Ein diensteorientiertes Abrechnungssystem für dynamische Virtuelle Organisationen

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1 UNIVERSITÄT DER BUNDESWEHR MÜNCHEN FAKULTÄT FÜR INFORMATIK Ein diensteorientiertes Abrechnungssystem für dynamische Virtuelle Organisationen Dipl.-Inf. Matthias Ralph Göhner Von der Fakultät für Informatik der Universität der Bundeswehr München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigte Dissertation Vorsitzender: Prof. Dr. Peter Hertling Universität der Bundeswehr München 1. Berichterstatter: Prof. Dr. Gabrijela Dreo Rodosek Universität der Bundeswehr München 2. Berichterstatter: Prof. Dr. Heinz-Gerd Hegering Universität München Tag der Einreichung: Tag der mündlichen Prüfung:

2 INHALT 1 Einführung Einleitung und Motivation Dienst- und Ressourcenvirtualisierung im Kontext Virtueller Organisationen: Neue Aspekte für die Abrechnung Defizite bisheriger Ansätze Fokus und Fragestellungen der Arbeit Vorgehensmodell und Ergebnisse der Arbeit 8 2 Spezifikation der Anforderungen Thematische Einordnung und Begriffsbildung Der Aspekt Virtuelle Organisation" Der Aspekt Dienstorientierung" Die diensteorientierte Architektur Der Dienstbegriff im Umfeld des Grid Computing Der'Aspekt.Abrechnung" Dimensionen der Abrechnung in Grid-Umgebungen Dienstmodell für dynamische Virtuelle Organisationen Elemente des Dienstmodells Szenarioanalyse Szenario I: Bereitstellung von Grid-Infrastrukturen im Bereich des Katastrophen- und Krisenmanagement Szenario II: Ressourcen- und Dienstnutzung im D-Grid Charakteristik der Beispielszenarien Entwicklung eines generischen Dienstmodells für dynamische Virtuelle Organisationen Entwicklung eines Anforderungskatalogs Allgemeine Anforderungen an das Abrechnungssystem 71" Funktionale Anforderungen an das Abrechnungssystem Grid-spezifische funktionale Anforderungen an das Abrechnungssystem Anforderungskatalog Zusammenfassung 83

3 3 Bestehende Ansätze zur Abrechnung im Bereich des Grid Computing Forschungsarbeiten Account Management and Information Exchange (AMIE) Accounting Processor for Event Logs (APEL) Distributed Grid Accounting System (DGAS) Grid Accounting Services Architecture (GASA) / GridBank Grid-based Application Service Provision (GRASP) Grid Service Accounting Extensions (GSAX) Nimrod/G SweGrid Accounting System (SGAS) Bewertung existierender Abrechnungssysteme anhand der identifizierten Anforderungen Arbeiten von Standardisierungsgremien Open Grid Forum (OGF) Grid Resource Allocation Agreement Protocol (GRAAP) Usage Record (UR) Resource Usage Service (RUS) Grid Economic Services Architecture (GESA) Internet Engineering Task Force Arbeiten im Kontext der Authentication, Authorization and Accounting (AAA)-WG Die erweiterte Authentication, Authorization, Accounting, Auditing und Charging (A4C)-Architektur Zusammenfassung Konzeptioneller Entwurf eines Abrechnungssystems für dynamische Virtuelle Organisationen Einführung und Vorgehensmodell Abrechnungseinheiten für Grid-Dienste und Grid-Ressourcen Klassifikation von Ressourcen im Grid-Umfeld Berechnungselemente Primärspeicherelemente Massenspeicherelemente Datenbankmanagementsysteme Netzkomponenten Softwarekomponenten Spezial-Hardware bzw. -komponenten Sonstige Ressourcenarten in Grid-Umgebungen Taxonomie von Grid-Ressourcen Granularität der Abrechnungseinheiten von Grid-Ressourcen Zusammengesetzte Abrechnungseinheiten für Grid- Ressourcen Entwicklung einer Methodik zur Spezifikation von Abrechnungseinheiten für Grid-Dienste 148

