Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken

Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken
Marcus Stühlinger / Ayse Gül Gliederung 1. Einführung in die Informationslogistik 2. Problemstellungen der Informationslogistik 3. Eigenschaften verteilter Systeme 4. Einführung in die Allokationsproblematik 5. Ausgewählte Problemstellungen 6. Dezentrale Lösungsansätze 7. Zusammenfassung Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

1. Einführung in die Informationslogistik Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Einführung in die Informationslogistik
Die Information als 4. Produktionsfaktor im Leistungserstellungsprozess Entscheidungsgrundlage notwendig zur Kommunikation und Zusammenarbeit verursachen Kosten durch Sammlung, Transformation und Verteilung Informationsbeziehungen verbinden Geschäftsprozesse besitzen Qualitätsmerkmale Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Informationsmanagement z. B. Identifikation, Verarbeitung und Verteilung von Informationen, Entwicklung der Systeme, Aufbau der Infrastruktur, Weiterentwicklung und Wartung Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Die Informationslogistik umfasst die Planung, Steuerung und Überwachung von Informationsflüssen Aufgabe der Informationslogistik ist die Verfügbarkeit der richtige Information, zum richtigen Zeitpunkt, in der richtigen Menge, am richtigen Ort, in der erforderlichen Qualität sicherzustellen. Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2. Problemstellungen der Informationslogistik Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Problemstellungen der Informationslogistik
Knoten Begrifferklärung Netzwerk, da Thema: Informationslogistik in Netzwerken Netzwerke werden zur Modellierung von realen Systemen herangezogen Netzwerke werden in Form von Graphen dargestellt Knoten: - Repräsentieren Standorte bzw Rechner (Knotenbewertung bspw. Speicherkapazität, Speicherkosten, Leistung des Rechners usw.) Kanten: (ungerichteter Graph, da Kanten) - Repräsentieren Kommunikationsverbindungen zwischen den einzelnen Rechnern (Kantenbewertung sind bspw. Kosten für die Kommunikation, Kapazitäten) - in einem Netzwerk müssen nicht allen Knoten direkt miteinender verbunden sein. Netzwerkdarstellung siehe VIS-Skript Kanten Quelle: eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Problemstellungen der Informationslogistik
infrastrukturelle Problemstellungen Standortwahl, Schnittstellenmanagement knotenbezogene Problemstellungen Allokation von Daten auf die Knoten im Netzwerk kantenbezogene Problemstellungen Auslastung der Kommunikationsverbindungen Schnittstellen: - Standortwahl, Schnittstellenmanagement, Hardwareentschedidungen (z.B. Warehouse Location-Problem) Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittelsund des Weges , d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. Für die Schiene Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

3. Eigenschaften verteilter Systeme Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Eigenschaften verteilter Systeme
Ein verteiltes System besteht aus unabhängigen Komponenten, die räumlich getrennt sein können, die miteinander vernetzt sind, die auf gemeinsame Ressourcen zugreifen, die sich gegenseitig Nachrichten zusenden können und die gemeinsam (DPS) oder autonom (MAS) an verschiedenen Aufgaben arbeiten. Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Eigenschaften verteilter Systeme
Ein wesentlicher Aspekt der Verteilung liegt in der Möglichkeit der dezentralisierten Systemkontrolle durch autonome Knoten. z. B. auch durch dezentrale Allokations- Mechanismen Problem: Heterogenität und Komplexität Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

