[論文レビュー] Continuous Double Auction Mechanism and Bidding Strategies in Cloud Computing Markets

Xuelin Shi, Ke Xu+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2013

Cloud Computing and Resource Management参考文献 18被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、リソース割り当て効率を向上させるために、クラウドコンピューティング市場向けに連続二重入札（CDA）メカニズムを提案し、3つのシナリオにおけるシミュレーション評価を通じて、既存の戦略を上回る利益創出、取引成功確率、市場効率を実現する新規の二段階入札戦略（BH戦略）を導入する。

ABSTRACT

Cloud computing has been an emerging model which aims at allowing customers to utilize computing resources hosted by Cloud Service Providers (CSPs). More and more consumers rely on CSPs to supply computing and storage service on the one hand, and CSPs try to attract consumers on favorable terms on the other. In such competitive cloud computing markets, pricing policies are critical to market efficiency. While CSPs often publish their prices and charge users according to the amount of resources they consume, auction mechanism is rarely applied. In fact a feasible auction mechanism is the most effective method for allocation of resources, especially double auction is more efficient and flexible for it enables buyers and sellers to enter bids and offers simultaneously. In this paper we bring up an electronic auction platform for cloud, and a cloud Continuous Double Auction (CDA) mechanism is formulated to match orders and facilitate trading based on the platform. Some evaluating criteria are defined to analyze the efficiency of markets and strategies. Furthermore, the selection of bidding strategies for the auction plays a very important role for each player to maximize its own profit, so we developed a novel bidding strategy for cloud CDA, BH-strategy, which is a two-stage game bidding strategy. At last we designed three simulation scenarios to compare the performance of our strategy with other dominating bidding strategies and proved that BH-strategy has better performance on surpluses, successful transactions and market efficiency. In addition, we discussed that our cloud CDA mechanism is feasible for cloud computing resource allocation.

研究の動機と目的

• 動的価格設定と取引を可能にする電子入札プラットフォームの導入により、クラウドリソース割り当てにおける非効率性を是正すること。
• 買い手と売り手が同時に入札できる連続二重入札メカニズムを設計し、市場の柔軟性と効率性を向上させること。
• 個々の利益を最大化すると同時に、全体の市場パフォーマンスを向上させる戦略的入札フレームワークを構築すること。
• シミュレーションベースのベンチマークを用いて、提案戦略のパフォーマンスを既存戦略と比較すること。
• CDAメカニズムが実世界のクラウドコンピューティング市場シナリオにおいて実装可能で効果的であるかを検証すること。

提案手法

• 価格と数量に基づいて、リアルタイムで買い注文と売り注文をマッチングするクラウド連続二重入札（CDA）メカニズムを定式化する。
• 市場状況に適応し、入札配置を最適化するゲーム理論的二段階入札戦略（BH戦略）を導入する。
• BH戦略を支配的であるとされる既存戦略と比較するため、3つの異なる市場シナリオを想定したシミュレーション環境を活用する。
• 利益、成功取引率、市場効率といった主要なパフォーマンス指標を定義し、メカニズムおよび戦略のパフォーマンスを評価する。
• ゲーム理論の原則を用いて、動的で競争的な市場環境における買い手と売り手の戦略的相互作用をモデル化する。
• 入札が継続的に更新され、価格・時刻優先ルールに従ってマッチングされる、複数ラウンドの入札メカニズムを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静的価格モデルと比較して、連続二重入札メカニズムは、クラウドリソース割り当てにおける効率性と公平性をどのように向上させるか？
• RQ2 複数の買い手と売り手が存在する動的クラウド市場において、効果的な入札戦略の主な特徴は何か？
• RQ3 提案されたBH戦略は、既存の入札戦略と比較して、利益創出および取引成功の観点でどのように異なるか？
• RQ4 CDAメカニズムは、多様なクラウド市場状況において、市場効率性と安定性をどの程度向上させるか？
• RQ5 提案された入札メカニズムは、実世界のクラウドサービス環境において実装可能でスケーラブルか？

主な発見

• BH戦略は、他の入札戦略と比較して、市場全体の利益創出において顕著に優れており、効率指標の向上が明確に認められる。
• 3つのシミュレーションシナリオすべてにおいて、BH戦略下での成功取引数は、他の戦略と比較して一貫して高い水準を維持している。
• CDAメカニズムは、実世界のクラウドコンピューティング市場において、高い実装可能性とスケーラビリティを示しており、動的かつ継続的な取引を支援できる。
• 市場効率性（最大可能利益に対する利益合計の比として測定）は、BH戦略を用いることで顕著に向上する。
• BH戦略の二段階構造により、市場の変動に柔軟に対応でき、個々の利害と集団的福祉の両方を向上させることが可能になる。
• シミュレーション結果から、提案されたCDAメカニズムが、より高い割り当て効率性と、均衡価格への迅速な収束を達成することが確認された。