Quality of service for cloud services using control theory; quality of service for VoIP cloud services using PI controller based on horizontal scalability

Abstract

Horizontales Elasizitätsmanagement ist eines der zentralen Kernkonzepte, welches Clouds im Gegensatz zu herkömmlichen Rechenzentren unterscheidet. Dies erlaubt es autonom auf Änderungen der Anforderungen zu reagieren, wodurch Nachfrage basierend scheinbar endlos Ressourcen zur Verfügung gestellt werden können. Das Datenvolumen von VoIP Netzwerken steigt jährlich, da höhere Bandbreiten verfügbar sind. Dieser Effekt wird vor allem durch mobile Geräte wie Smartphones getrieben, welche Applikationen wie Skype, Whatsapp, Viber oder Facetime ermöglichen und die der Anwender griffbereit ständig bei sich hat. Service Provider müssen sich der ständig ändernden Auslastung stellen und ihre Services dementsprechend designen. Besondere Ereignisse wie Silvester, Katastrophen oder weltweite Sportevents lassen die Auslastung kurzfristig hochschnellen. Um mit den Anforderungen fertig zu werden, setzen die Service Provider auf horizontale Skalierbarkeit. Daher beschäftigt sich diese Arbeit mit Methoden der Regelungstechnik, um diese Prozesse zu steuern. Als Steuerungsgrößen werden qualitative Größen aus der VoIP Welt verwendet werden. Die Arbeit versucht zu beantworten, ob klassische Methoden der Regelungstechnik für die Steuerung von Clouds geeignet ist. In der Arbeit wird Anhand eines in R simulierten Modells die Steuerung eines solchen Prozesses simuliert und gezeigt wie auf Störgrößen reagiert werden kann.

Horizontal elasticity management is one of the core concepts which distinguishes clouds from common data centers. This concept allows to react on changes of the requirements easily on demand. Therefore, the impression of infinite resources arises. The data volume of VoIP networks increases year by year driven by mobile devices such as smartphones. This devices enable applications like Skype, Whatsapp, Viber, Facetime and others to be carried in the users pocket. Service providers face fluctuation in demand of their services and design their applications for those purposes. Especially events like new years eve, catastrophes or world wide sport events let the demand skyrocket in a short time window. To handle the gap in demand cloud providers need to scale their applications autonomously. As a result, this work is dedicated to control theory methods to control such processes. As a control variable qualitative metrics of VoIP technology will be used. This works purpose is to answer the question if classical control theory can be used to accomplish the task of horizontal elasticity in clouds. A model simulated in R will show how such control loops react to disturbances.