[논문 리뷰] A Novel Admission Control Model in Cloud Computing

Yunlong He, Jun Huang외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 19.

Network Traffic and Congestion Control참고 문헌 16인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 네트워크 계산을 활용하여 고용량 집합 트래픽 플로우를 관리하는 효과적 대역폭 기반의 접근 제어(EBBAC) 모델을 제안한다. 집합 플로우에 대한 효과적 대역폭을 유도하고 등가 용량과의 관계를 분석함으로써, 다양한 지연 제약 조건 하에서도 QoS 보장을 보장한다. 실험 결과, 지연 제약 조건이 커질수록 효과적 대역폭은 안정화되고 집합 플로우 용량은 증가하는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

With the rapid development of Cloud computing technologies and wide adopt of Cloud services and applications, QoS provisioning in Clouds becomes an important research topic. In this paper, we propose an admission control mechanism for Cloud computing. In particular we consider the high volume of simultaneous requests for Cloud services and develop admission control for aggregated traffic flows to address this challenge. By employ network calculus, we determine effective bandwidth for aggregate flow, which is used for making admission control decision. In order to improve network resource allocation while achieving Cloud service QoS, we investigate the relationship between effective bandwidth and equivalent capacity. We have also conducted extensive experiments to evaluate performance of the proposed admission control mechanism.

연구 동기 및 목표

• 기존의 단일 플로우 접근 제어 메커니즘이 과도한 병렬 클라우드 서비스 요청으로 인해 과부하가 되는 문제를 해결하기 위해.
• 클라우드 환경에서 집합 트래픽 플로우를 위한 확장 가능한 접근 제어 메커니즘을 개발하기 위해.
• 네트워크 계산을 활용하여 최소 자원 요구량을 결정함으로써 품질 보증(QoS)을 제공하기 위해.
• 집합 플로우에 대한 효과적 대역폭(EB)과 등가 용량(EC) 간의 관계를 조사하기 위해.
• 다양한 지연 제약 조건과 플로우 유형 하에서 제안된 접근 제어 기법의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 최악의 성능 분석을 위해 도착 곡선과 서비스 곡선을 사용하여 트래픽을 모델링하기 위해 네트워크 계산을 사용한다.
• 지연 제약 조건 D 하에서 자원 요구량을 결정하기 위해 α(s)/(s + D)의 상한을 효과적 대역폭(EB)으로 정의한다.
• 다중 동시 플로우에 대한 집합 플로우 행동을 계산하고 효과적 대역폭을 유도하기 위해 min-plus 병렬 연산을 적용한다.
• 자원 할당 및 버퍼 크기 설정 최적화를 위해 효과적 대역폭와 등가 용량(EC) 간의 관계를 분석한다.
• 수치 실험을 통해 다양한 지연 제약 조건과 플로우 유형 하에서 EB의 안정성과 시스템 용량을 검증한다.
• 집합 플로우 EB를 근사하기 위해 부등식 e_D(∑α_i) ≤ ∑e_D(α_i)를 사용하여 확장 가능한 접근 결정을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 컴퓨팅에서 집합 트래픽 플로우에 대한 효과적 대역폭를 어떻게 계산할 수 있는가? 이는 확장 가능한 접근 제어를 지원하기 위함이다.
• RQ2 다양한 지연 제약 조건 하에서 집합 플로우에 대한 효과적 대역폭(EB)과 등가 용량(EC) 간의 관계는 어떠한가?
• RQ3 지연 제약 조건 D가 증가함에 따라 집합 플로우의 효과적 대역폭는 어떻게 행동하는가?
• RQ4 제안된 접근 제어 모델은 QoS 보장을 유지하면서 자원 활용도를 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 다른 지연 제약 조건 하에서 시스템은 최대 몇 개의 클라우드 서비스 요청을 수용할 수 있는가?

주요 결과

• 효과적 대역폭(EB)은 한 플로우 유형의 경우 지연 제약 조건 D가 0.53s를 초과하고 다른 플로우 유형의 경우 1.27s를 초과할 때 안정화되고 더 이상 변하지 않으며, 이는 자원 효율성 향상에 더 이상 기여하지 않는 포화점임을 시사한다.
• D ≥ 0.53s 및 D ≥ 1.27s 조건에서 집합 플로우의 효과적 대역폭는 개별 효과적 대역폭의 합과 동일하다(e_D(∑α_i) = ∑e_D(α_i))는 것을 확인하여 고지연 제약 조건 하에서의 가산적 행동을 입증한다.
• 지연 제약 조건 D가 증가함에 따라 버퍼 크기 B도 증가하지만, 서비스 속도가 평균 플로우 속도와 일치할 때 백로그가 더 이상 증가하지 않음에 따라 안정화됨을 확인하여 이론적 기대와 일치한다.
• 제안된 EBBAC 모델은 지연 제약 조건 D가 증가할수록 각 플로우의 서비스 속도 요구량이 감소하므로 더 많은 클라우드 서비스 플로우를 지원할 수 있다.
• 출력 속도 C가 일정할 경우, D가 클수록 더 많은 플로우를 수용할 수 있으며, 성능 평가에서 n1, n2, n3의 증가를 통해 이를 확인할 수 있다.
• EB와 EC 간의 관계는 EB가 더 이상 증가하지 않을 때 버퍼 크기가 안정화됨을 확인함으로써 이론적 모델의 일관성을 검증한다.