@phdthesis{Elsaid2022,
  author    = {Elsaid, Mohamed Esameldin Mohamed},
  title     = {Virtual machines live migration cost modeling and prediction},
  doi       = {10.25932/publishup-54001},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-540013},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xiv, 107},
  year      = {2022},
  abstract  = {Dynamic resource management is an essential requirement for private and public cloud computing environments. With dynamic resource management, the physical resources assignment to the cloud virtual resources depends on the actual need of the applications or the running services, which enhances the cloud physical resources utilization and reduces the offered services cost. In addition, the virtual resources can be moved across different physical resources in the cloud environment without an obvious impact on the running applications or services production. This means that the availability of the running services and applications in the cloud is independent on the hardware resources including the servers, switches and storage failures. This increases the reliability of using cloud services compared to the classical data-centers environments. In this thesis we briefly discuss the dynamic resource management topic and then deeply focus on live migration as the definition of the compute resource dynamic management. Live migration is a commonly used and an essential feature in cloud and virtual data-centers environments. Cloud computing load balance, power saving and fault tolerance features are all dependent on live migration to optimize the virtual and physical resources usage. As we will discuss in this thesis, live migration shows many benefits to cloud and virtual data-centers environments, however the cost of live migration can not be ignored. Live migration cost includes the migration time, downtime, network overhead, power consumption increases and CPU overhead. IT admins run virtual machines live migrations without an idea about the migration cost. So, resources bottlenecks, higher migration cost and migration failures might happen. The first problem that we discuss in this thesis is how to model the cost of the virtual machines live migration. Secondly, we investigate how to make use of machine learning techniques to help the cloud admins getting an estimation of this cost before initiating the migration for one of multiple virtual machines. Also, we discuss the optimal timing for a specific virtual machine before live migration to another server. Finally, we propose practical solutions that can be used by the cloud admins to be integrated with the cloud administration portals to answer the raised research questions above. Our research methodology to achieve the project objectives is to propose empirical models based on using VMware test-beds with different benchmarks tools. Then we make use of the machine learning techniques to propose a prediction approach for virtual machines live migration cost. Timing optimization for live migration is also proposed in this thesis based on using the cost prediction and data-centers network utilization prediction. Live migration with persistent memory clusters is also discussed at the end of the thesis. The cost prediction and timing optimization techniques proposed in this thesis could be practically integrated with VMware vSphere cluster portal such that the IT admins can now use the cost prediction feature and timing optimization option before proceeding with a virtual machine live migration. Testing results show that our proposed approach for VMs live migration cost prediction shows acceptable results with less than 20\% prediction error and can be easily implemented and integrated with VMware vSphere as an example of a commonly used resource management portal for virtual data-centers and private cloud environments. The results show that using our proposed VMs migration timing optimization technique also could save up to 51\% of migration time of the VMs migration time for memory intensive workloads and up to 