[論文レビュー] Coalition Formation and Combinatorial Auctions; Applications to Self-organization and Self-management in Utility Computing

Dan C. Marinescu, Ashkan Paya+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2014

Auction Theory and Applications参考文献 39被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、空間的局所性を用いてサービスプロバイダの連合を形成し、その後にリソースパッケージの割り当てに修正されたプロキシベースのクロック組み合わせオークションを適用する二段階プロトコルを、クラウドコンピューティングにおける自己組織的リソース管理のために提案する。このアプローチにより、サーバーの利用効率が向上し、クライントコストとプロバイダ利益のバランスが取れるようになり、評価されたパrameterの範囲で安定したパフォーマンスを示す。

ABSTRACT

In this paper we propose a two-stage protocol for resource management in a hierarchically organized cloud. The first stage exploits spatial locality for the formation of coalitions of supply agents; the second stage, a combinatorial auction, is based on a modified proxy-based clock algorithm and has two phases, a clock phase and a proxy phase. The clock phase supports price discovery; in the second phase a proxy conducts multiple rounds of a combinatorial auction for the package of services requested by each client. The protocol strikes a balance between low-cost services for cloud clients and a decent profit for the service providers. We also report the results of an empirical investigation of the combinatorial auction stage of the protocol.

研究の動機と目的

• 大規模クラウドシステムにおける階層的制御の非効率性と高いオーバヘッドを解消するため、それを市場ベースの自己組織的モデルに置き換えること。
• グローバルシステムモデルや詳細な状態情報が不要な状態で、異種的かつ動的変化するクラウド環境におけるスケーラブルかつ効果的なリソース管理を可能にすること。
• パッケージ入札と価格発見を可能にする組み合わせオークションメカニズムを通じて、クライントコストとプロバイダ利益のバランスを取ること。
• 履歴オークションデータと動的需要応答に基づく連合形成の可能性を検討し、リソース利用効率の向上を図ること。
• 変動するシステムパrameter下でのプロトコルのパフォーマンス安定性とスケーラビリティを評価すること。

提案手法

• プロトコルは二段階のアプローチを採用する：まず、通信オーバーヘッドを低減するために空間的局所性に基づいて供給エージェントの連合を形成する。
• 第二段階では、二段階のプロトコルを用いた修正されたプロキシベースのクロックオークションを実施する。第一段階は価格発見のためのクロックフェーズ、第二段階はサービスパッケージに対する組み合わせ入札のためのプロキシフェーズである。
• クロックフェーズでは、供給と需要に基づいて価格を反復的に調整することで、市場清算価格に収束する。
• プロキシフェーズでは、複数ラウンドの組み合わせオークションが実施され、クライントが複雑なアプリケーション要件を満たすためのサービスバンドルに入札できる。
• 連合は履歴オークションデータを用いて形成され、需要を予測する。初期連合がクライントパッケージを満たせない場合には、再構成メカニズムが連合を再構成する。
• 中央集権的調整を回避し、ローカル情報のみに依存することで、スケーラビリティが向上し、通信オーバーヘッドが低減される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 市場ベースの自己組織的プロトコルは、通信オーバーヘッドとスケーラビリティの観点で、階層的制御を上回ることができるか？
• RQ2 複雑なマルチリソース要件を満たすために、クラウドサーバーの連合を効率的に形成する方法は何か？
• RQ3 クロックフェーズとプロキシフェーズを備えたプロキシベースの組み合わせオークションは、リソース利用効率と経済的効率をどの程度向上させるか？
• RQ4 変動するシステムパrameterと需要パターン下でのプロトコルのパフォーマンス特性と安定性は何か？
• RQ5 連合再構成は、連合サイズの不一致とクライントパッケージの不満足に起因する失敗をどのように緩和できるか？

主な発見

• 提案されたプロトコルは、ベースラインの過剰資源確保戦略と比較して、テストしたパrameter範囲で高いサーバー利用効率を達成しており、性能は安定している。
• 市場ベースのプロトコルの通信複雑度は、階層的制御よりも顕著に低く、オーバーヘッドが2桁以上削減されている。
• 履歴データを用いた連合形成により、リソースプールの事前形成が効率的に行われ、割り当て成功確率が向上する。
• 二度目の連合形成により、初期連合がクライントパッケージを満たせないケースを解消でき、割り当て成功の可能性が高まる。
• 過剰入札と時間的断片化は、依然として解決されていない課題であり、特にオークションの安定性と以降のラウンドにおけるスロット利用可能性に影響を及ぼす。
• 本プロトコルは、現代のクラウド環境に一般的な異種的かつ動的ワークロードを効果的に処理するスケーラビリティと耐障害性を示している。