[論文レビュー] A Taxonomy and Future Directions for Sustainable Cloud Computing: 360 Degree View

Sukhpal Singh Gill, Rajkumar Buyya|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2017

Green IT and Sustainability参考文献 160被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、持続可能なクラウドコンピューティングの包括的な360度分類法を提案し、エネルギー管理、仮想化、熱に配慮したスケジューリング、再生可能エネルギー統合などの主要な分野にわたり、既存の研究を体系的に整理する。持続可能なクラウドシステムの概念的モデルを提示するとともに、次世代クラウドインfra構造におけるエネルギー効率の向上と環境影響の低減を図るための重要な今後の研究分野を同定する。

ABSTRACT

The cloud computing paradigm offers on-demand services over the Internet and supports a wide variety of applications. With the recent growth of Internet of Things (IoT) based applications the usage of cloud services is increasing exponentially. The next generation of cloud computing must be energy-efficient and sustainable to fulfil the end-user requirements which are changing dynamically. Presently, cloud providers are facing challenges to ensure the energy efficiency and sustainability of their services. The usage of large number of cloud datacenters increases cost as well as carbon footprints, which further effects the sustainability of cloud services. In this paper, we propose a comprehensive taxonomy of sustainable cloud computing. The taxonomy is used to investigate the existing techniques for sustainability that need careful attention and investigation as proposed by several academic and industry groups. Further, the current research on sustainable cloud computing is organized into several categories: application design, sustainability metrics, capacity planning, energy management, virtualization, thermal-aware scheduling, cooling management, renewable energy and waste heat utilization. The existing techniques have been compared and categorized based on the common characteristics and properties. A conceptual model for sustainable cloud computing has been proposed along with discussion on future research directions.

研究の動機と目的

• IoTの拡大とサービス需要の増加に伴い、エネルギー集約的なクラウドデータセンターが引き起こす増大する環境的・経済的課題に対処すること。
• 特にエネルギー効率の向上と炭素排出量削減に焦点を当てた、現在のクラウドコンピューティングにおける持続可能性実践の主要なギャップを特定すること。
• 持続可能なクラウドコンピューティング分野における既存の研究と技術を体系的かつ包括的に分類する、構造的な包括的分類法を提供すること。
• 技術的・運用的・環境的側面を統合した包括的システム設計を可能にする、持続可能なクラウドコンピューティングの概念的モデルを提唱すること。
• 次世代クラウドインfra構造におけるよりエネルギー効率的かつ環境に配慮したシステムの開発を支援する、今後の研究分野を提示すること。

提案手法

• アプリケーション設計、持続可能性指標、エネルギー管理の分野における38の研究・実践カテゴリを分析することで、持続可能なクラウドコンピューティングの360度分類を構築した。
• 既存の技術を7つのコアカテゴリに整理：アプリケーション設計、持続可能性指標、容量計画、エネルギー管理、仮想化、熱に配慮したスケジューリング、冷却管理。
• 再生可能エネルギー統合と廃熱利用を、持続可能性フレームワークの重要な構成要素として統合した。
• 技術的・運用的・環境的要因を統合した包括的システム設計を可能にする、持続可能なクラウドコンピューティングの概念的モデルを提唱した。
• 共通する特徴と性質に基づく、既存技術の比較分析を通じて、強み・限界・研究ギャップを同定した。
• 学術的・産業的貢献の統合を通じて、研究動向と産業実務を評価し、今後の研究道筋を示唆した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウドコンピューティングにおける持続可能性を定義づける主な技術的・運用的側面は何か？
• RQ2 現在のエネルギー管理、仮想化、熱制御技術は、クラウドデータセンターの炭素排出量低減にどのように寄与しているか？
• RQ3 次世代クラウドシステムにおけるエネルギー効率と持続可能性を達成するにあたり、最も重要な研究ギャップと課題は何か？
• RQ4 再生可能エネルギー源と廃熱回収は、どのようにクラウドインfra構造設計に効果的に統合できるか？
• RQ5 多様な持続可能性技術を統合し、一貫性がありスケーラブルなモデルとしての概念的フレームワークは何か？

主な発見

• 分類法は、持続可能なクラウドコンピューティング技術の7つのコアカテゴリを特定し、今後の研究とシステム設計の体系的基盤を提供する。
• エネルギー管理と仮想化は、エネルギー消費を低減するための動的リソース割り当てや統合技術に関する顕著な研究がなされている成熟分野である。
• 熱に配慮したスケジューリングと冷却管理は、ハードウェアの耐久性とエネルギー効率に直接的な影響を与えるため、急成長中の重要な分野である。
• 再生可能エネルギー統合と廃熱利用は、まだ十分に研究が進んでいないが、データセンターの炭素排出量低減に高い潜在的貢献が期待できる。
• 持続可能なクラウドコンピューティングの概念的モデルにより、アプリケーション、インfra構造、環境的側面のクロスレイヤー最適化が可能になる。
• 今後の研究は、持続可能性指標の標準化と、動的ワークロードに対応できる適応的・自己修復型クラウドシステムの開発を優先すべきである。