4. Einführung in die Allokationsproblematik Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Einführung in die Allokationsproblematik
Durchlauf Kostenkriterien: - Speicherkosten: Entsprechen den Lagerkosten in der Logistik (proportional zur Größe des Datensatzes) - Kommunikationskosten: Entsprechen den Transportkosten in der Logistik (proportional zur Größe und zur Entfernung zwischen anfragendem und informationsspendendem Rechner). Entstehen auch, wenn ein Rechner einen lokalen Datensatz abruft; jedoch geringer als bei einem externen Abruf.Kosten auch für Update (Write) - Kommunikationskosten für Abruf sinken mit steigender Anzahl an Replikationen und steigen für ein Update mit steigernder Anzahl an Replikationen. Je mehr Replikationen , desto höher die Speicherkosten - Updatekosten: notwendig für Datenkonsistenz. Zum Update müssen die Kommunikationswege genutzt werde, daher also Kosten Leistungskriterien: (Verweis auf mobile Netzwerke) Verfügbarkeit: Replikation erzeugt redundante Info. Die ermöglicht dem System Übertragungsfehler besser aufzufangen, da mehrere Abfragemöglichkeiten vorhanden. Das System wird also somit zuverlässiger. Maßzahl: Fehlerrate (je geringer, desto zuverlässiger) Verspätung: Maßzahl z.B. durchschnittliche Verspätung . Replikationen erlauben verschiedene Zugriffswege und stellen somit Alternativen dar. Zugriffszeiten: Bspw. Um schnelleres Update zu ermöglichen Interdependenzen: - Kosten und Leistungsziele können nicht getrennt voneinander verfolgt werden. - Würden nur Leistungsziele betrachtet würde man jeden Rechner, wenn genug Speicher vorhanden, mit einem Datensatz ausstatten. Kosten wären dann jedoch immens hoch, Verspätung, Verfügbarkeit wären dann optimal. Quelle: eigene Darstellung Interdependenzen zwischen den einzelnen Zielkriterien Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Man unterscheidet in Netzwerken zwischen Read- Anfragen und Write-Befehlen. Bekanntestes Muster ist das Read-one-write-all-Muster Read-one: Abfrage ist auf jedem Rechner möglich, der eine Replikation lokal gespeichert hat Kosten für Read sind proportional zur Größe des Datensatzes und zur Entfernung des informationsspendendem Rechners Muster spielen entscheidende Rolle bei der Entscheidung der Datenallokation in Netzwerken, Da sie maßgeblich die Kosten und somit auch die Allokation beeinflussen. Read = Abruf Write = Speicherung bzw. Update Erklärung: lokale Replikation vs. Externe Replikation RW-Muster legen fest, auf welche Weise Daten in einem Netzwerk von anderen Rechner gelesen werden können und vor allem wie Änderungen eines Datensatzes vorgenommen werden. Beispiel Read: Datenabfrage auf Zentralrechner im Unternehmen ist von jedem Rechner aus möglich ( notfalls über einen zwischengeschalteten Rechner). Kosten sind jedoch größer, als wenn der Rechner einen benötigten Datensatztes lokal gespeichert hat. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Write-all: Änderung eines Datensatzes muss auf jedem Rechner mit einer lokalen Replikation vorgenommen werden. Ziel: Datenkonsistenz Kosten für Write sind größer als für Read, da sie auf mehreren Kanten im Netzwerk anfallen (Minimal-Spannender-Baum) Kennzahl zu Bestimmung der Read/Write-Intensität ist Update-Ratio: Quotient aus Summe Writes und Summe Reads und Writes Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

