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Seit dem Aufkommen Internet-basierter Kommunikationsdienste ist die traditionelle Telekommunikationsindustrie einer stets wachsenden Konkurrenz ausgesetzt und steht unter zunehmendem Kostendruck. Die Einführung paketvermittelnder Next Generation Network (NGN) basierter Kommunikationsinfrastrukturen ermöglicht schon heute einer Vielzahl von Netzbetreibern signifikante Kostenersparnisse durch Konsolidierung der Netzinfrastrukturen und durch Konvergenz mobiler, Festnetz-, Kabel- und Satelliten-basierter Zugangsnetze. Auf der Dienstebene setzen sich zunehmend dienstorientierte Architekturen durch, die Kostenersparnisse durch erhöhte Widerverwendbarkeit von Dienstkomponenten und durch schnellere und einfachere Integration neuer Dienste in Dienstbereitstellungs- und Betriebsunterstützungssysteme ermöglichen. Auf Grund der ökonomischen Vorteile elastisch skalierender Cloud-basierten Anwendungen und nutzungsbasierter Abrechnungsmodelle werden kommerzielle Cloud Infrastrukturen schon heute von einer Vielzahl von Anbietern Web-basierter Dienste genutzt. Für Anbieter von NGN Diensten stellen mangelnde Mechanismen zur Sicherstellung garantierbarer Dienstgüten und fehlende, elastische Skalierbarkeit von NGN Diensten wesentliche Hinderungsgründe für die Nutzung externer Cloud Infrastrukturen dar. Für die Überwindung dieser Hindernisse schlägt die vorliegende Arbeit ein System vor, welches Föderationsmechanismen, effiziente Ressourcenallokationstechniken und Mechanismen zur Überwachung und Sicherstellung der Ende-zu-Ende Dienstgüte nutzt um externe Cloudinfrastrukturen für die Erbringung von NGN Diensten nutzbar zu machen. Dabei werden Prinzipen dienstorientierter Architekturen, Politiken-basiertes Management und geschlossene Regelkreise aus dem Bereich des Autonomic Computing ausgenutzt. Aus der Perspektive von Anbietern NGN Dienste werden die Anforderungen für Ressourcen-effizientes Dienstgütemanagement von, auf föderierten Cloud Infrastrukturen betriebenen Diensten analysiert. Die vorgeschlagenen Mechanismen werden anhand von realen NGN Diensten, realistischen Betriebslasten in emulierten und geographisch verteilten Cloud-Umgebungen validiert und evaluiert. Eine Leistungsbewertung gibt Aufschluss über die Anwendbarkeit, Grenzen und Wirksamkeit des vorgeschlagenen Ansatzes. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen der Tätigkeit des Autors als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Offene Kommunikationssysteme (FOKUS) in Berlin erstellt. Die Ergebnisse wurden im Rahmen nationaler und internationaler Forschungs- und Industrieprojekte erarbeitet und publiziert. Die Ergebnisse flossen auch in offene IEEE Standards für Föderationsmechanismen für Cloud Plattformen, in Industrielösungen und weitere Forschungsprojekte ein. ; Challenged by an ever-increasing competition of purely internet-based providers of communication services, incumbent NGN service providers are constantly looking for new means that are allowing for lowering capital expenditures and operational costs. To this end the majority of telecommunication operators have lately adopted all-IP based Next Generation Network (NGN) platforms for network infrastructure consolidation and for convergence of fixed, mobile, cable and satellite networks. For cost-efficiently providing NGN services, service oriented architecture (SOA) based service delivery mechanisms are continuously being utilized, allowing for increased service re-usability and lower service integration and management overheads. Elastic cloud computing mechanisms as well as attractive pay-per-use cost models of public cloud providers already have attracted a broad range of web service providers. For providers of real-time, conversational, highly reliable NGN services however, the lack of mechanisms for cost-efficient and quality-assured service delivery still represents a significant obstacle for utilization of public clouds. This work proposes a system which tries to overcome these obstacles, exploiting the cloud provider market through cloud federation mechanisms, efficient cloud resource allocation mechanisms as well as on End-to-End QoS monitoring and assurance mechanisms. To this end, the approach exploits SOA principles, policy-based management, and autonomic computing mechanisms. Taking the viewpoint of NGN service providers, this work analyses the requirements and critical factors for resource efficient, service quality management of NGN services that are deployed on multiple federated cloud infrastructures. Proposed mechanisms are validated and evaluated in isolated testbeds as well as large-scale multi-cloud facilities, operating standard-based NGN platforms and delivering real NGN services under realistic NGN workloads. The performance evaluations provide insights into applicability, effectiveness and efficiency of the proposed approach. The author, a senior scientist with Fraunhofer's Institute for Open Communication Systems (FOKUS) in Berlin, leading the Future Internet team at the department for Next Generation Network Infrastructures (NGNI) conducted, this work in the context of several industry, national and European research projects, supervising several diploma and master theses. Results were published in multiple research papers, books and journals, and frequently presented at international tutorials. Aspects of the developed system were used for contributions to the IEEE cloud federation standardization, integrated into industry solutions, testbed infrastructures and used as a basis for further, currently ongoing research projects.