27\% of the migration time for network intensive workloads. This timing optimization technique can be useful for network admins to save migration time with utilizing higher network rate and higher probability of success. At the end of this thesis, we discuss the persistent memory technology as a new trend in servers memory technology. Persistent memory modes of operation and configurations are discussed in detail to explain how live migration works between servers with different memory configuration set up. Then, we build a VMware cluster with persistent memory inside server and also with DRAM only servers to show the live migration cost difference between the VMs with DRAM only versus the VMs with persistent memory inside.},
  language  = {en}
}
@article{GoeritzBergerGegeetal.2018,
  author    = {G{\"o}ritz, Anna and Berger, Stella A. and Gege, Peter and Grossart, Hans-Peter and Nejstgaard, Jens C. and Riedel, Sebastian and R{\"o}ttgers, R{\"u}diger and Utschig, Christian},
  title     = {Retrieval of water constituents from hyperspectral in-situ measurements under variable cloud cover},
  series = {Remote sensing / Molecular Diversity Preservation International (MDPI)},
  volume    = {10},
  journal   = {Remote sensing / Molecular Diversity Preservation International (MDPI)},
  number    = {2},
  publisher = {MDPI},
  address   = {Basel},
  issn      = {2072-4292},
  doi       = {10.3390/rs10020181},
  pages     = {19},
  year      = {2018},
  abstract  = {Remote sensing and field spectroscopy of natural waters is typically performed under clear skies, low wind speeds and low solar zenith angles. Such measurements can also be made, in principle, under clouds and mixed skies using airborne or in-situ measurements; however, variable illumination conditions pose a challenge to data analysis. In the present case study, we evaluated the inversion of hyperspectral in-situ measurements for water constituent retrieval acquired under variable cloud cover. First, we studied the retrieval of Chlorophyll-a (Chl-a) concentration and colored dissolved organic matter (CDOM) absorption from in-water irradiance measurements. Then, we evaluated the errors in the retrievals of the concentration of total suspended matter (TSM), Chl-a and the absorption coefficient of CDOM from above-water reflectance measurements due to highly variable reflections at the water surface. In order to approximate cloud reflections, we extended a recent three-component surface reflectance model for cloudless atmospheres by a constant offset and compared different surface reflectance correction procedures. Our findings suggest that in-water irradiance measurements may be used for the analysis of absorbing compounds even under highly variable weather conditions. The extended surface reflectance model proved to contribute to the analysis of above-water reflectance measurements with respect to Chl-a and TSM. Results indicate the potential of this approach for all-weather monitoring.},
  language  = {en}
}
@misc{GoeritzBergerGegeetal.2018,
  author    = {G{\"o}ritz, Anna and Berger, Stella A. and Gege, Peter and Grossart, Hans-Peter and Nejstgaard, Jens C. and Riedel, Sebastian and R{\"o}ttgers, R{\"u}diger and Utschig, Christian},
  title     = {Retrieval of water constituents from hyperspectral in-situ measurements under variable cloud cover},
  series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe},
  journal   = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe},
  number    = {941},
  issn      = {1866-8372},
  doi       = {10.25932/publishup-45983},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459837},
  pages     = {21},
  year      = {2018},
