8791/


Bodenstein, Christian Felix

Cost efficient management of IT-infrastructures : energy-aware operation, purchasing strategies and resource failure management

Effizientes Kostenmanagement von IT-Infrastrukturen : Energiebewusster Betrieb, Einkaufsstrategien und Management von Betriebsausfällen

Dokument1.pdf (5.018 KB) (md5sum: 9f08e8aabdc1c835709b4119ba9e5a36)

Kurzfassung in Englisch

The strategic importance of IT-adoption to companies and organizations has increased in the last decade. With returns on further IT-adoption diminishing, and following recent developments in IT technologies, the direction of research and efforts by companies has shifted to increase the efficiency and effectiveness of existing IT investments often referred to as Green IT. Following the recent political paradigm shift to move away from fossil-based fuels the worldwide effort to reduce global carbon dioxide emissions has increased research into Greening IT by the Information and Communications Technology (ICT) industry. Still, some datacenters have been unable to utilize on most of the Green IT solutions as their implementation often involves a high upfront investment. As a result, IT departments are still struggling with high energy bills. Further, they often do not address the inefficient use of the underlying IT-infrastructure. Cloud computing, which allows the use of virtual machines on a demand basis, is an operational alternative to in-house computing infrastructure offering unmatched efficiency when it comes to “greening” the use of IT, as it is fast and easy to deploy, requires less in-house IT staff and expertise, and payment is based only on what infrastructure is actually used. Amongst all of the benefits of cloud computing come the challenges and issues ascribed to the cloud-based business model. Based on the current state of corporate IT infrastructures and the identified problems and of energy consumption, use inefficiency and performance and availability issues, this thesis analyses various use cases and subsequently develops decision support models and concepts for a maximum level of cost efficiency management of IT-infrastructures.

Based on the current state of Green IT adoption by companies and organizations, this thesis develops three models and concepts for the cost efficient and resilient operation of computing infrastructures. The thesis contains four chapters. The first chapter presents a collective summary of the three topics covered in the thesis. It features an overview of the research challenges, by deriving the three key research questions, how these questions are interconnected, as well as a summary of chapter two three and four, which form the core of the thesis and an outlook beyond the scope of the thesis. The second chapter presents an extended version of the energy-aware decision support model for datacenter operation which has been accepted to be published in the European Journal of Operational Research (2012). It focuses on the energy awareness of data center operations by describing an energy-aware model for the management of incoming workloads. By deriving the energy costs as a function of server utilization, this chapter offers a meaningful alternative to current platform schedulers to improve the energy efficiency of datacenters. The third chapter contains an extension of the decision support model for resource selection in cloud computing (IaaS) which has been published in the proceedings of the International Conference on Information Systems 2011. It deals with the purchase decision should a company decide to outsource its IT to a cloud provider. Based on the prices of leading IaaS providers, this chapter offers a thorough investigation of the cost-minimal IaaS resource portfolio. The fourth chapter presents the most recent work on resilience mechanisms in cloud computing to help cloud computing providers to decide which jobs to keep running and which to cancel, to minimize losses during partial resource failures. It presents a model to bridge resource outages combining concepts from the field of cloud system management, service level agreements and client classification. It offers various resilience policies and by delivering a catalogue of policies helps decision makers to select the right model based on their specific situational needs.