5. Ausgewählte Problemstellungen Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Ausgewählte Problemstellungen
Migration-Problem Replication-Problem File-Allocation-Problem Caching-Problem Distributed-Paging-Problem Daten / Informationen / Objekte stellen die Ressource dar, die es im Modell zu optimieren gilt Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Das Migration-Problem
Problemstellung: ein Datensatz Read- oder Write-Anfragen Kommunikationskosten, Speicherkosten, Update-Kosten, Datensatz kann beliebig innerhalb des Netzwerks positioniert werden Gesucht ist die kostenminimale Position eines Datensatzes innerhalb des Netzwerks Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Das Replication-Problem
Problemstellung: Betrachtung eines Datensatzes Read-Anfragen Kommunikationskosten, Speicherkosten, Datensatz kann beliebig innerhalb des Netzwerks repliziert werden Gesucht ist die optimale Anzahl der Replikate und ihre Platzierung innerhalb des Netzwerks Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Fall A der Knoten besitzt die Information selbst, es entstehen keine Kommunikationskosten Fall B die Information ist nicht verfügbar Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Fall B es entstehen Kommunikationskosten aufgrund der Anfrage bei anderen Knoten (Distanz, Datenvolumen) der Knoten speichert die Information lokal als Kopie, es entstehen Speicherkosten bei der nächsten Anfrage entstehen keine Kommunikationskosten mehr Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Replication-Problem Fall B
5 Anfragen nach Objekt X 1 Anfrage nach Objekt Y 3 A/2 B besitzt Objekt X 2 1 C Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage besitzt Objekt Y Kosten der Abfrage für X = 5 x 3 = 15, es wird repliziert!!! Kosten der Abfrage für Y = 1 x 2 = 2, keine Replikation Quelle: eigene Darstellung Bei A fallen noch Speicherkosten an Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Das File-Allocation-Problem
Kombination aus dem Migration- und Replication-Problem Problemstellung: ein Datensatz Read- und Write-Anfragen das Replizieren eines Datensatzes ist möglich lokal gespeicherte Files können wieder gelöscht werden Kommunikationskosten, Speicherkosten, Update- Kosten, keine Speicherrestriktionen vorhanden Ziel: kostenminimale Verteilung des Datensatzes im Netzwerk Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Das Caching-Problem Problemstellung: Betrachtung von Informationen, z. B. im Internet Read-Anfragen Kommunikationskosten, Speicherkosten, caches haben begrenzte Speicherkapazität k Objekte müssen regelmäßig gelöscht werden Informationen können beliebig innerhalb des Netzwerks in Caches gespeichert werden Zugriffszeiten sollen minimiert werden, wobei die Speicherkapazität optimal ausgenutzt wird Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Das Caching-Problem client caching proxy server caching mögliche caching Architekturen: hierarchical caching / distributed caching Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Das Caching-Problem hierarchical caching Server befinden sich auf verschiedenen Ebenen, Abfrage erfolgt buttom up vom client cache zu den intermediate caches. distributed caching Die caches werden gemeinsam genutzt „cache sharing“, wobei sich die proxy server kooperativ verhalten. Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Distributed-Paging-Problem
Das Distributed Paging Problem ist eine “Erweiterung” des FAP Problemstellung: mehrere Datensätze Read- und Write-Anfragen das Replizieren eines Datensatzes ist möglich lokal gespeicherte Files können wieder gelöscht werden Kommunikationskosten, Speicherkosten, Updatekosten, Speichrestriktion in den Knoten komplexere Problemstellung als beim FAP Ziel: kostenminimale Verteilung des Datensatzes im Netzwerk Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