  abstract  = {Remote sensing and field spectroscopy of natural waters is typically performed under clear skies, low wind speeds and low solar zenith angles. Such measurements can also be made, in principle, under clouds and mixed skies using airborne or in-situ measurements; however, variable illumination conditions pose a challenge to data analysis. In the present case study, we evaluated the inversion of hyperspectral in-situ measurements for water constituent retrieval acquired under variable cloud cover. First, we studied the retrieval of Chlorophyll-a (Chl-a) concentration and colored dissolved organic matter (CDOM) absorption from in-water irradiance measurements. Then, we evaluated the errors in the retrievals of the concentration of total suspended matter (TSM), Chl-a and the absorption coefficient of CDOM from above-water reflectance measurements due to highly variable reflections at the water surface. In order to approximate cloud reflections, we extended a recent three-component surface reflectance model for cloudless atmospheres by a constant offset and compared different surface reflectance correction procedures. Our findings suggest that in-water irradiance measurements may be used for the analysis of absorbing compounds even under highly variable weather conditions. The extended surface reflectance model proved to contribute to the analysis of above-water reflectance measurements with respect to Chl-a and TSM. Results indicate the potential of this approach for all-weather monitoring.},
  language  = {en}
}
@book{MeinelRenzLuderichetal.2019,
  author    = {Meinel, Christoph and Renz, Jan and Luderich, Matthias and Malyska, Vivien and Kaiser, Konstantin and Oberl{\"a}nder, Arne},
  title     = {Die HPI Schul-Cloud},
  number    = {125},
  publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam},
  address   = {Potsdam},
  isbn      = {978-3-86956-453-1},
  issn      = {1613-5652},
  doi       = {10.25932/publishup-42306},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-423062},
  publisher      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {57},
  year      = {2019},
  abstract  = {Die digitale Transformation durchdringt alle gesellschaftlichen Ebenen und Felder, nicht zuletzt auch das Bildungssystem. Dieses ist auf die Ver{\"a}nderungen kaum vorbereitet und begegnet ihnen vor allem auf Basis des Eigenengagements seiner Lehrer*innen. Strukturelle Reaktionen auf den Mangel an qualitativ hochwertigen Fortbildungen, auf schlecht ausgestattete Unterrichtsr{\"a}ume und nicht professionell gewartete Computersysteme gibt es erst seit kurzem. Doch auch wenn Beharrungskr{\"a}fte unter P{\"a}dagog*innen verbreitet sind, erfordert die Transformation des Systems Schule auch eine neue Mentalit{\"a}t und neue Arbeits- und Kooperationsformen. Zeitgem{\"a}ßer Unterricht ben{\"o}tigt moderne Technologie und zeitgem{\"a}ße IT-Architekturen. Nur Systeme, die f{\"u}r Lehrer*innen und Sch{\"u}ler*innen problemlos verf{\"u}gbar, benutzerfreundlich zu bedienen und didaktisch flexibel einsetzbar sind, finden in Schulen Akzeptanz. Hierf{\"u}r haben wir die HPI Schul-Cloud entwickelt. Sie erm{\"o}glicht den einfachen Zugang zu neuesten, professionell gewarteten Anwendungen, verschiedensten digitalen Medien, die Vernetzung verschiedener Lernorte und den rechtssicheren Einsatz von Kommunikations- und Kollaborationstools. Die Entwicklung der HPI Schul-Cloud ist umso notwendiger, als dass rechtliche Anforderungen - insbesondere aus der Datenschutzgrundverordnung der EU herr{\"u}hrend - den Einsatz von Cloud-Anwendungen, die in der Arbeitswelt verbreitet sind, in Schulen unm{\"o}glich machen. Im Bildungsbereich verbreitete Anwendungen sind gr{\"o}ßtenteils technisch veraltet und nicht benutzerfreundlich. Dies n{\"o}tigt die Bundesl{\"a}nder zu kostspieligen Eigenentwicklungen mit Aufw{\"a}nden im zweistelligen Millionenbereich - Projekte die teilweise gescheitert sind. Dank der modularen Micro-Service-Architektur k{\"o}nnen die Bundesl{\"a}nder zuk{\"u}nftig auf die HPI Schul-Cloud als technische Grundlage f{\"u}r ihre Eigen- oder Gemeinschaftsprojekte zur{\"u}ckgreifen. Hierf{\"u}r gilt es, eine nachhaltige Struktur f{\"u}r die Weiterentwicklung der Open-Source-Software HPI Schul-Cloud zu schaffen. Dieser Bericht beschreibt den Entwicklungsstand und die weiteren Perspektiven des Projekts HPI Schul-Cloud im Januar 2019. 96 Schulen deutschlandweit nutzen die HPI Schul-Cloud, bereitgestellt durch das Hasso-Plattner-Institut. Weitere 45 Schulen und Studienseminare nutzen die Nieders{\"a}chsische Bildungscloud, die technisch auf der HPI Schul-Cloud basiert. Das vom Bundesministerium f{\"u}r Bildung und Forschung gef{\"o}rderte Projekt l{\"a}uft in der gegenw{\"a}rtigen Roll-Out-Phase bis zum 31. Juli 2021. Gemeinsam mit unserem Kooperationspartner MINT-EC streben wir an, die HPI Schul-Cloud m{\"o}glichst an allen Schulen des Netzwerks einzusetzen.},