4 Beschreibung identifizierter Dienstprimitive Vorstellung der entwickelten Methodik Zusammenfassung und Bewertung des Ansatzes Verfahren zur Ermittlung abrechnungsrelevanter Nutzungs- und Messdaten Spezifikation von Mechanismen für die Nutzungserfassung Auswertung und Interpretation von Log-Dateien Abfrage lokaler Monitoring- und Metering-Komponenten Verwendung site-spezifischer Monitoring-Datenbanken Nutzung lokal eingesetzter Abrechnungssysteme Verwendung existierender Grid-Abrechnungssysteme Systematische Vorgehensweise für die Ermittlung von Messdaten Zusammenfassung Umfeld des Abrechnungssystems Komponenten bei der Verarbeitung eines Nutzerauftrages Job-Workflow bei der Ausführung eines Nutzerauftrages Architektur des Abrechnungssystems Komponenten des Abrechnungssystems Prozesse innerhalb des Abrechnungssystems Detaillierte Komponentenbeschreibung Komponente Read-In Modulbeschreibung der Komponente Read-In Prozesse der Komponente Read-In Zwischenfazit: Berücksichtigung verschiedener Verfahren zur Nutzungserfassung Komponente Zusammenführung Modulbeschreibung der Komponente Zusammenführung Prozesse der Komponente Zusammenführung ' Zwischenfazit: Erstellung von aggregierten Abrechnungsdatensätzen komplexer virtueller Dienste und Ressourcen Komponente Weitergabe Modulbeschreibung der Komponente Weitergabe Prozesse der Komponente Weitergabe Zwischenfazit: Bereitstellung von Mechanismen zur Sortierung, Filterung und Konsolidierung von Abrechnungsdaten Komponente Speicherung Modulbeschreibung der Komponente Speicherung Prozesse der Komponente Speicherung Zwischenfazit: Bereitstellung von Mechanismen zur konfigurierbaren Langzeitarchivierung von Abrechnungsdaten Komponente Visualisierung Modulbeschreibung der Komponente Visualisierung Prozesse der Komponente Visualisierung Zwischenfazit: Kundenspezifische Aufbereitung und Visualisierung von Abrechnungsdatensätzen Komponente Analyse und Prognose 281 iii

5 Modulbeschreibung der Komponente Analyse und Prognose Prozesse der Komponente Analyse und Prognose Zwischenfazit: Bereitstellung von Analyse- und Prognosefunktionen Komponente Administration Modulbeschreibung der Komponente Administration Prozesse der Komponente Administration Zwischenfazit: Bereitstellung von Mechanismen zur Konfiguration und Administration des Abrechnungssystems Komponente Hot-Accounting Modulbeschreibung der Komponente Hot-Accounting Prozesse der Komponente Hot-Accounting Zwischenfazit: Durchführung von kundenseitig initiierten Teilabrechnungen Zusammenfassung Prototypische Implementierung Beschreibung der prototypischen Umsetzung Schnittstellenspezifikation des Abrechnungssystems Technische Umsetzung einer virtuellen Rechenressource Technische Umsetzung einer virtuellen Speicherressource Technische Umsetzung eines virtuellen Dienstes Auftragsverarbeitung in Globus Toolkit XML-Schemadefinition zur Beschreibung und Validierung von Abrechnungsdatensätzen Entwicklung der XML-Schemata Beschreibung des Accounting-Testbed Gesamtbewertung der Lösung Zusammenfassung Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung der erzielten Ergebnisse Ausblick 371 A Spezifikation von Abrechnungsdaten in XML-Schema 375 Abkürzungsverzeichnis 391 Abbildungsverzeichnis 393 Tabellenverzeichnis 397 IV

6 Literaturverzeichnis 399 Index 415