We are living in a connected world, surrounded by interwoven technical systems. Since they pervade more and more aspects of our everyday lives, a thorough understanding of the structure and dynamics of these systems is becoming increasingly important. However - rather than being blueprinted and constructed at the drawing board - many technical infrastructures like for example the Internet's global router network, the World Wide Web, large scale Peer-to-Peer systems or the power grid - evolve in a distributed fashion, beyond the control of a central instance and influenced by various surrounding conditions and interdependencies. Hence, due to this increase in complexity, making statements about the structure and behavior of tomorrow's networked systems is becoming increasingly complicated. A number of failures has shown that complex structures can emerge unintentionally that resemble those which can be observed in biological, physical and social systems. In this dissertation, we investigate how such complex phenomena can be controlled and actively used. For this, we review methodologies stemming from the field of random and complex networks, which are being used for the study of natural, social and technical systems, thus delivering insights into their structure and dynamics. A particularly interesting finding is the fact that the efficiency, dependability and adaptivity of natural systems can be related to rather simple local interactions between a large number of elements. We review a number of interesting findings about the formation of complex structures and collective dynamics and investigate how these are applicable in the design and operation of large scale networked computing systems. A particular focus of this dissertation are applications of principles and methods stemming from the study of complex networks in distributed computing systems that are based on overlay networks. Here we argue how the fact that the (virtual) connectivity in such systems is alterable and widely independent from physical limitations facilitates a design that is based on analogies between complex network structures and phenomena studied in statistical physics. Based on results about the properties of scale-free networks, we present a simple membership protocol by which scale-free overlay networks with adjustable degree distribution exponent can be created in a distributed fashion. With this protocol we further exemplify how phase transition phenomena - as occurring frequently in the domain of statistical physics - can actively be used to quickly adapt macroscopic statistical network parameters which are known to massively influence the stability and performance of networked systems. In the case considered in this dissertation, the adaptation of the degree distribution exponent of a random, scale-free overlay allows - within critical regions - a change of relevant structural and dynamical properties. As such, the proposed scheme allows to make sound statements about the relation between the local behavior of individual nodes and large scale properties of the resulting complex network structures. For systems in which the degree distribution exponent cannot easily be derived for example from local protocol parameters, we further present a distributed, probabilistic mechanism which can be used to monitor a network's degree distribution exponent and thus to reason about important structural qualities. Finally, the dissertation shifts its focus towards the study of complex, non-linear dynamics in networked systems. We consider a message-based protocol which - based on the Kuramoto model for coupled oscillators - achieves a stable, global synchronization of periodic heartbeat events. The protocol's performance and stability is evaluated in different network topologies. We further argue that - based on existing findings about the interrelation between spectral network properties and the dynamics of coupled oscillators - the proposed protocol allows to monitor structural properties of networked computing systems. An important aspect of this dissertation is its interdisciplinary approach towards a sensible and constructive handling of complex structures and collective dynamics in networked systems. The associated investigation of distributed systems from the perspective of non-linear dynamics and statistical physics highlights interesting parallels both to biological and physical systems. This foreshadows systems whose structures and dynamics can be analyzed and understood in the conceptual frameworks of statistical physics and complex systems.
"Ärztenetzwerke" als Reformmodell für den ambulanten Sektor? Diese Frage steht im Mit-telpunkt der vorliegenden Arbeit. Ausgangspunkt der Untersuchung ist die Feststel-lung, daß die institutionelle Fragmentierung des ambulanten Sektors, die aus einer organisato-rischen, rechtlichen und finanziellen Trennung zwischen hausärztlicher und fachärztlicher Versorgung resultiert, zu erheblichen Qualitätseinbußen und Kostensteigerungen in der Gesundheits-versorgung führt. Als Antwort auf diese institutionellen Schwachstellen werden in der derzeitigen Reformdebatte zwei konkurrierende Modelle diskutiert: Ärztenetzwerke und integrierte Versorgungsformen nach Vorbild der amerikanischen Health Maintenance Organizations (HMO's). Vor diesem Hintergrund sind zwei Fragestellungen Gegenstand der folgenden Untersu-chung. Zum einen wird näher analysiert, ob Ärztenetzwerke aus ökonomischer Perspektive geeignet sind, die Fragmentierung der Versorgungsstrukturen im ambulanten Sektor zu beheben. Wenn Ärztenetzwerke als Alternative zur derzeitigen Organisation der ambulanten Versorgung zu empfehlen sind, so wird zum anderen die Frage des effizienten Netzwerkaufbaus und -arrangements beantwortet. Da keine umfassenden theoretischen oder empirischen Studien über Gesundheitsnetzwerke vorliegen, ist das Vorgehen in dieser Arbeit weitestgehend explorativ. Inwiefern Netzwerke zur Verringerung der institutionellen Schwachstellen im ambulanten Sektor beitragen können, ist abhängig von den konkreten Ursachen der Leistungsver-schlechterungen. Daher erfolgt zunächst eine eingehende Darstellung des ambulanten Sektors und eine Ursachenanalyse. Hierauf aufbauend wird aus theoretischer Perspektive näher untersucht, inwiefern Netzwerke zu einer Verringerung dieser Leistungsverschlechterungen beitragen können. Zu diesem Zweck wird die netzwerkliche Organisationsform aus zwei Gründen der marktlichen sowie der hierarchischen bzw. inte-grierten Organisation gegenübergestellt. Auf der einen Seite stellen Netzwerke aus institutio-nenökonomischer Sicht eine Synthese der beiden "Idealtypen" Markt und Hierarchie bzw. Integration dar, so daß über eine netzwerkliche Organisation theoretisch jene Elemente der beiden Systeme miteinander kombiniert werden können, die für die Organisation der Gesund-heitsversorgung als besonders effizient angesehen werden können. Auf der anderen Seite erfolgt ein Vergleich der Effizienz von Netzwerken und integrierten Versor-gungsformen, da diese in der aktuellen Reformdiskussion als Alternative zum derzeitigen System präferiert werden. Bei der Gegenüberstellung der beiden "Idealtypen" stehen vor allem fünf Strukturmerkmale im Vordergrund: die räumliche Organisation der Leistungserstellung, die Koordinations- und Kontrollmechanismen, die Verteilung der Eigentums--rechte und die Kosten der Vertragsausgestaltung zwischen Versicherern und Anbietern. Hieran anschließend wird dargestellt, daß über eine netz-werkliche Organisation die Vorteile der beiden idealtypischen Formen kombiniert werden können. Unter der Annahme, daß das Netzwerkarrangement, das sich aus verschiedenen Netzwerk-regelungen und der Netzwerkstruktur zusammensetzt, Einfluß auf den Anreiz zur Einhaltung der Netzwerkverpflichtungen und die Wahrscheinlichkeit opportunistischen Verhaltens ausüben können, steht im weiteren Verlauf der Arbeit die Frage des effizienten Arrangements im Mittelpunkt. Im Gegensatz zur ersten Fragestellung wird diese sowohl theoretisch als auch empirisch untersucht werden. Unter Berücksichtigung ver-schiedener soziologischer sowie institutionenökonomischer Theorieansätze werden Hypo-thesen über einen optimalen Netzwerk--aufbau abgeleitet. Diese theoretischen Ableitungen werden anhand von Gesundheitsnetzwerken in der Schweiz näher überprüft.