Nowadays the developments of power supplies in military, industrial or commercial applications are growing rapidly, not only to achieve the highest efficiency but also to focus on the size and weight minimization which are playing a major role in this area. Therefore, the research trends in dc-dc, ac-dc, dc-ac, ac-ac topologies are still continuously developing into the direction of new topologies, new control concepts, new materials and devices to achieve highest efficiency and smallest size. The cost per unit is also one of the most important points of power supplies. Also, with new control methods and new ways of manufacturing, for example, the cost per unit might be reduced. Also, a simplified control concept might help to avoid discrete circuits, especially, at low power levels. The last mentioned statement is demonstrated, for instance, by the concept of the Link-Switch of the company Power Integration where an extremely small number of components are necessary. With the target of minimization, this research work explores the possibility to replace conventional electromagnetic transformers considered as the most bulky devices in power supplies by piezoelectric transformers (PT) for innovative off-line power supplies. Several control methods for a load resonant converter focusing on class-E topology utilizing PT, were developed in order to investigate and to select an appropriate control method capable of improving the efficiency and reducing the size of the converter. Efficiency should be understood in this way as maximum reliability at minimum power losses. Different controllers were evaluated for optimizing the effect of disturbances of line and load variations. The ZVS condition for a wide input voltage range and a wide output load range can be achieved by a method called duty-cycle tracking. Further, with an improved design of the PT containing an auxiliary tap, the ZVS condition can be obtained by a method called turn-on synchronization. The controlled output voltage, current or power is achieved by a variable frequency control. Further, the dynamic modeling for open loop and closed loop of load resonant converters, focused on the class-E topology, was introduced. The transient behavior of the output voltage of the open loop against perturbations such as the input voltage change, the switching frequency change, and the output load change is treated by replacing the complete circuit of the class-E converter by simple equivalent circuit models. The results from the analysis of the open loop dynamic behavior are applied to modeling the closed loop class-E converter with several control methods. The methods of linearization for exact solution and heuristic approximation for the steady state analysis were purposed. These models of linearization were implemented with the controller in its topologies to investigate the sufficient accuracy of obtained results of the regulation. Besides, the linearization models were used to observe the stability condition of the proposed control loops. Finally, the evaluation of a well-known classical control such P, I, PI, PD, PID and a simplified controller for a fixed load application by matching an appropriate switching frequency according to the input voltage, into the load resonant converter, considering class-E topology, were presented. Also, the optimum design of the controller for a load resonant converter was discussed and derived. ; Die Entwicklung von Stromversorgungen in militärischen, industriellen und kommerziellen Anwendungen nimmt bis heute tendenziell stark zu. Nicht nur zur Erzielung höchster Wirkungsgrade, sondern auch im Hinblick auf Baugrößen- und Gewichtsminimierung, welche eine vorrangige