Techno-economic analysis of emerging cloud services

Abstract

The rapid advancement of cloud computing technologies has led to the continuous emergence of new cloud service models, as cloud providers continually evolve their service portfolios to address technological innovations and changing application requirements. While these emerging services offer significant technological and business opportunities, they also introduce substantial technoeconomic challenges arising from heterogeneous pricing mechanisms, opaque service bundles, evolving consumption models, and an expanding range of provider-specific offerings. Existing research has predominantly examined individual cloud service models or focused on technical performance and cost optimization, leaving a significant gap in understanding how architectural evolution reshapes pricing behavior and how organizations can systematically evaluate and select emerging cloud services across heterogeneous provider ecosystems. This thesis addresses this gap by conducting a comprehensive technoeconomic analysis of emerging cloud services to investigate their pricing behavior and economic characteristics, and developing a provider agnostic decision framework that supports systematic service selection. Rather than treating cloud services solely as technological innovations, the research conceptualizes them as technoeconomic systems in which architectural design, pricing logic, and adoption decisions are interconnected. The study investigates two representative service domains that capture different stages of cloud evolution: Container-as-a-Service(CaaS), representing a relatively mature managed service with established pricing practices, and Large-Language-Model-as-a-Service (LLMaaS), representing a rapidly evolving service model characterized by novel pricing abstractions, heterogeneous deployment models, and market uncertainty. To achieve this objective, the research adopts a structured, data-driven methodology comprising systematic data collection from major cloud providers, data harmonization and normalization, econometric modelling, comparative pricing analysis, clustering techniques, and practical case studies. Hedonic pricing models are employed to quantify the contribution of functional and non-functional service attributes to pricing formation and to compare pricing policies across mature and emerging cloud services. Building upon these analytical results, clustering-based methodologies are developed to organize complex service landscapes into interpretable groups and support structured, requirement-driven service bundle selection. The principal contribution of this thesis is the development of a systematic approach for analyzing pricing policies across heterogeneous cloud service models. The approach identifies and analyzes the factors that determine service cost, adapting the methodology to the characteristics of each pricing policy and the available pricing data. The resulting insights enable consistent comparison across cloud services and providers, revealing the economic differences between alternative offerings and the conditions under which different pricing policies become more advantageous. Finally, these insights are incorporated into a provider-agnostic decision-support framework, which combines pricing analysis with service characteristics to support trade off analysis and requirement-driven service selection. The proposed methodologies provide valuable decision-support tools for researchers, cloud service providers, enterprise architects, and organizational decision-makers seeking to evaluate, compare, and adopt emerging cloud services in an increasingly complex and rapidly evolving cloud ecosystem. By improving pricing transparency, enabling structured comparison across heterogeneous service offerings, and supporting requirement-driven selection, the proposed approaches reduce decision complexity and facilitate more informed, explainable, and economically sustainable cloud adoption strategies.

