Standard Diffusion in Networks: A Set of Models to Analyze IT Infrastructure Path Dependence

Abstract

Standards enable effective collaboration among individuals, organizations, and systems of all sorts in our increasingly digitized society. Self-reinforcement in standard diffusion processes creates installed base advantages for adopters, credible standards, and fosters a variety of complementary products and services. Self-reinforcement, however, breeds path dependence and lock-in. Newly introduced, more efficient standards are often disadvantaged because they have smaller networks. The examples of global airline distribution and organizational IT infrastructures suggest that work focusing primarily on the network size – in the tradition of Arthur’s path dependence model – has difficulties explaining how inertia actually builds up and how important standardization patterns such as islands of shared technologies can arise. As the notion of path dependence has come to impact research and managerial thinking, I believe it is important to relax restrictive boundary conditions of its conceptual core. I contend that path dependence theory must account for a broader range of interaction patterns and growth logics. I view path dependence as a problem of standard diffusion in networks. Consistent with this view, I first suggest a model of standard diffusion in growing networks. The model reproduces Arthur’s path dependence model and a Polya Process as special cases and allows testing of the effect of different growth parameters on path building. Agent-based simulations show that network effects – formed as a function of a growing network size – and spillover effects – contingent on the degree to which an agent’s partners adopt – are usefully distinguished in growing networks as having different, non-monotonic effects on diversity. Network effects foster one standard’s dominance due to increasing network influences. Spillover effects, in contrast, limit influences from growing network sizes: segregated regimes can come to settle as new agents are less dependent on the total number of adopters. A case study of a recycling company demonstrates the model’s usefulness for understanding the evolution of organizational IT landscapes. In addition, a method is introduced to IT managers and architects that identifies critical IT systems with respect to their architectural embeddedness and links a system’s network position with continuance inertia. Based on problems of path creation in global airline distribution IT, I then suggest a second model conceptualizing the diffusion of a new standard as a contagious process that spills over from one organization to another. I operationalize codeshare linkages among airlines as a network and perform a network analysis. External shocks potentially trigger domino effects that cascade through the network. I test scenarios with respect to varying adoption thresholds that enable me to examine when and where a new standard diffuses to a nontrivial fraction of agents. I introduce a group detection algorithm – switching maximum cliques of players – to demonstrate the effectiveness of targeted compared to random network interventions. A two- step procedure for path breaking is thus suggested that identifies a set of key players and switches them collectively. Viewed together, these results demonstrate the value of a network perspective to understand better path dependencies in complex (inter-)organizational IT infrastructures.

Standards unterstützen Individuen, Organisationen und Systeme verschiedener Ausprägung in einer zunehmend digitalen Gesellschaft effektiv zusammenzuarbeiten. Durch selbstverstärkende Dynamiken profitieren Nutzer verbreiteter Standards von Vorteilen: Einer größeren „Installed Base“, der Zuverlässigkeit eines etablierten Standards und der Verfügbarkeit komplementärer Produkte und Services. Selbstverstärkende Dynamiken in Standarddiffusionsprozessen gehen jedoch mit Pfadabhängigkeit und Lock-In einher. Neu eingeführte, effiziente Standards sind häufig benachteiligt, da diese auf kleinere Netzwerke zurückgreifen können. Anhand der Beispiele von IT-Infrastrukturen im globalen Airline-Vertrieb und organisationalen IT- Architekturen wird deutlich, dass Studien die sich – wie das Pfadabhängigkeitsmodell von Brian Arthur – primär auf die Netzwerkgröße als Erklärung für Pfadbildungsprozesse beziehen, unzureichend sind. Häufig auftretende Phänomene wie Verfestigungstendenzen in Teilen eines Systems werden ausgeblendet. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung des Pfadabhängigkeitskonzepts in Forschung und Management ist es wichtig, grundlegende Annahmen bestehender Modelle einer komplexeren Realität anzupassen und Freiheitsgrade in Bezug auf Interaktionsmuster und Wachstumslogiken zuzulassen. Diese Arbeit geht davon aus, dass Pfadabhängigkeit als Problem der Standarddiffusion in Netzwerken verstanden werden kann. Ausgehend davon wird zunächst ein Modell der Standarddiffusion in wachsenden Netzwerken entwickelt. Das Modell reproduziert Ergebnisse des Modells von Arthur und einer Art von Polya-Prozessen als Spezialfälle und ermöglichst es den Einfluss verschiedener Wachstumsparameter auf Pfadbildungsprozesse zu untersuchen. Mittels einer agentenbasierten Simulation wird gezeigt, dass „Spillover“-Effekte – externe Einflüsse abhängig von dem Interaktionsgrad zwischen Agenten – von Netzwerkeffekten – Einflüsse abhängig von der Verbreitung des Standards im Gesamtnetzwerk – zu unterscheiden sind. Beide Einflussarten haben in wachsenden Netzwerken unterschiedliche Konsequenzen auf die Diversität im Netzwerk. Netzwerkeffekte begünstigen die Dominanz einer Lösung, da externe Einflüsse mit der Netzwerkgröße wachsen. Im Gegensatz dazu begrenzen Spillover-Effekte den Einfluss wachsender Netzwerke: In einzelnen Teilen des Netzwerks können sich lokale Standards herausbilden und verfestigen. Anhand des Falls eines Recycling-Unternehmens wird der Nutzen des Modells demonstriert, um Wachstumsprozesse innerhalb von organisationalen IT-Landschaften zu verstehen. Außerdem wird eine Methode vorgestellt, die IT- Manager und Architekten unterstützt, kritische Systeme anhand ihrer architekturelle Einbettung zu erkennen und mit dem zu erwartenden Grad der Trägheit in Verbindung zu setzen. Basierend auf Problemen einen neuen Airline- Distributions-Standard zu etablieren, wird dann ein Modell von Standarddiffusion als Imitationsprozess zwischen miteinander interagierenden Organisationen vorgeschlagen. In dem Netzwerk sind Airlines als Knoten und Codeshare-Verbindungen als Kanten abgebildet. Eingriffe in das Netzwerk können Dominoeffekte auslösen, die sich innerhalb des Netzwerks ausbreiten. Weiterhin wird ein Algorithmus einführt, bei dem eine maximale Clique kollektiv wechselt. Diese Interventionsart wird mit ungezielten Eingriffen verglichen. Hieraus ergibt sich eine Zwei-Schritt-Prozedur zum Pfadbruch: Die Identifikation einer Kerngruppe und deren kollektiver Wechsel. Gesamthaft zeigen die erzielten Ergebnisse den Nutzen einer Netzwerkperspektive, um Pfadabhängigkeiten in komplexen (inter-)organisationalen IT-Infrastrukturen besser zu verstehen.