Rolle spielen, ist diese Tendenz zu verzeichnen. Diesbezüglich gehen die Forschungstrends bei DC-DC, AC-DC, DC-AC und AC-AC Topologien in Richtung neuer Topologien, neuer Regelungskonzepte, sowie neuer Materialien und Bauelemente, um den höchsten Wirkungsgrad bei kleinster Baugröße zu erreichen. Die Gerätekosten sind ebenso ein sehr wichtiger Punkt bei Stromversorgungen. Auch durch neue Regelungsmethoden und durch neue Herstellungsverfahren können die Gerätekosten beispielsweise reduziert werden. Ebenso kann ein vereinfachtes Regelungskonzept dazu verhelfen, dass diskrete Schaltungen, speziell im unteren Leistungsbereich, vermieden werden. Letzteres wird beispielsweise beim Konzept des Link-Switch der Firma Power Integration verdeutlicht, indem extern wenige Bauelemente benötigt werden. Mit dem Ziel der Miniaturisierung wird in dieser Forschungsarbeit die Möglichkeit untersucht, konventionelle elektromagnetische Transformatoren, welche in Stromversorgungen als besonders voluminös gelten, durch piezoelektrische Transformatoren (PT) bei der Herstellung innovativer Netzstromversorgungen zu ersetzen. Verschiedene Regelungsmethoden für Lastresonanzkonverter, mit dem Fokus auf eine Klasse- E-Topologie mit PT, wurden hierzu entwickelt. Dies hatte zum Ziel, ein geeignetes Regelungsverfahren zu erarbeiten und auszuwählen, welches eine verbesserte Effizienz bei reduzierter Konverter-Baugröße aufzuweisen hat. Effizienz soll hierbei verstanden werden als maximale Zuverlässigkeit bei minimalen Leistungsverlusten. Verschiedene Reglertypen wurden entworfen um die Effekte der Störungen durch Netzspannungs-und Lastvariationen regelungstechnisch zu optimieren. Die Nullspannungsschaltungsbedingung (ZVS-Bedingung) über einen weiten Bereich der Eingangspannung und einen weiten Lastbereich kann durch einen sogenannte Duty-Cycle-Nachführung mit der Frequenz erreicht werden. Weiterhin kann durch eine verbesserte Ausführung des PT auf Basis einer Hilfsanzapfung die ZVSBedingung durch eine sogenannte Einschaltsynchronisation erreicht werden. Geregelte Ausgangsspannung, Ausgangsstrom oder Ausgangsleistung werden über eine Frequenzstellung erreicht. Die dynamische Modellierung der offenen und geschlossenen Regelschleife eines Lastresonanzkonverters, wieder im Hinblick auf die Klasse-E, wird im weiteren vorgestellt. Das transiente Verhalten der Ausgangsspannung der offenen Regelschleife gegenüber Störungen durch Eingangsspannungsänderung, durch Schaltfrequenzänderung oder durch Ausgangslaständerung, wird durch den Ersatz der Klasse-E-Schaltung durch einfache Äquivalenzmodelle behandelt. Die Ergebnisse der Analyse des Verhaltens des offenenen Regelkreises werden verwendet, um den Klasse-E-Konverter mit geschlossener Regelschleife unter Verwendung verschiedener vorgestellter Regelungsmethoden zu modellieren. Methoden der Linearisierung für die exakte Lösung und für eine heuristische Approximation der statischen Analyse des eingeschwungenen Zustands werden vorgeschlagen. Diese Methoden der Linearisierung werden zusammen mit den Reglermodellen in deren jeweilige Topologie implementiert um die ausreichende Genauigkeit der erhaltenen Resultate des Regelungsverhaltens zu beurteilen. Weiterhin werden diese Linearisierungsmodelle dazu verwendet, die Stabilitätskriterien der vorgeschlagenen Regelschleife zu überwachen. Schlussendlich wird die Bestimmung der bekannten klassischen Regler (P, I, PI, PD, PID), sowie eines vereinfachten Konstantlaststellers durch geeignete Anpassung der Schaltfrequenz an die Eingangsspannung, für Lastresonanzkonverter, wieder mit Blick auf die Klasse-E, vorgestellt. Außerdem wird der optimierte Reglerentwurf für Lastresonanzkonverter diskutiert und abgeleitet.