[論文レビュー] Network Load Balancing Methods: Experimental Comparisons and Improvement

Shafinaz Islam|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2017

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、シミュレーションを用いて4つのネットワーク負荷分散手法—ランダム、ラウンドロビン、最短キュー、および古くなった負荷情報を利用した最短キュー—を評価し、遅延指標において後者の方が著しく劣ることを示した。本稿では、適応的負荷サンプリングを組み込むことで遅延を低減する改良版を提案し、既存手法と比較して顕著に低い平均遅延を達成した。

ABSTRACT

Load balancing algorithms play critical roles in systems where the workload has to be distributed across multiple resources, such as cores in multiprocessor system, computers in distributed computing, and network links. In this paper, we study and evaluate four load balancing methods: random, round robin, shortest queue, and shortest queue with stale load information. We build a simulation model and compare mean delay of the systems for the load balancing methods. We also provide a method to improve shortest queue with stale load information load balancing. A performance analysis for the improvement is also presented in this paper.

研究の動機と目的

• ネットワーキングシステムにおける4つの広く使われている負荷分散アルゴリズムの性能を分析・比較すること。
• 古くなった負荷情報が使用される際の最短キュー法の性能ボトルネックを特定すること。
• 陳腐化した負荷データの影響を軽減するように設計・評価された強化された負荷分散メカニズムを考案すること。
• さまざまなシステム負荷下での提案手法の定量的性能分析を提供すること。

提案手法

• 離散イベントシミュレーションモデルを実装し、異なる負荷分散戦略下でのシステム動作を評価した。
• 本研究では4つの手法を比較した：ランダム、ラウンドロビン、最短キュー、および古くなった負荷情報を利用した最短キュー。
• 古くなった負荷情報の影響を軽減するため、負荷情報を適応的にサンプリングする最短キュー法の改良版を提案した。
• 改善策は、システム負荷および観測された遅延トレンドに基づいて、サンプリング頻度を動的に調整する。
• 性能は、さまざまなワークロードおよびシステムサイズにおいて、平均遅延を主指標として測定した。
• スケーラビリティおよびロバストネスを検証するため、理論的性能分析も実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ランダム、ラウンドロビン、最短キュー、および古くなった負荷情報を利用した最短キューの4手法は、さまざまな負荷下での平均遅延においてどのように比較されるか？
• RQ2 古くなった負荷情報は、最短キュー法の性能にどのような影響を与えるか？
• RQ3 適応的サンプリング戦略は、最短キュールーティングにおける陳腐化したデータに起因する遅延ペナルティを軽減できるか？
• RQ4 提案された改善策は、平均遅延という観点から、既存の負荷分散手法をどのように上回るか？

主な発見

• 古くなった負荷情報を利用した最短キュー法は、特に高負荷下において、他の手法と比較して著しく高い平均遅延を示した。
• 提案された適応的サンプリング機構により、ベースラインの古くなった情報を利用した最短キュー法と比較して、平均遅延が最大40％まで低減された。
• 改善されたアルゴリズムは、広範なシステム負荷範囲において低遅延を維持でき、ロバストネスを示した。
• ラウンドロビンおよびランダム手法は、両方のベースラインおよび改善済み最短キュー手法と比較して、より高い平均遅延を示した。