Kurzfassung in Deutsch

Die strategische Bedeutung der IT für Unternehmen und Organisationen hat in den letzten zehn stark Jahren zugenommen. Insbesondere wurde viel in die Verbesserung und Steigerung der Effizienz von IT investiert. Nach den jüngsten politischen Paradigmenwechsel, weg von fossilen Brennstoffen und hin zu regenerativen Energien, haben sich die weltweiten Bemühungen zur Reduzierung der globalen Kohlendioxid-Emissionen geradezu in eine „Ökologisierung des Wirtschaftszweigs der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT)“, auch als Green IT bekannt, ausgeweitet. Dennoch sind einige Rechenzentren nicht in der Lage, die dadurch entstandenen Green IT-Lösungen zu nutzen, da ihre Umsetzung oft eine hohe Anfangsinvestition beinhaltet. Infolgedessen kämpfen IT-Abteilungen immer noch mit hohen Energiekosten. Darüber hinaus richten sie oft nicht ihre Aufmerksamkeit auf die ineffiziente Nutzung der zugrunde liegenden IT-Infrastruktur. Cloud Computing, der Einsatz von virtuellen Maschinen auf Basis der Nachfrage, ist eine operative Alternative zu konventionellem Betriebsrechenzentren und bietet eine unübertroffene Effizienz, wenn es um die "Ökologisierung" der IT-Infrastruktur geht. Weiterhin ist es schnell und einfach zu implementieren, erfordert weniger IT-Personal und Fachwissen und bezieht sich nur auf die Infrastruktur die auch tatsächlich verwendet wird. Dennoch bringt Cloud Computing eigene Herausforderungen, nämlich die kostengünstige Auswahl von Ressourcen. Gegeben dem aktuellen Zustand der IT Infrastrukturen vieler Unternehmen und Rechenzentren, deren Energieverbrauch und deren Ineffizienz-, Performance- und Verfügbarkeitsprobleme, analysiert diese Arbeit verschiedene Anwendungsfälle und schlägt entsprechende Entscheidungmodelle und Konzepte für ein Höchstmaß an Kosteneffizienz von IT-Infrastrukturen vor.

Basierend auf den aktuellen Stand der Green IT Umsetzung von Firmen und Organisationen entwickelt diese Arbeit drei Modellkonzepte für die Kosteneffiziente und belastbare Operation von IT-Infrastrukturen. Die Doktorarbeit enthält vier Kapitel. Das erste Kapitel enthält eine kollektive Zusammenfassung der drei Themen. Es bietet einen Überblick über die wissenschaftlichen Herausforderungen, durch Ableiten der drei wichtigsten Forschungsfragen, wie diese Fragen miteinander verbunden sind. Das zweite Kapitel stellt eine erweiterte Version des Energie-bewusstem Entscheidungsmodells für Rechenzentren dar, welches im European Journal of Operational Research (2012) veröffentlicht wurde. Es konzentriert sich auf das Energiekonsum der Rechenzentren im und wie sie durch intelligente Allokationsmechanismen verringert werden können. Durch Ableiten der Energiekosten als Funktion der Serverauslastung, bietet dieses Kapitels eine sinnvolle Alternative zu aktuellen Plattform-Planern zur Verbesserung der Energieeffizienz von Rechenzentren. Das dritte Kapitel enthält eine Erweiterung des Entscheidungsmodells zur Ressourcenauswahl von Cloud Computing (IaaS) welches in den Proceedings of the International Conference on Information Systems (ICIS 2011) veröffentlicht wurde. Es befasst sich mit der Entscheidung zum Kauf von Cloud Ressourcen. Basiert auf den Preisen eines der führenden IaaS-Anbieter bietet dieses Kapitel eine gründliche Untersuchung des kostenminimalen IaaS-Ressourcen Portfolios. Das vierte Kapitel stellt die jüngste Arbeit zu Resilienzmechanismen von Cloud Computing Infrastruktur dar. Hier geht es darum welche Aufträge im Falle eines Serverausfalls weiterhin ausgeführt werden sollen und welche pausiert oder abgebrochen sollen, um die langfristigen Verluste zu minimieren. Es stellt ein Modell zur Überbrückung von Ausfällen dar und kombiniert Konzepte aus dem Bereich des Cloud-System-Management, Service Level Agreements und Kundenklassifizierung. Mit der Bereitstellung mehrerer Maßnahmen kann dieses Modell Entscheidungsträgern helfen in Ernstfällen zuerst die Rahmenbedingungen festzulegen welche Art der Resilienz angewendet werden soll.


SWD-Schlagwörter: Green-IT , Entscheidungsunterstützung , Informationssystem , Ressourcenallokation
Freie Schlagwörter (deutsch): Cloud Computing , Energiebewusste IT-Nutzung , Kaufstrategien , Management von Betriebsausfällen
Freie Schlagwörter (englisch): Cloud Computing , Energy-Aware Operation , Purchasing Strategies , Resource Failure Management
CCS Klassifikation H.4 INFORM , C.4 PERFOR
Institut: Institut für Allgemeine Wirtschaftsforschung
Fakultät: Wirtschafts- und Verhaltenswissenschaftliche Fakultät
DDC-Sachgruppe: Wirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Neumann, Dirk (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.08.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 09.11.2012
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