Towards the Governance of Open Distributed Grids: A Case Study in Wireless Mobile Grids

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Balke, Tina:
Towards the Governance of Open Distributed Grids: A Case Study in Wireless Mobile Grids.
Bayreuth : Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik , 2011
( Dissertation, 2011 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

New networking technologies such as wireless mobile grids and peer-to-peer middleware are examples of a growing class of open distributed systems whose strength is the absence of a central controlling instance and which function through the cooperation of autonomous entities that voluntarily commit resources to a common pool. The social dilemma in such systems is that it is advantageous for rational users to access the common pool resources without making any commitment of their own. This is commonly known as ``free-riding''. However, if a substantial number of users followed this selfish strategy, the system itself would fail, depriving all users of its benefits. In this dissertation, we demonstrate how governance decisions can induce cooperation in such systems and how normative frameworks in combination with multi-agent system simulations can be successfully employed to analyse their effects, even at an early development stage. We show that our approach is not only practical and powerful, but also easily accessible. We demonstrate its functionality by implementing a prototype to explore the impact of enforcement mechanisms on wireless mobile grids, a concept which has been proposed to address the energy issues arising in the next generation of mobile phones and the networks that connect them. We also infer lessons from this example for open distributed systems in general. Simulation experiments quantify the benefits of enforcement mechanisms for wireless mobile grids. We analyse these results with respect to the costs of enforcement as well as further criteria that reflect the interests of the multiple stakeholders in the system. We conclude with some observations on how the lessons learned from both process and outcomes may be applicable to the broader context of open distributed systems. In particular, we highlight (i) the use of simulation using intelligent agents and a normative framework as a means for in silico exploration of complex systems for both business and technological objectives, and (ii) the insight offered into a range of enforcement mechanisms and a better understanding of the conditions and constraints under which they are applicable.

Abstract in weiterer Sprache

Die Dissertation "Towards the Governance of Open Distributed Systems - A Case Study in Wireless Mobile Grids" beschäftigt sich mit normativen Eingriffen und deren Auswirkungen auf offene verteilte Systeme, in denen Akteure mit möglicherweise konfliktären und eigennutzenmaximierenden Interessen miteinander interagieren. Ausgehend von sogenannten "Wireless Mobile Grids" (WMG)- einer spezifischen Ausprägung eines offenen verteilten Systems, welches vor allem für die Mobilfunkbranche große Bedeutung hat - wird in der Dissertation sowohl für das spezifische WMG-Szenario als auch allgemein gültig für offene verteilte Systeme untersucht, inwieweit nicht-technische Durchsetzungsmechanismen kooperatives Verhalten von Akteuren fördern und welche Auswirkungen unterschiedliche Mechanismen auf die verschiedenen Stakeholder des Systems haben. Bei WMG handelt es sich um ein Kooperationskonzept für die vierte Mobilfunkgeneration, in welchem sich einzelne Mobilfunknutzer mit unterschiedlichen Endgeräten mittels einer Kurz-Distanz-Verbindung (bspw. WLAN oder Bluetooth) in einer Peer-to-Peer-Manier untereinander verbinden und diese Verbindung zur Kooperation nutzen. Der Vorteil der Kurz-Distanz-Verbindung liegt in schnelleren und energieeffizienteren Kommunikationsprotokollen. Die Mobilfunknutzer profitieren entsprechend bspw. von schnelleren Datenraten und längeren Akkulaufzeiten. Zudem wird aus Sicht des Mobilfunknetzbetreiber die Netzwerkinfrastruktur entlastet. Trotz des theoretisch hohen Energieeinsparungspotential gibt es derzeit von Seiten der Mobilfunkbranche Zweifel am Konzept der WMG, welche primär auf befürchtete Kooperationsprobleme zurückzuführen sind. Für die Akteure im System ist es günstiger zu betrügen (d.h. Ressourcen zu beziehen ohne selbst Ressourcen zur Verfügung zu stellen), da jeder Beitrag zum System in Form von Kosten (wie beispielsweise Energiekosten) kommt. Deshalb werden Normen benötigt, welche helfen Kooperation zu fördern. Durch die offene dezentrale Struktur des Systems ist es nicht möglich, implizit von einer Durchsetzbarkeit der Normen auszugehen, folglich stellt sich die Frage, wie mögliche Durchsetzungsmechanismen mit Blick auf die Beseitigung des Kooperationsproblems wirken. Basierend auf realen Handydaten wurde in der Dissertation eine Multiagenten-Simulation entwickelt, die es ermöglicht, verschiedene Durchsetzungsmechanismen zu analysieren. In diesem Zusammenhang leistet die Dissertation einen wissenschaftlichen Beitrag durch die Untersuchung der folgenden vier Hauptforschungsfragen: 1. Wie ist es möglich, die dynamische Interaktion von Akteuren eines Systems mit den im System vorhandenen Normen darzustellen? Im Detail wird beantwortet, wie normative Informationen den Akteuren in einem verteilten offenen System zugänglich gemacht werden können, und wie diese Akteure die entsprechenden Informationen für ihre Entscheidungsprozesse nutzen können. 2. Welche Durchsetzungsmechanismen kann man grundlegend unterscheiden, und wie könnte man diese für das beschriebene WMG Problem einsetzen? 3. Wie ist der Erfolg eines Durchsetzungsmechanismus mit Blick auf die unterschiedlichen Stakeholder des Systems zu bewerten? 4. Die im Rahmen des WMG-Szenarios gefundenen Ergebnisse wurden in der Dissertation zusätzlich dahingehend untersucht, welche Bedeutung sie im allgemeinen für offene verteilte Systeme haben und inwiefern sich allgemeine Aussagen für Durchsetzungsmechanismen in offenen verteilten Systemen treffen lassen.