Bedarfsabhängige Ressourcenzuteilung für Onlinespiele

Der Markt für Onlineunterhaltung und Onlinespiele ist ein weltweit stark expandierender Sektor. Die Abonnentenzahlen für Massively Multiplayer Online Games (MMOG) sind von zehntausenden im Jahr 1997 auf über 6.7 Millionen im Jahr 2003 gewachsen. Bis zum Jahr 2011 werden Abonnentenzahlen von über 60 Millionen erwartet. Heutige MMOGs basieren auf Client-Server Architekturen - Serverdienstleister stellen dafür große statische Infrastrukturen bestehend aus hunderten oder tausenden von Computern für jedes einzelne Spiel bereit, um die erforderliche Dienstgüte (QoS) für alle Spieler zu erreichen. Aufgrund des äusserst dynamischen Ressourcenbedarfs von MMOGs, bleibt der überwiegende Teil der zur Verfügung gestellten Ressourcen meist ungenutzt, auch bei großen Ressourcenanbietern, welche mehrere Spiele parallel anbieten. Diese Ineffizienz bei der Ressourcennutzung führt zu negativen ökonomischen Auswirkungen, welche nur den größten Serverdienstleistern einen Zugang zu diesem Markt ermöglichen und damit auch zu dramatisch erhöhten Preisen. Das neue Forschungsgebiet Cloud Computing verspricht eine kostengünstigere Alternative, um die benötigten Ressourcen zu erhalten, indem virtualisierte Ressourcen aus spezialisierten Datencentern nur genau für jene Zeiträume angemietet werden können, in denen sie auch tatsächlich benötigt werden, statt selbst große und teure Hardware zu kaufen, welche hohe Erhaltungskosten verursacht und zugleich sehr schnell veraltete Technologie darstellt. Trotz der Existenz von vielen Anbietern mit einer potentiell unbegrenzten Anzahl von virtualisierten Ressourcen ist Cloud Computing noch immer ein Bereich der hauptsächlich für Web-hosting oder datenintensive Anwendungen genutzt wird. Die Nutzbarkeit für rechenintensive Applikationen ist bis heute nahezu unerforscht. In diesem Projekt ist geplant, grundlegende Methoden und generische Techniken zu entwickeln, welche es erlauben, Cloud Computing Ressourcen unter Einhaltung von Dienstgüteanforderungen (QoS) für rechenintensive Echtzeitapplikationen verfügbar zu machen. Dabei stehen folgende wissenschaftliche Ziele im Vordergrund: Leistungsmodelle für virtualisierte Cloud Ressourcen und Charakterisierung der Overheads für Virtualisierung und Software deployment; Proaktive, dynamische Schedulingstrategien basierend auf Dienstgüte-Verhandlungen, -Monitoring und - Durchsetzung; SLA Provisioning-Modelle, welche das Gleichgewicht zwischen Risiken, Vergütung und Sanktionen optimieren Methoden zur Ressourcenzuteilung, basierend auf Zeit/Raum/Kosten Mietbedingungen, sowie eine Analyse zum Vergleich der Anmietung von Cloud Ressourcen und konventioneller Betrieb von parallelen/Grid Ressourcen. Das Endziel des Projekts ist es, die erforschten generischen Methoden auf MMOGs, eine neue Klasse von Applikationen mit starker sozialer Relevanz, sowie hohen Anforderungen an Rechenleistung und Dienstgüte, anzuwenden, um folgende drei innovative Ziele zu erreichen: Skalierbarkeit einer Spielesession auf Cloud Infrastrukturen für höhere Spieleranzahlen als der aktuelle Stand der Entwicklung (rund 64-128 Spieler für Actionspiele) Billigere, bedarfsabhängige Zuteilung von Ressourcen durch Nutzung von Cloudressourcen basierend auf Grundlage der aktuellen Last Durchsetzung von Dienstgüteanforderungen mit nathlosem Load-Balancing und transparenter Migration von Spielern von überlasteten Serven auf nicht vollständig genutzte Server innerhalb des gleichen Cloudproviders sowie auch auf Ressourcen anderer Cloudprovider

Heutzutage haben erfolgreiche Massively Multiplayer Online Games (MMOGs) Millionen von registrierten Benutzern und mehrere hunderttausend aktive Spieler. Um bei dieser sehr variablen Anzahl an gleichzeitigen Spielern eine sehr gute Spielqualität gewährleisten zu können, müssen die Spielbetreiber mehr Ressourcen bereitstellen als im Durchschnitt gebraucht wird, um Lastspitzen abfedern zu können ohne das die Qualität darunter leidet. Diese überzähligen Ressourcen werden die meiste Zeit nicht gebraucht, sie verursachen aber Kosten. Aufgrund dessen können nur große Anbieter im MMOG-Markt mitmischen, was zu Monopolstellungen und überhöhten Preisen führt.Zur Lösung dieses Problems haben wir in diesem Projekt ein neues Ökosystem für das Hosten und Bereitstellen von MMOGs vorgeschlagen, welches die traditionellen großen MMOG Firmen in drei leichtgewichtige und spezialisierte Dienstanbieter aufteilt: Spielanbieter, Spielbetreiber und Ressourcenanbieter. Ihre Zusammenarbeit wird durch umfassende Service Level Agreements (SLA), in denen Preise, Betriebsbedingungen und Entschädigungen bei Dienstgüteverletzungen festgesetzt werden, geregelt. In unserem Modell werden die Ressourcenanbieter durch Infrastructure-as-a-Service Cloud-Anbieter repräsentiert, welche Ressourcen an ihre Kunden stundenweise vermieten. Diese Kunden sind in unserem Fall die Spielbetreiber, die mehrere MMOGs gleichzeitig betreiben und die von mehreren Cloud-Anbietern gemieteten Ressourcen gemäß dynamischer Lastvorhersagen auf die verschiedenen MMOGs aufteilen. Ihre Aufgabe ist es, für einen effizienten und ordentlichen Spielablauf zu sorgen und eine gute Spielqualität unter veränderlichen Lastbedingungen und Ressourcenverfügbarkeit sicherzustellen. Die MMOGs erhalten sie von Spielanbietern, die MMOGs entwickeln und an Spielbetreiber lizenzieren. Diese Aufteilung des MMOG-Marktes auf diese drei voneinander unabhängigen, kleineren und agileren Dienstanbietern ermöglicht es auch kleinen und mittleren Unternehmen und den aktuell existierenden kommerziellen Cloud-Anbietern, am MMOG-Markt ohne allzu große Anfangsinvestitionen mitzumachen.Wir haben durch Simulationen, basierend auf Trace-Daten von RuneScape, eines der größten MMOGs derzeit am Markt, gezeigt, dass unser neues Cloud-basiertes Hosting-Modell eine Verringerung der Ressourcenverschwendung um 250 % bei Verwendung von eigenen Ressourcen und um 25 % bei Verwendung von geleasten Ressourcen bewirkt. Mit Hilfe unseres Geschäftsmodells können state-of-the-art MMOGs mit einem durchschnittlichen Bruttogewinn von bis zu 6 Millionen $ betrieben werden, während gleichzeitig eine hohe Spielqualität gewährleistet werden kann. Außerdem kann mit Hilfe unseres Ansatzes auch die nächste Generation an interaktiven MMOGs mit nur einer Erhöhung der Teilnehmergebühren um 5.8 % betrieben werden. Wir haben auch gezeigt, dass die Einführung von Vertragsstrafen für Dienstgüteverletzungen zu einem Anstieg des Einkommens des Spielbetreibers um 11 16 % führen kann.