[논문 리뷰] Continuous Double Auction Mechanism and Bidding Strategies in Cloud Computing Markets

Xuelin Shi, Ke Xu외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 23.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 18인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 클라우드 컴퓨팅 시장의 자원 할당 효율성을 향상시키기 위해 연속 이중auction(CDA) 메커니즘을 제안하며, 시뮬레이션 기반 평가를 통해 세 가지 시나리오에서 기존 전략보다 초과수익 생성, 거래 성공률, 시장 효율성 측면에서 뛰어난 성능을 보이는 새로운 이중단계 입찰 전략(BH-전략)을 도입한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 동적 가격 설정과 거래를 위한 전자 경매 플랫폼을 도입하여 클라우드 자원 할당의 비효율성을 해결한다.
• 구매자와 판매자가 동시에 입찰할 수 있도록 허용하는 연속 이중auction 메커니즘을 설계하여 시장의 유연성과 효율성을 향상시킨다.
• 개인의 이윤을 극대화하면서도 전체 시장 성능을 향상시키는 전략적 입찰 프레임워크를 개발한다.
• 시뮬레이션 기반 기준을 사용하여 제안된 전략의 성능을 기존 전략과 비교 평가한다.
• 실제 클라우드 컴퓨팅 시장 상황에서 CDA 메커니즘의 실현 가능성과 효과성을 검증한다.

제안 방법

• 가격과 수량 기반으로 실시간으로 매수 및 매도 주문을 매칭하는 클라우드 연속 이중auction(CDA) 메커니즘을 수립한다.
• 시장 조건에 적응하고 입찰 배치를 최적화하는 게임 이론 기반의 이중단계 전략적 입찰 전략(BH-전략)을 도입한다.
• BH-전략을 기존 주요 전략들과 비교하기 위해 세 가지 서로 다른 시장 시나리오를 가진 시뮬레이션 환경을 활용한다.
• 초과수익, 성공적 거래 비율, 시장 효율성과 같은 핵심 성능 지표를 정의하여 메커니즘과 전략의 성능을 평가한다.
• 동적이고 경쟁적인 시장 환경에서 구매자와 판매자 간의 전략적 상호작용을 모델링하기 위해 게임 이론 원리를 적용한다.
• 입찰가격-시간 우선순위 규칙에 따라 지속적으로 업데이트되고 매칭되는 다단계 경매 메커니즘을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정적 가격 모델에 비해 연속 이중auction 메커니즘이 클라우드 자원 할당의 효율성과 공정성에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 다수의 구매자와 판매자가 존재하는 동적 클라우드 시장에서 효과적인 입찰 전략의 핵심 특성은 무엇인가?
• RQ3 제안된 BH-전략은 기존 입찰 전략과 비교해 초과수익 생성과 거래 성공률 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ4 다양한 클라우드 시장 조건에서 CDA 메커니즘이 시장 효율성과 안정성을 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 제안된 경매 메커니즘은 실세계 클라우드 서비스 환경에서 실질적으로 구현되고 확장 가능한가?

주요 결과

• BH-전략은 다른 입찰 전략에 비해 총 시장 초과수익 생성 측면에서 뚜렷한 우월성을 보이며, 효율성 지표에서 측정 가능한 향상이 있다.
• 모든 세 가지 시뮬레이션 시나리오에서 BH-전략 하에서 성공적인 거래 건수는 경쟁 전략에 비해 일관되게 높다.
• CDA 메커니즘은 실세계 클라우드 컴퓨팅 시장에 대해 강력한 실현 가능성과 확장성을 보이며, 동적이고 지속적인 거래를 지원한다.
• 총 초과수익 대 최대 가능 초과수익 비율로 측정되는 시장 효율성은 BH-전략을 사용할 경우 뚜렷한 향상이 이루어진다.
• BH-전략의 이중단계 구조는 시장 변동성에 더 잘 적응할 수 있게 해주며, 개인 및 집단의 복지 향상에 기여한다.
• 시뮬레이션 결과는 제안된 CDA 메커니즘이 더 높은 할당 효율성과 더 빠른 평형 가격 수렴을 달성함을 확인한다.