Η ραγδαία εξέλιξη των τεχνολογιών υπολογιστικού νέφους έχει οδηγήσει στη συνεχή εμφάνιση νέων μοντέλων παροχής υπηρεσιών, καθώς οι πάροχοι υπηρεσιών νέφους εμπλουτίζουν διαρκώς το χαρτοφυλάκιό τους προκειμένου να ανταποκριθούν στις τεχνολογικές εξελίξεις και στις συνεχώς μεταβαλλόμενες απαιτήσεις των σύγχρονων εφαρμογών. Παρότι οι αναδυόμενες αυτές υπηρεσίες δημιουργούν σημαντικές τεχνολογικές και επιχειρηματικές ευκαιρίες, εισάγουν ταυτόχρονα σημαντικές τεχνοοικονομικές προκλήσεις, οι οποίες απορρέουν από ετερογενείς μηχανισμούς τιμολόγησης, αδιαφανείς συνδυασμούς υπηρεσιών (service bundles), εξελισσόμενα μοντέλα κατανάλωσης και ένα συνεχώς διευρυνόμενο σύνολο προσφορών που διαφοροποιούνται ανά πάροχο. Η υφιστάμενη βιβλιογραφία επικεντρώνεται κυρίως είτε στη μελέτη με μονωμένων μοντέλων υπηρεσιών νέφους είτε στη βελτιστοποίηση της τεχνικής απόδοσης και του κόστους, αφήνοντας ένα σημαντικό ερευνητικό κενό ως προς την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η εξέλιξη της αρχιτεκτονικής των υπηρεσιών επηρεάζει τη συμπεριφορά της τιμολόγησης και τον τρόπο με τον οποίοοι οργανισμοί μπορούν να αξιολογούν και να επιλέγουν συστηματικά αναδυόμενες υπηρεσίες νέφους σε ετερογενή οικοσυστήματα παρόχων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή καλύπτει το παραπάνω ερευνητικό κενό μέσω της διεξαγωγής μιας ολοκληρωμένης τεχνοοικονομικής ανάλυσης των αναδυόμενων υπηρεσιών υπολογιστικού νέφους, με στόχο τη διερεύνηση της συμπεριφοράς της τιμολόγησής τους και των οικονομικών χαρακτηριστικών τους, καθώς και μέσω της ανάπτυξης ενός ανεξάρτητου από τον πάροχο πλαισίου υποστήριξης λήψης αποφάσεων για τη συστηματική επιλογή υπηρεσιών. Αντί να προσεγγίζει τις υπηρεσίες νέφους αποκλειστικά ως τεχνολογικές καινοτομίες, η έρευνα τις αντιμετωπίζει ως τεχνοοικονομικά συστήματα, στα οποία ο αρχιτεκτονικός σχεδιασμός, η λογική της τιμολόγησης και οι αποφάσεις υιοθέτησης είναι άρρηκτα συνδεδεμένα. Η μελέτη επικεντρώνεται σε δύο αντιπροσωπευτικά μοντέλα υπηρεσιών, τα οποία αποτυπώνουν διαφορετικά στάδια της εξέλιξης του υπολογιστικού νέφους: το CaaS, το οποίο αντιπροσωπεύει μία σχετικά ώριμη διαχειριζόμενη υπηρεσία με εδραιωμένες πολιτικές τιμολόγησης, και το LLMaaS, το οποίο αποτελεί ένα ταχέως εξελισσόμενο μοντέλο υπηρεσίας που χαρακτηρίζεται από νέες προσεγγίσεις τιμολόγησης, ετερογενή μοντέλα ανάπτυξης και αυξημένη αβεβαιότητα της αγοράς. Για την επίτευξη των στόχων της έρευνας υιοθετείται μία δομημένη μεθοδολογία βασισμένη στην ανάλυση δεδομένων, η οποία περιλαμβάνει συστηματική συλλογή δεδομένων από τους σημαντικότερους παρόχους υπηρεσιών νέφους, εναρμόνιση και κανονικοποίηση των δεδομένων, οικονομετρική μοντελοποίηση, συγκριτική ανάλυση πολιτικών τιμολόγησης, εφαρμογή τεχνικών ομαδοποίησης (clustering) και αξιολόγη σημέσω μελετών περίπτωσης. Για την ποσοτικοποίηση της συνεισφοράς λειτουργικών και μη λειτουργικών χαρακτηριστικών στη διαμόρφωση της τιμής εφαρμόζονται ηδονικά μοντέλα τιμολόγησης (hedonic pricing models), τα οποία χρησιμοποιούνται επίσης για τη συγκριτική αξιολόγηση των πολιτικών τιμολόγησης μεταξύ ώριμων και αναδυόμενων υπηρεσιών νέφους. Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης, αναπτύσσονται μεθοδολογίες βασισμένες σε τεχνικές ομαδοποίησης, οι οποίες οργανώνουν πολύπλοκα οικοσυστήματα υπηρεσιών σε ερμηνεύσιμες ομάδες και υποστηρίζουν τη δομημένη, βασισμένη στις απαιτήσεις, επιλογή κατάλληλων συνδυασμών υπηρεσιών. Η κύρια συνεισφορά της διατριβής είναι διττή. Πρώτον, εισάγει μία τεχνοοικονομική μεθοδολογία για την ανάλυση και τη συγκριτική αξιολόγηση των πολιτικών τιμολόγησης μεταξύ ετερογενών μοντέλων υπηρεσιών υπολογιστικού νέφους. Παρέχοντας ένα ενιαίο αναλυτικό πλαίσιο, η προτεινόμενη μεθοδολογία καθιστά δυνατή τη συστηματική αξιολόγηση υπηρεσιών που διαφέρουν σημαντικά ως προς το επίπεδο αρχιτεκτονικής αφαίρεσης, τη σημασιολογία της τιμολόγησης, τα μοντέλα κατανάλωσης και τον βαθμό ωριμότητας της αγοράς. Με τον τρόπο αυτό διευκολύνεται η διαφανής και συστηματική σύγκριση διαφορετικών προτύπων υπηρεσιών νέφους και παρέχεται βαθύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν τη συμπεριφορά της τιμολόγησης και τη διαμόρφωση του κόστους. Δεύτερον, αναπτύσσεται ένα ανεξάρτητο από τον πάροχο πλαίσιο υποστήριξης λήψης αποφάσεων, το οποίοοργανώνει πολύπλοκα οικοσυστήματα υπηρεσιών νέφους και επιτρέπει τη διαφανή σύγκριση, την ανάλυση συμβιβασμών (trade-off analysis) και την επιλογή υπηρεσιών βάσει συγκεκριμένων απαιτήσεων μεταξύ εναλλακτικών προσφορών διαφορετικών παρόχων. Το προτεινόμενο πλαίσιο επιτρέπει στους οργανισμούς να πλοηγούνται συστηματικά σε ετερογενή οικοσυστήματα υπηρεσιών και να εντοπίζουν τις λύσεις που ανταποκρίνονται βέλτιστα στις τεχνικές, λειτουργικές, οικονομικές και κανονιστικές τους απαιτήσεις. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες παρέχουν πολύτιμα εργαλεία υποστήριξης λήψης αποφάσεων για ερευνητές, παρόχους υπηρεσιών υπολογιστικού νέφους, αρχιτέκτονες επιχειρησιακών συστημάτων και στελέχη που λαμβάνουν αποφάσεις σχετικά με την αξιολόγηση, τη σύγκριση και την υιοθέτηση αναδυόμενων υπηρεσιών νέφους σε ένα ολοένα πιο σύνθετο και ταχέως εξελισσόμενο οικοσύστημα. Ενισχύοντας τη διαφάνεια της τιμολόγησης, επιτρέποντας τη δομημένη σύγκριση ετερογενών υπηρεσιών και υποστηρίζοντας την επιλογή υπηρεσιών βάσει απαιτήσεων, οι προτεινόμενες προσεγγίσεις μειώνουν την πολυπλοκότητα της διαδικασίας λήψης αποφάσεων και συμβάλλουν στη διαμόρφωση πιο τεκμηριωμένων, εξηγήσιμων καιοικονομικά βιώσιμων στρατηγικών υιοθέτησης υπηρεσιών υπολογιστικού νέφους.