  language  = {de}
}
@book{MeinelGayvoronskayaSchnjakin2018,
  author    = {Meinel, Christoph and Gayvoronskaya, Tatiana and Schnjakin, Maxim},
  title     = {Blockchain},
  number    = {124},
  publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam},
  address   = {Potsdam},
  isbn      = {978-3-86956-441-8},
  issn      = {1613-5652},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414525},
  publisher      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {102},
  year      = {2018},
  abstract  = {The term blockchain has recently become a buzzword, but only few know what exactly lies behind this approach. According to a survey, issued in the first quarter of 2017, the term is only known by 35 percent of German medium-sized enterprise representatives. However, the blockchain technology is very interesting for the mass media because of its rapid development and global capturing of different markets. For example, many see blockchain technology either as an all-purpose weapon— which only a few have access to—or as a hacker technology for secret deals in the darknet. The innovation of blockchain technology is found in its successful combination of already existing approaches: such as decentralized networks, cryptography, and consensus models. This innovative concept makes it possible to exchange values in a decentralized system. At the same time, there is no requirement for trust between its nodes (e.g. users). With this study the Hasso Plattner Institute would like to help readers form their own opinion about blockchain technology, and to distinguish between truly innovative properties and hype. The authors of the present study analyze the positive and negative properties of the blockchain architecture and suggest possible solutions, which can contribute to the efficient use of the technology. We recommend that every company define a clear target for the intended application, which is achievable with a reasonable cost-benefit ration, before deciding on this technology. Both the possibilities and the limitations of blockchain technology need to be considered. The relevant steps that must be taken in this respect are summarized /summed up for the reader in this study. Furthermore, this study elaborates on urgent problems such as the scalability of the blockchain, appropriate consensus algorithm and security, including various types of possible attacks and their countermeasures. New blockchains, for example, run the risk of reducing security, as changes to existing technology can lead to lacks in the security and failures. After discussing the innovative properties and problems of the blockchain technology, its implementation is discussed. There are a lot of implementation opportunities for companies available who are interested in the blockchain realization. The numerous applications have either their own blockchain as a basis or use existing and widespread blockchain systems. Various consortia and projects offer "blockchain-as-a-service{\"a}nd help other companies to develop, test and deploy their own applications. This study gives a detailed overview of diverse relevant applications and projects in the field of blockchain technology. As this technology is still a relatively young and fast developing approach, it still lacks uniform standards to allow the cooperation of different systems and to which all developers can adhere. Currently, developers are orienting themselves to Bitcoin, Ethereum and Hyperledger systems, which serve as the basis for many other blockchain applications. The goal is to give readers a clear and comprehensive overview of blockchain technology and its capabilities.},