6. Dezentrale Lösungsansätze Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Zentrales Modell Im zentralen Modell herrscht vollkommen Information über sämtliche Knoten und Kanten im Netzwerk Es gibt eine übergeordnete Instanz, die über das gesamte Netzwerk „herrscht“ Überinstanz trifft alle Entscheidungen bezüglich der Datenallokation Die Überinstanz weiß welcher File sich in welchem Knoten befindet . Überinstanz hat Überblick über sämtliche Aktionen des Netzwerks. Überinstanz kennt sämtliche Kanten und deren Kosten im Netzwerk sowie alle knotenspezifischen Informatioen (Speicherkapazität, Speicherkosten usw.) Überinstanz kann alle Knoten darüber informieren, in welchem Knoten sich die nächstgelegnste Replikation befindet. Überinstanz trifft Entscheidung für alle Knoten. Ermitteltes Gesamtoptimum der Überinstanz muss nicht optimal für einzelnen Knoten sein. Vollkommene Information mit alleiniger Entscheidungsmacht der Überinstanz. Ziel ist die Optimierung von Kosten bzw. Leistung für das gesamte Netzwerk und nicht für einzelne Knoten. Beispiel: Geschäftsführung eines einzelnen Unternehmens Ziel ist die Minimierung der gesamten Kommunikations- und Speicherkosten Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Migration-Problem (zentral)
3 3 Anfragen A/4 B/3 5 Anfragen 2 1 C/5 Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage 1 Anfrage Kosten Position A = 4+5·3+1·2 = 21 Kosten Position B = 3+3·3+1·1 = 13 Kosten Position C = 5+3·2+5·1 = 16 Quelle: eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Dezentrales Modell Jeder Knoten stellt einen autonomen Akteur dar; es existiert keine Überinstanz Knoten treffen Entscheidungen auf Basis lokaler Informationen Knoten müssen sich selbst mit Informationen versorgen zusätzliche Kosten Ziel ist Minimierung der individuellen Kommunikations- und Speicherkosten Keine vollständige Information mehr, autonome Knoten. Jeder Knoten hat seine eigenen lokalen Informationen. Diese resultieren meist aus der Vorperiode, d.h. der Knoten kennt bspw. Sein eigenes Anfrageverhalten aus der Vorperiode, nicht jedoch die zukünftigen oder gar das Anfrageverhalten anderer Knoten. Knoten müssen selber kürzeste Wege zum informationsspendendem Knoten such da die Knoten nicht vollständig über alle Kanten des Netzwerkes informiert sind. Dies ist mit Kosten verbunden. Mögliches Suchverfahren ist das Data-Tracking (Algorithmus) Entscheidungen werden unabhängig voneinander auf Basis lokaler Informationen getroffen mit dem Ziel die eigenen Kosten zu minimieren Knoten haben nur lokale Informationen und treffen ihre Entscheidungen selbstständig. Bsp: Unternehemnsübergreifendes Netzwerk im Supply Chain Management, da es hier selten ein übergeordnetes Unternehmen gibt, welches für alle anderen Entscheidungen trifft. Bsp: Migration zentral vs. Migration dezentral (Knoten bieten im Rahmen einer Auktion für den Datensatz) Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Migration-Problem (dezentral)
1 5 Anfragen A/4 B/3 8 Anfragen 1 1 C/1 Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage Kosten für Read immer gleich keine Suchkosten 5 Anfrage Gebot von A = 5 – 4 = 1 Gebot von B = 8 – 3 = 5 Gebot von C = 5 – 1 = 4 Quelle: eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Migration-Problem (dezentral)
4 5 Anfragen A/4 B/3 8 Anfragen 3 2 C/1 Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage 5 Anfrage keine Aussage über die einzelnen Gebote mehr möglich Quelle: eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Zentral vs. dezentral Zentral Vollständige Information Min. der gesamten Kommunikations- und Speicherkosten Überinstanz entscheidet für Netzwerk Dezentral Lokale Information Knoten treffen autonome Entscheidungen Min. der individuellen, knotenbezogenen Kommunikations- und Speicherkosten Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Dezentrales Modell mikroökonomischer Lösungsansatz
Verwendung von mikroökonomischen Modellen, da die existierenden Methoden auf Computer Sys-teme übertragbar sind Das betrachtete verteilte System stellt den Markt und dessen Akteure dar Wirtschaftssubjekte sind bspw. die Knoten Die Knoten sind miteinander verbunden und können untereinander kommunizieren Im dezentralen System werden individuelle Zielfunktionen verfolgt Die Überinstanz weiß welcher File sich in welchem Knoten befindet . Überinstanz hat Überblick über sämtliche Aktionen des Netzwerks. Überinstanz kennt sämtliche Kanten und deren Kosten im Netzwerk sowie alle knotenspezifischen Informatioen (Speicherkapazität, Speicherkosten usw.) Überinstanz kann alle Knoten darüber informieren, in welchem Knoten sich die nächstgelegnste Replikation befindet. Überinstanz trifft Entscheidung für alle Knoten. Ermitteltes Gesamtoptimum der Überinstanz muss nicht optimal für einzelnen Knoten sein. Vollkommene Information mit alleiniger Entscheidungsmacht der Überinstanz. Ziel ist die Optimierung von Kosten bzw. Leistung für das gesamte Netzwerk und nicht für einzelne Knoten. Beispiel: Geschäftsführung eines einzelnen Unternehmens Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

