Energy aware service based information systems

The problem of Information Technology energy consumption has gained much attention recently due to the always increasing use of IT both for business and for personal reasons. In particular, data centers are now playing a much more important role in the modern society, where the information is available all the time and everywhere. In parallel with this scenario, governmental institutions have launched many international programs and regulations in order to measure and to reduce energy consumption in many areas, including Information and Communication Technology. In this context, the aim of this thesis is to study energy efficiency issues within data centers from the Information System perspective. The proposed approach integrates the application and infrastructure capabilities through Business Process co-design, in which the enactment of adaptation mechanisms is aligned with the business process requirements. Based on both energy and quality dimensions of service-based applications, we propose a model based approach and formulate a new constrained optimization problem that takes into consideration over-constrained solutions where the goal is to obtain the better trade-off between energy consumption and performance. These ideas are combined within a framework in which energy and performance do not always represent opposite objectives, but they are context dependent. Such dependencies are represented as a goal-based model, in which time-based analysis allow the identification of potential system threats and drive the selection of adaptation actions improving global quality and energy indicators. In addition, the framework includes an evolution mechanism that is able to evaluate past decisions feedback in order to adjust the model according to the current underlying environment. Finally, the benefits of the approach are analyzed in an experimental setting.

Il problema del consumo energetico nell’Information Technology ha guadagnato molta attenzione recentemente a causa dell’uso sempre crescente dell’IT, sia a livello imprenditoriale che nella vita quotidiana. In particolare, i data center stanno giocando un ruolo sempre più importante nella società moderna, in cui l’informazione è disponibile ovunque e in ogni momento. Parallelamente a questo scenario, le istituzioni governative hanno lanciato molti programmi e regolamenti internazionali al fine di misurare e ridurre il consumo energetico in molti settori, tra cui l’Information and Communication Technology. In questo contesto, l’obiettivo di questa tesi è quello di studiare i problematiche legati all’efficienza energetica all’interno dei data center dal punto di vista dei sistemi informativi. L’approccio proposto integra le funzionalità delle applicazioni e delle infrastrutture attraverso il Business Process co-design, nel quale l’adozione di meccanismi di adattamento è allineata ai requisiti del processo di business. Basandosi sulle grandezze di energia e qualità delle applicazioni basate sui servizi, proponiamo un approccio basato sui modelli e formuliamo un nuovo problema di ottimizzazione che prende in considerazione soluzioni over-constrained in cui l’obiettivo è quello di ottenere il miglior compromesso tra consumo energetico e prestazioni. Queste idee sono combinate in un framework in cui energia e prestazioni non sempre rappresentano obiettivi opposti, ma sono dipendenti dal contesto. Queste dipendenze sono rappresentate tramite un modello basato sugli obiettivi, in cui analisi temporali consentono di individuare potenziali minacce al sistema e guidare la selezione delle azioni di adattamento per migliorare gli indicatori globali di qualità ed energia. Inoltre, il framework comprende un meccanismo di evoluzione che è in grado di valutare il risultato di decisioni passate per regolare il modello in base ai cambiamenti dell’ambiente. In fine, i vantaggi del metodo vengono analizzati in un dispositivo sperimentale.