[論文レビュー] Improving Quality of Service and Reducing Power Consumption with WAN accelerator in Cloud Computing Environments

Shin-ichi Kuribayashi|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2013

Caching and Content Delivery参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、長距離の仮想マシン（VM）移行時の品質保証（QoS）を維持し、電力消費を低減するため、クラウドコンピューティングにおける動的WANアクセラレータ統合を提案する。移行前後で別々のTCP接続を介したmSCTPベースのデータ転送を活用し、WANアクセラレータをクラウドリソースとして能動的に展開することで、移行性能最適化に依存せずに、ベースライン比で電力消費を10分の1にまで低減する。

ABSTRACT

The widespread use of cloud computing services is expected to deteriorate a Quality of Service and toincrease the power consumption of ICT devices, since the distance to a server becomes longer than before. Migration of virtual machines over a wide area can solve many problems such as load balancing and power saving in cloud computing environments. This paper proposes to dynamically apply WAN accelerator within the network when a virtual machine is moved to a distant center, in order to prevent the degradation in performance after live migration of virtual machines over a wide area. mSCTP-based data transfer using different TCP connections before and after migration is proposed in order to use a currently available WAN accelerator. This paper does not consider the performance degradation of live migration itself. Then, this paper proposes to reduce the power consumption of ICT devices, which consists of installing WAN accelerators as part of cloud resources actively and increasing the packet transfer rate of communication link temporarily. It is demonstrated that the power consumption with WAN accelerator could be reduced to one-tenth of that without WAN accelerator.

研究の動機と目的

• 長距離VM移行に伴うネットワーク遅延の増加によって引き起こされる品質保証（QoS）の低下を是正すること。
• 広域網（WAN）を介した長時間にわたるデータ送信に起因するICTデバイスの高電力消費を低減すること。
• 仮想マシン移行中のネットワーク効率を、WANアクセラレータをクラウドインfraに動的に統合することで向上させること。
• ライブ移行プロセス自体を変更せずに、データセンタ間通信において高いスループットと低遅延を維持すること。

提案手法

• 仮想マシンが遠隔データセンタに移行される際、WANアクセラレータをクラウドリソースとして動的に展開する。
• mSCTP（マルチストリームSCTP）を用いて、移行前後で異なるTCP接続を介したデータ転送を管理し、個別最適化を可能にする。
• 通信リンクのパケット転送レートを一時的に増加させ、スループットを向上させ、伝送時間を短縮する。
• ネットワーク層にWANアクセラレータを統合し、データフローを圧縮・最適化することで、帯域幅の圧迫とエネルギー消費を低減する。
• ライブ移行のパフォーマンスとネットワーク最適化戦略を分離し、移行後におけるQoSおよび電力効率にのみ焦点を当てる。
• 下位のトランスポートプロトコルやVM移行メカニズムの変更を要せず、既存のWANアクセラレータ技術を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウド環境における広域網を介した仮想マシン移行後、どのようにして品質保証（QoS）を維持できるか？
• RQ2 データセンタ間通信中にICTデバイスの電力消費をWANアクセラレータがどの程度低減できるか？
• RQ3 WANアクセラレータを動的に展開することで、ライブ移行パフォーマンスを劣化させることなくネットワーク効率を向上させられるか？
• RQ4 別々のTCP接続を用いたmSCTPベースのデータ転送が、ネットワークスループットおよび遅延に与える影響は何か？
• RQ5 戦略的なWANアクセラレータ統合により、電力消費をベースラインレベルの顕著な割合まで低減することは可能か？

主な発見

• 提案手法により、WANアクセラレータを導入しない状況と比較して、ICTデバイスの電力消費がおおよそ10分の1にまで低減された。
• WANアクセラレータの動的統合により、高いスループットと低遅延が維持され、長距離VM移行後の品質保証（QoS）が効果的に保持された。
• mSCTPベースのデータ転送により、複数のTCP接続を効率的に活用でき、移行前後におけるネットワーク経路のレジリエンスとパフォーマンスが向上した。
• 本手法により、ネットワーク最適化とライブ移行プロセスを明確に分離でき、移行後のパフォーマンスを独立して向上させられるようになった。
• 既存のWANアクセラレータハードウェアと互換性があり、VM移行プロトコルやトランスポート層プロトコルの変更を要しない。
• データ圧縮に加え、伝送フェーズにおける有効なパケット転送レートの向上により、エネルギー節約が達成された。