[논문 리뷰] Network Load Balancing Methods: Experimental Comparisons and Improvement

Shafinaz Islam|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 18.

Distributed and Parallel Computing Systems참고 문헌 6인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 시뮬레이션을 통해 네 가지 네트워크 로드 밸런싱 방법—랜덤, 라운드 로빈, 최단 큐, 그리고 오래된 로드 정보를 사용하는 최단 큐—를 평가하며, 지연 지표에서 후자의 성능이 열악함을 입증한다. 이에 따라 적응형 로드 샘플링을 통합한 개선된 변종을 제안하여 기존 방법보다 훨씬 낮은 평균 지연을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 네트워크 시스템에서 널리 사용되는 네 가지 로드 밸런싱 알고리즘의 성능을 분석하고 비교하는 것.
• 오래된 로드 정보를 사용할 경우 최단 큐 방법의 성능 저하 요인을 특정하는 것.
• 노후된 로드 데이터의 영향을 완화하는 개선된 로드 밸런싱 메커니즘을 설계하고 평가하는 것.
• 다양한 시스템 부하 조건에서 제안된 개선 사항의 정량적 성능 분석을 제공하는 것.

제안 방법

• 다양한 로드 밸런싱 전략 하에서 시스템 행동을 평가하기 위해 이산 사건 시뮬레이션 모델을 구현하였다.
• 연구는 네 가지 방법을 비교한다: 랜덤, 라운드 로빈, 최단 큐, 그리고 오래된 로드 정보를 사용하는 최단 큐.
• 노후된 로드 정보의 영향을 줄이기 위해 로드 정보를 적응형으로 샘플링하는 최단 큐 알고리즘의 개선 버전을 제안한다.
• 개선 사항은 시스템 부하와 관측된 지연 추세에 따라 샘플링 주기를 동적으로 조정한다.
• 성능은 다양한 워크로드와 시스템 크기에서 평균 지연을 주요 지표로 측정한다.
• 개선 사항의 확장성과 내구성을 검증하기 위해 이론적 성능 분 析를 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 부하 조건에서 랜덤, 라운드 로빈, 최단 큐, 그리고 오래된 로드 정보를 사용하는 최단 큐 방법 간 평균 지연은 어떻게 비교되는가?
• RQ2 오래된 로드 정보는 최단 큐 알고리즘의 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 적응형 샘플링 전략은 최단 큐 라우팅에서 오래된 데이터로 인한 지연 손실을 줄일 수 있는가?
• RQ4 제안된 개선 사항은 평균 지연 측면에서 기존 로드 밸런싱 방법보다 어떻게 뛰어나게 되는가?

주요 결과

• 오래된 로드 정보를 사용하는 최단 큐 방법은 특히 고부하 조건에서 다른 방법들과 비교해 훨씬 높은 평균 지연을 보였다.
• 제안된 적응형 샘플링 메커니즘은 기준 최단 큐(오래된 정보 사용) 대비 평균 지연을 최대 40% 감소시켰다.
• 개선된 알고리즘은 다양한 시스템 부하 범위에서 낮은 지연을 유지하여 내구성을 입증하였다.
• 라운드 로빈 및 랜덤 방법은 기준 및 개선된 최단 큐 방법보다 높은 평균 지연을 보였다.