[논문 리뷰] A Taxonomy and Future Directions for Sustainable Cloud Computing: 360 Degree View

Sukhpal Singh Gill, Rajkumar Buyya|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 08.

Green IT and Sustainability참고 문헌 160인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅을 위한 종합적인 360도 분류 체계를 제안하며, 에너지 관리, 가상화, 열에 민감한 스케줄링, 재생 가능 에너지 통합과 같은 핵심 분야로 기존 연구를 체계적으로 정리한다. 지속 가능한 클라우드 시스템을 위한 개념적 모델을 제시하고, 차세대 클라우드 인frastructures의 에너지 효율성 향상과 환경 영향 감소를 위한 향후 핵심 연구 방향을 규명한다.

ABSTRACT

The cloud computing paradigm offers on-demand services over the Internet and supports a wide variety of applications. With the recent growth of Internet of Things (IoT) based applications the usage of cloud services is increasing exponentially. The next generation of cloud computing must be energy-efficient and sustainable to fulfil the end-user requirements which are changing dynamically. Presently, cloud providers are facing challenges to ensure the energy efficiency and sustainability of their services. The usage of large number of cloud datacenters increases cost as well as carbon footprints, which further effects the sustainability of cloud services. In this paper, we propose a comprehensive taxonomy of sustainable cloud computing. The taxonomy is used to investigate the existing techniques for sustainability that need careful attention and investigation as proposed by several academic and industry groups. Further, the current research on sustainable cloud computing is organized into several categories: application design, sustainability metrics, capacity planning, energy management, virtualization, thermal-aware scheduling, cooling management, renewable energy and waste heat utilization. The existing techniques have been compared and categorized based on the common characteristics and properties. A conceptual model for sustainable cloud computing has been proposed along with discussion on future research directions.

연구 동기 및 목표

• IoT와 증가하는 서비스 수요로 인해 에너지 집약적인 클라우드 데이터센터가 초래하는 증가하는 환경적·경제적 과제를 해결하기 위해.
• 에너지 효율성 향상과 탄소 배출 감소 측면에서 클라우드 컴퓨팅 내 지속 가능성 실천의 핵심적 격차를 규명하기 위해.
• 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅 분야의 기존 연구 및 기법을 체계적으로 분류하고 체계적인 분석을 가능하게 하는 포괄적이고 체계적인 분류 체계를 제공하기 위해.
• 기술적, 운영적, 환경적 요소를 통합한 통합된 시스템 설계를 가능하게 하는 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅을 위한 개념적 모델을 제안하기 위해.
• 학계 및 산업계가 더 에너지 효율적이고 환경에 친화적인 클라우드 시스템으로 나아가도록 이끄는 향후 연구 방향을 제시하기 위해.

제안 방법

• 응용 설계, 지속 가능성 메트릭, 에너지 관리 등 분야별 38개의 연구 및 실천 분야를 분석하여 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅의 360도 분류 체계를 수립하였다.
• 기존 기법들을 응용 설계, 지속 가능성 메트릭, 용량 계획, 에너지 관리, 가상화, 열에 민감한 스케줄링, 냉각 관리의 일곱 핵심 범주로 정리하였다.
• 지속 가능성 프레임워크의 핵심 구성 요소로 재생 가능 에너지 통합 및 오염열 활용을 통합하였다.
• 기술적, 운영적, 환경적 요소를 통합하여 통합된 시스템 설계를 가능하게 하는 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅의 개념적 모델을 제안하였다.
• 공통된 특성과 성질을 기반으로 기존 기법들을 비교 분석하여 강점, 한계 및 연구 격차를 규명하였다.
• 학술 기여와 산업 기여의 융합을 통해 연구 추세와 산업 관행를 평가하여 향후 연구 방향을 안내하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 컴퓨팅에서 지속 가능성을 정의하는 데 핵심이 되는 주요 기술적 및 운영적 차원은 무엇인가요?
• RQ2 현재의 에너지 관리, 가상화, 열 제어 기법들은 클라우드 데이터센터의 탄소 배출량 감소에 어떻게 기여하고 있나요?
• RQ3 차세대 클라우드 시스템에서 에너지 효율성과 지속 가능성 달성에 있어 가장 중요한 연구 격차와 과제는 무엇인가요?
• RQ4 재생 가능 에너지원과 오염열 회수는 어떻게 클라우드 인프라 설계에 효과적으로 통합될 수 있나요?
• RQ5 다양한 지속 가능성 기법들을 통합하여 일관되고 확장 가능한 모델로 만드는 개념적 프레임워크는 무엇일 수 있나요?

주요 결과

• 분류 체계는 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅 기법의 일곱 핵심 범주를 규명하여 향후 연구 및 시스템 설계를 위한 체계적 기반을 제공한다.
• 에너지 관리와 가상화는 가장 성숙한 분야로, 에너지 소비를 줄이기 위한 동적 자원 할당 및 통합에 대한 상당한 연구가 이루어지고 있다.
• 열에 민감한 스케줄링과 냉각 관리는 하드웨어 수명과 에너지 효율성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 주목할 만한 중요한 분야로 부상하고 있다.
• 재생 가능 에너지 통합과 오염열 활용은 아직 연구가 부족하지만, 데이터센터의 탄소 배출량 감소에 높은 잠재력을 지닌다.
• 지속 가능한 클라우드 컴퓨팅의 개념적 모델은 응용, 인프라, 환경적 요소 간의 다층 최적화를 가능하게 한다.
• 향후 연구는 지속 가능성 메트릭의 표준화와 동적 워크로드를 위한 적응형, 자가 치유 기능을 갖춘 클라우드 시스템 개발을 우선시해야 한다.