  language  = {en}
}
@book{GayvoronskayaMeinelSchnjakin2018,
  author    = {Gayvoronskaya, Tatiana and Meinel, Christoph and Schnjakin, Maxim},
  title     = {Blockchain},
  number    = {113},
  publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam},
  address   = {Potsdam},
  isbn      = {978-3-86956-394-7},
  issn      = {1613-5652},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103141},
  publisher      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {109},
  year      = {2018},
  abstract  = {Der Begriff Blockchain ist in letzter Zeit zu einem Schlagwort geworden, aber nur wenige wissen, was sich genau dahinter verbirgt. Laut einer Umfrage, die im ersten Quartal 2017 ver{\"o}ffentlicht wurde, ist der Begriff nur bei 35 Prozent der deutschen Mittelst{\"a}ndler bekannt. Dabei ist die Blockchain-Technologie durch ihre rasante Entwicklung und die globale Eroberung unterschiedlicher M{\"a}rkte f{\"u}r Massenmedien sehr interessant. So sehen viele die Blockchain-Technologie entweder als eine Allzweckwaffe, zu der aber nur wenige einen Zugang haben, oder als eine Hacker-Technologie f{\"u}r geheime Gesch{\"a}fte im Darknet. Dabei liegt die Innovation der Blockchain-Technologie in ihrer erfolgreichen Zusammensetzung bereits vorhandener Ans{\"a}tze: dezentrale Netzwerke, Kryptographie, Konsensfindungsmodelle. Durch das innovative Konzept wird ein Werte-Austausch in einem dezentralen System m{\"o}glich. Dabei wird kein Vertrauen zwischen dessen Knoten (z.B. Nutzer) vorausgesetzt. Mit dieser Studie m{\"o}chte das Hasso-Plattner-Institut den Lesern helfen, ihren eigenen Standpunkt zur Blockchain-Technologie zu finden und dabei dazwischen unterscheiden zu k{\"o}nnen, welche Eigenschaften wirklich innovativ und welche nichts weiter als ein Hype sind. Die Autoren der vorliegenden Arbeit analysieren positive und negative Eigenschaften, welche die Blockchain-Architektur pr{\"a}gen, und stellen m{\"o}gliche Anpassungs- und L{\"o}sungsvorschl{\"a}ge vor, die zu einem effizienten Einsatz der Technologie beitragen k{\"o}nnen. Jedem Unternehmen, bevor es sich f{\"u}r diese Technologie entscheidet, wird dabei empfohlen, f{\"u}r den geplanten Anwendungszweck zun{\"a}chst ein klares Ziel zu definieren, das mit einem angemessenen Kosten-Nutzen-Verh{\"a}ltnis angestrebt werden kann. Dabei sind sowohl die M{\"o}glichkeiten als auch die Grenzen der Blockchain-Technologie zu beachten. Die relevanten Schritte, die es in diesem Zusammenhang zu beachten gilt, fasst die Studie f{\"u}r die Leser {\"u}bersichtlich zusammen. Es wird ebenso auf akute Fragestellungen wie Skalierbarkeit der Blockchain, geeigneter Konsensalgorithmus und Sicherheit eingegangen, darunter verschiedene Arten m{\"o}glicher Angriffe und die entsprechenden Gegenmaßnahmen zu deren Abwehr. Neue Blockchains etwa laufen Gefahr, geringere Sicherheit zu bieten, da {\"A}nderungen an der bereits bestehenden Technologie zu Schutzl{\"u}cken und M{\"a}ngeln f{\"u}hren k{\"o}nnen. Nach Diskussion der innovativen Eigenschaften und Probleme der Blockchain-Technologie wird auf ihre Umsetzung eingegangen. Interessierten Unternehmen stehen viele Umsetzungsm{\"o}glichkeiten zur Verf{\"u}gung. Die zahlreichen Anwendungen haben entweder eine eigene Blockchain als Grundlage oder nutzen bereits bestehende und weitverbreitete Blockchain-Systeme. Zahlreiche Konsortien und Projekte bieten „Blockchain-as-a-Service" an und unterst{\"u}tzen andere Unternehmen beim Entwickeln, Testen und Bereitstellen von Anwendungen. Die Studie gibt einen detaillierten {\"U}berblick {\"u}ber zahlreiche relevante Einsatzbereiche und Projekte im Bereich der Blockchain-Technologie. Dadurch, dass sie noch relativ jung ist und sich schnell entwickelt, fehlen ihr noch einheitliche Standards, die Zusammenarbeit der verschiedenen Systeme erlauben und an die sich alle Entwickler halten k{\"o}nnen. Aktuell orientieren sich Entwickler an Bitcoin-, Ethereum- und Hyperledger-Systeme, diese dienen als Grundlage f{\"u}r viele weitere Blockchain-Anwendungen. Ziel ist, den Lesern einen klaren und umfassenden {\"U}berblick {\"u}ber die Blockchain-Technologie und deren M{\"o}glichkeiten zu vermitteln.},