sehr vereinfacht betrachtet, könnten Knoten als Agenten betrachtet werden, die ihren Nutzen nach Zielvorstellungen maximieren und Präferenzen besitzen Agenten können in supplier und consumer unterteilt werden Die Überinstanz weiß welcher File sich in welchem Knoten befindet . Überinstanz hat Überblick über sämtliche Aktionen des Netzwerks. Überinstanz kennt sämtliche Kanten und deren Kosten im Netzwerk sowie alle knotenspezifischen Informatioen (Speicherkapazität, Speicherkosten usw.) Überinstanz kann alle Knoten darüber informieren, in welchem Knoten sich die nächstgelegnste Replikation befindet. Überinstanz trifft Entscheidung für alle Knoten. Ermitteltes Gesamtoptimum der Überinstanz muss nicht optimal für einzelnen Knoten sein. Vollkommene Information mit alleiniger Entscheidungsmacht der Überinstanz. Ziel ist die Optimierung von Kosten bzw. Leistung für das gesamte Netzwerk und nicht für einzelne Knoten. Beispiel: Geschäftsführung eines einzelnen Unternehmens Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Zielsetzungen der Knoten - Kostenminimierung - Leistungsverbesserung im Modell existieren Preis-basierte und Tausch-basierte Lösungsansätze Die Überinstanz weiß welcher File sich in welchem Knoten befindet . Überinstanz hat Überblick über sämtliche Aktionen des Netzwerks. Überinstanz kennt sämtliche Kanten und deren Kosten im Netzwerk sowie alle knotenspezifischen Informatioen (Speicherkapazität, Speicherkosten usw.) Überinstanz kann alle Knoten darüber informieren, in welchem Knoten sich die nächstgelegnste Replikation befindet. Überinstanz trifft Entscheidung für alle Knoten. Ermitteltes Gesamtoptimum der Überinstanz muss nicht optimal für einzelnen Knoten sein. Vollkommene Information mit alleiniger Entscheidungsmacht der Überinstanz. Ziel ist die Optimierung von Kosten bzw. Leistung für das gesamte Netzwerk und nicht für einzelne Knoten. Beispiel: Geschäftsführung eines einzelnen Unternehmens Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Tausch-basierter Allokationsansatz Jeder Knoten tauscht seine Ressource (Daten, Speicherkapazität) so lange, bis die Grenzrate der Substitution erreicht ist Preis-basierte Allokationsansatz Angebot und Nachfrage nach der Ressource bestimmen den Gleichgewichtspreis Die Überinstanz weiß welcher File sich in welchem Knoten befindet . Überinstanz hat Überblick über sämtliche Aktionen des Netzwerks. Überinstanz kennt sämtliche Kanten und deren Kosten im Netzwerk sowie alle knotenspezifischen Informatioen (Speicherkapazität, Speicherkosten usw.) Überinstanz kann alle Knoten darüber informieren, in welchem Knoten sich die nächstgelegnste Replikation befindet. Überinstanz trifft Entscheidung für alle Knoten. Ermitteltes Gesamtoptimum der Überinstanz muss nicht optimal für einzelnen Knoten sein. Vollkommene Information mit alleiniger Entscheidungsmacht der Überinstanz. Ziel ist die Optimierung von Kosten bzw. Leistung für das gesamte Netzwerk und nicht für einzelne Knoten. Beispiel: Geschäftsführung eines einzelnen Unternehmens Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

im Datenallokationsmodell von Ferguson sind Knoten Lieferanten, diese bieten Speicher-kapazitäten oder beantworten Anfragen eingehende Anfragen (read oder write) oder Transaktionen sind Kunden, diese fragen nach Speicherkapazitäten oder Response ihrer Anfrage Die Überinstanz weiß welcher File sich in welchem Knoten befindet . Überinstanz hat Überblick über sämtliche Aktionen des Netzwerks. Überinstanz kennt sämtliche Kanten und deren Kosten im Netzwerk sowie alle knotenspezifischen Informatioen (Speicherkapazität, Speicherkosten usw.) Überinstanz kann alle Knoten darüber informieren, in welchem Knoten sich die nächstgelegnste Replikation befindet. Überinstanz trifft Entscheidung für alle Knoten. Ermitteltes Gesamtoptimum der Überinstanz muss nicht optimal für einzelnen Knoten sein. Vollkommene Information mit alleiniger Entscheidungsmacht der Überinstanz. Ziel ist die Optimierung von Kosten bzw. Leistung für das gesamte Netzwerk und nicht für einzelne Knoten. Beispiel: Geschäftsführung eines einzelnen Unternehmens Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Betrachtung des File-Allokations-Problem mit der Zielsetzung der Gewinnmaximierung (Preis-basierte Lösung) Es existieren n Prozessoren P1, P2, P3... Pn Anfragen T1, T2, T3... Tn Datenobjekte D1, D2, D3... Dn Data Object Manager, M1, M2, M3, Mn Data Agents A1, A2, A3... An Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

