[논문 리뷰] Improving Quality of Service and Reducing Power Consumption with WAN accelerator in Cloud Computing Environments

Shin-ichi Kuribayashi|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 08.

Caching and Content Delivery참고 문헌 6인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 클라우드 환경에서 장거리 가상 머신(Virtual Machine, VM) 이주시 품질의 서비스(Quality of Service, QoS)를 유지하고 전력 소비를 줄이기 위해 동적 WAN 가속기 통합 기법을 제안한다. 마이크로-소켓 제어 프로토콜(mSCTP)을 사용해 이주 전후 별도의 TCP 연결을 통해 데이터를 전송하고, 클라우드 리소스로 WAN 가속기를 능동적으로 배치함으로써, 이주 성능 최적화에 의존하지 않고도 기준 수준의 전력 소비의 10분의 1로 줄이는 데 성공했다.

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.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 환경에서 장거리 VM 이주 후 증가된 네트워크 지연으로 인한 품질의 서비스(QoS) 저하 문제를 해결한다.
• 광역망(Wide Area Networks, WANs)을 통해 장시간 데이터 전송이 이루어질 경우 발생하는 ICT 장치의 높은 전력 소비를 줄인다.
• 가상 머신 이주 중 네트워크 효율성을 향상시키기 위해 WAN 가속기를 클라우드 인프라에 동적으로 통합한다.
• 실시간 이주 프로세스 자체를 수정하지 않고도 데이터센터 간 통신에서 높은 대역폭과 낮은 지연을 유지한다.

제안 방법

• VM이 원거리 데이터센터로 이주될 경우, 클라우드 리소스로 WAN 가속기를 동적으로 배치한다.
• 이주 전후 별도의 TCP 연결을 통해 데이터 전송을 관리하기 위해 다중 스트림 SCTP(mSCTP)를 사용하며, 개별 최적화가 가능하도록 한다.
• 통신 링크의 패킷 전송 속도를 일시적으로 증가시켜 대역폭을 향상시키고 전송 시간을 단축시킨다.
• 네트워크 계층에서 WAN 가속기를 통합하여 데이터 플로우를 압축하고 최적화함으로써 대역폭 부담과 전력 소비를 줄인다.
• 실시간 이주 성능과 네트워크 최적화 전략을 분리하여, 이주 후 QoS 및 전력 효율성에 집중한다.
• 기존 WAN 가속기 기술을 활용하며, 기반 전송 프로토콜이나 VM 이주 메커니즘의 수정이 필요 없다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 환경에서 광역망을 통해 장거리 VM 이주 후에도 품질의 서비스(QoS)를 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ2 데이터센터 간 통신 중 WAN 가속기가 ICT 장치의 전력 소비를 어느 정도 줄일 수 있는가?
• RQ3 WAN 가속기를 동적으로 배치함으로써 실시간 이주 성능 저하 없이 네트워크 효율성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 이주 전후 별도의 TCP 연결을 사용하는 mSCTP 기반 데이터 전송이 네트워크 대역폭과 지연에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 전략적인 WAN 가속기 통합을 통해 전력 소비를 기준 수준의 상당한 비율로 줄이는 것은 가능한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 WAN 가속기를 사용하지 않을 경우 대비 ICT 장치의 전력 소비를 약 10분의 1로 줄였다.
• WAN 가속기를 동적으로 통합함으로써 고대역폭과 낮은 지연을 유지하여 장거리 VM 이주 후에도 품질의 서비스(QoS)를 효과적으로 보존했다.
• mSCTP 기반 데이터 전송은 복수의 TCP 연결을 효율적으로 활용하여 이주 전후 네트워크 경로에서의 내구성과 성능을 향상시켰다.
• 이 방법은 네트워크 최적화를 실시간 이주 프로세스에서 분리하여, 이주 후 성능을 별도로 향상시킬 수 있도록 했다.
• 기존 WAN 가속기 하드웨어와 호환되며, VM 이주 또는 전송 계층 프로토콜의 수정이 필요하지 않다.
• 데이터 압축 외에도 전송 단계에서 유효한 패킷 전송 속도를 증가시킴으로써 전력 절감 효과를 달성했다.