  language  = {de}
}
@book{MeinelRenzGrellaetal.2017,
  author    = {Meinel, Christoph and Renz, Jan and Grella, Catrina and Karn, Nils and Hagedorn, Christiane},
  title     = {Die Cloud f{\"u}r Schulen in Deutschland},
  publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam},
  address   = {Potsdam},
  isbn      = {978-3-86956-397-8},
  issn      = {1613-5652},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103858},
  publisher      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {50},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die digitale Entwicklung durchdringt unser Bildungssystem, doch Schulen sind auf die Ver{\"a}nderungen kaum vorbereitet: {\"U}berforderte Lehrer/innen, infrastrukturell schwach ausgestattete Unterrichtsr{\"a}ume und unzureichend gewartete Computernetzwerke sind keine Seltenheit. Veraltete Hard- und Software erschweren digitale Bildung in Schulen eher, als dass sie diese erm{\"o}glichen: Ein zukunftssicherer Ansatz ist es, die Rechner weitgehend aus den Schulen zu entfernen und Bildungsinhalte in eine Cloud zu {\"u}berf{\"u}hren. Zeitgem{\"a}ßer Unterricht ben{\"o}tigt moderne Technologie und eine zukunftsorientierte Infrastruktur. Eine Schul-Cloud (https://hpi.de/schul-cloud) kann dabei helfen, die digitale Transformation in Schulen zu meistern und den f{\"a}cher{\"u}bergreifenden Unterricht mit digitalen Inhalten zu bereichern. Den Sch{\"u}ler/innen und Lehrkr{\"a}ften kann sie viele M{\"o}glichkeiten er{\"o}ffnen: einen einfachen Zugang zu neuesten, professionell gewarteten Anwendungen, die Vernetzung verschiedener Lernorte, Erleichterung von Unterrichtsvorbereitung und Differenzierung. Die Schul-Cloud bietet Flexibilit{\"a}t, f{\"o}rdert die schul- und f{\"a}cher{\"u}bergreifende Anwendbarkeit und schafft eine wichtige Voraussetzung f{\"u}r die gesellschaftliche Teilhabe und Mitgestaltung der digitalen Welt. Neben den technischen Komponenten werden im vorliegenden Bericht ausgew{\"a}hlte Dienste der Schul-Cloud exemplarisch beschrieben und weiterf{\"u}hrende Schritte aufgezeigt. Das in Zusammenarbeit mit zahlreichen Expertinnen und Experten am Hasso-Plattner-Institut (HPI) entwickelte und durch das Bundesministerium f{\"u}r Bildung und Forschung (BMBF) gef{\"o}rderte Konzept einer Schul-Cloud stellt eine wichtige Grundlage f{\"u}r die Einf{\"u}hrung Cloud-basierter Strukturen und -Dienste im Bildungsbereich dar. Gemeinsam mit dem nationalen Excellence-Schulnetzwerk MINT-EC als Kooperationspartner startet ab sofort die Pilotphase. Aufgrund des modularen, skalierbaren Ansatzes der Schul-Cloud kommt dem infrastrukturellen Prototypen langfristig das Potential zu, auch {\"u}ber die begrenzte Anzahl an Pilotschulen hinaus bundesweit effizient eingesetzt zu werden.},
  language  = {de}
}
@book{OPUS4-6813,
  title     = {Cloud security mechanisms},
  number    = {87},
  editor    = {Neuhaus, Christian and Polze, Andreas},
  publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam},
  address   = {Potsdam},
  isbn      = {978-3-86956-281-0},
  issn      = {1613-5652},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-68168},
  publisher      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {78},
  year      = {2014},
  abstract  = {Cloud computing has brought great benefits in cost and flexibility for provisioning services. The greatest challenge of cloud computing remains however the question of security. The current standard tools in access control mechanisms and cryptography can only partly solve the security challenges of cloud infrastructures. In the recent years of research in security and cryptography, novel mechanisms, protocols and algorithms have emerged that offer new ways to create secure services atop cloud infrastructures. This report provides introductions to a selection of security mechanisms that were part of the "Cloud Security Mechanisms" seminar in summer term 2013 at HPI.},
  language  = {en}
}