D1 r Anfrage D1r D1w D1w – M1 P1 P2 Datenobjekte D1, D2, D3... Data Managers M1, M2, M3... Data Agent A1, A2, A3... P3 D1 r Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2-Phasen-Algorithmus (I)
Lösungsansatz für das dezentrale Allokationsproblem es gilt das Read-one-write-all Muster (Datenkonsistenz) Annahmen zur Kostenfunktion: Kosten für lokalen Read = 0 Kosten für externen Read = r Anzahl der Reads = a Kosten für Write = w Kosten für lokale Speicherung = s Anzahl der Writes = b Ziel ist die Minimierung der individuellen Gesamtkosten Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2-Phasen-Algorithmus (II)
1. Phase: jeder Knoten bearbeitet alle anfallenden Read/Write-Anfragen 2. Phase: Umverteilung der Datensätze im Netzwerk auf Basis der Read/Write-Anfragen der Vorperiode Logik des Algorithmus: ein Knoten speichert dann einen Datensatz lokal, wenn die zusätzlichen Speicher- und Write-Kosten geringer sind als sie Summe der Einsparungen bei den Read-Anfragen Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2-Phasen-Algorithmus Periode t=1 Phase 1 4 Read / 5 Write A B 10 Reads / 5 Writes C 3 Read / 5 Write Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage Kosten für Write fallen in Knoten mit lokalem Datensatz an Vereinfachende Annahme: Kantenkosten überall 1, somit sind die Kosten für Read oder Wruite jeweils 1 Wichtig: dezentral, Knoten treffen autonome Entscheidungen ohne Rücksicht auf die anbderen und min. ihre individuellen Kosten Knoten B hat den Datensatz lokal gespeichert aus der Vorperiode Wichtig: Suchkosten werden vernachlässigt bzw. Annahme das Knoten die information besitzen, dass Knoten B den Datensatz lokal gespeichert hat. Bedenke: Je mehr knoten, desto schwieriger, wenn Suchkosten dazu komen und die Kantenkosten verschieden sind Quelle: Eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2-Phasen-Algorithmus Periode t=2 Phase 2 3 Read / 4 Write A B 10 Reads / 4 Writes C 12 Read / 4 Write Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage Kosten für Write fallen in Knoten mit lokalem Datensatz an Vereinfachende Annahme: Kantenkosten überall 1, somit sind die Kosten für Read oder Wruite jeweils 1 Wichtig: dezentral, Knoten treffen autonome Entscheidungen ohne Rücksicht auf die anbderen und min. ihre individuellen Kosten Knoten B hat den Datensatz lokal gespeichert aus der Vorperiode Wichtig: Suchkosten werden vernachlässigt bzw. Annahme das Knoten die information besitzen, dass Knoten B den Datensatz lokal gespeichert hat. Bedenke: Je mehr knoten, desto schwieriger, wenn Suchkosten dazu komen und die Kantenkosten verschieden sind Quelle: Eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2-Phasen-Algorithmus Periode t=2 3 Read / 4 Write A B 10 Reads / 4 Writes C 12 Read / 4 Write Annahme: keine Kosten für lokale Anfrage Kosten für Write fallen in Knoten mit lokalem Datensatz an Vereinfachende Annahme: Kantenkosten überall 1, somit sind die Kosten für Read oder Wruite jeweils 1 Wichtig: dezentral, Knoten treffen autonome Entscheidungen ohne Rücksicht auf die anbderen und min. ihre individuellen Kosten Knoten B hat den Datensatz lokal gespeichert aus der Vorperiode Wichtig: Suchkosten werden vernachlässigt bzw. Annahme das Knoten die information besitzen, dass Knoten B den Datensatz lokal gespeichert hat. Bedenke: Je mehr knoten, desto schwieriger, wenn Suchkosten dazu komen und die Kantenkosten verschieden sind Quelle: Eigene Darstellung Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

2-Phasen-Algorithmus (III)
Reads und Writes einer Periode sind a priori bekannt Allokation der Daten im Netzwerk ist abhängig vom Update-Ratio Algorithmus liefert nur dann gute Ergebnisse, wenn die Reads und Writes in Periode t+1 denen aus der Vorperiode entsprechen Modifikation: statt der Reads und Writes der Vorperiode ordnet man den zu- künftigen Reads und Writes Wahrscheinlichkeiten zu Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

7. Zusammenfassung Knotenbezogen: - Zuordnungsproblem (Allokation von Infos auf Rechner im Netzwerk) - Logistik: Lagerhaltung ( verschieden Regionallager, wo lagere ich was und wie viel) Kosten: Lagerhaltungskosten und Transportkosten - Bsp: Abteilungen in Firma benötigen unterschiedliche Infos (Vertrieb und Versand benötigen Zugriff auf Kundendatei, Finanzbuchhaltung auf Konten; aber Finanzbuchhaltung muss ab und zu auch auf Kundendatei zugreifen. Produktion und Beschaffung müssen beide auf Lagerbestand zugreifen können. Daher die Frage welche Datei wo gespeichert wird, von welcher Datei mache ich Kopien, damit Kosten gering und Zugriff möglichst schnell wegen geringer Bandbreite). Kosten: Speicherkosten, Kommunikationskosten - Arbeit beschäftigt sich mit knotenbezogenen Problemstellungen Kantenbezogen: - entsprechen Übertragungskanälen. Optimale Auslastung der Übertragungskanäle zur Datenübermittlung - Entscheidungen über Auswahl des Kanals und die Menge der Daten , die über diesen Kanal gesendet werden (Routing-Probleme) Bsp: Load-Balancing und Flow-Controll - Logistik: Auswahl des Transportmittels, d.h. ich habe verschieden Übertragungswege zu Auswahl und entscheide mich bspw. für die Schiene Schnittstellenbezogen: - für die Übertragung von Daten zwischen den Rechner und der Verarbeitung auf den Rechner ist oft ein Tausch des Informationsträgers notwendig. - Aufgabe dieser Problemstellung ist die Koordination dieser Schnittstellen. (Bsp: Schnittstelle zwischen elektronischen und nicht elektronischen Formaten, Bestellung per Fax wird innerbetrieblich per Mail weitergeleitet.) - Ziel ist Vermeidung von Fehlern durch Medienbrüche in der Datenverarbeitung und -übermittlung - Logistik: Umschlag von Waren, bspw. Von Laster auf Zug Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

Zusammenfassung Die Zielsetzungen der Modelle sind relativ ähnlich, der Fokus liegt in der Minimierung der Kosten Die Annahmen der dezentralen Problemlösung sind unserer Ansicht nach plausibler als die der zentralen Aufgrund hoher Leistungsfähigkeit und der geringen Kommunikationskosten ist das Allokationsproblem in Festnetzen von geringerer Bedeutung als in mobilen Netwerken Das Allokationsproblem ist sehr komplex und in der Literatur nicht einheitlich beschrieben Beipiel Write: Ändert ein Rechner einen Datensatz den er z.B. lokal gespeichert hat, so muss diese Änderung natürlich auch auf dem Zentralrechner und allen anderen Rechner erfolgen , die eine lokale Replikation des Datensatzes gespeichert haben. Beispiel: Entnimmt die Produktion Rohstoffe aus dem Lager muss diese Entnahme nicht nur bei der Produktion in der Datei, sondern auch beim Verkauf in der Datei geändert werden. Read-intensive Netzwerke: weite Verbreitung von Replikationen Write-intensive Netzwerke: geringe Anzahl an Replikationen da Kosten für Update zu groß Je höher das Update-Ratio, desto weniger Replikationen im Netzwerk. Andere Muster: Änderungen von Datensätzen werden beispielsweise nur im Zentralrechner erfasst. Problem: keine Datenkonsistenz mehr gegeben. Dezentrale Optimierung der Allokation von Informationen in Netzwerken 23. Januar 2003

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