[논문 리뷰] The Cloudlet Bazaar Dynamic Markets for the Small Cloud

Ranjan Pal, Sung-Han Lin외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 04.

Cloud Computing and Resource Management참고 문헌 27인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 유동적인 수요와 공급 조건에도 불구하고 자원 공유의 장기적 안정성과 효율성을 보장하는 소규모 클라우드(Small Clouds, SCs)를 위한 동적 시장 메커니즘을 제안한다. 게임 이론의 Arrow와 Hurwicz의 비균형 과정과 기울기 플레이를 활용하여, 모델은 반복적으로 안정적이고 효율적인 시장 균형에 수렴하며, 동적 조건에서도 높은 고객 QoS와 SC 수익을 유지한다.

ABSTRACT

The recent emergence of the small cloud (SC), both in concept and in practice, has been driven mainly by issues related to service cost and complexity of commercial cloud providers (e.g., Amazon) employing massive data centers. However, the resource inelasticity problem faced by the SCs due to their relatively scarce resources (e.g., virtual machines) might lead to a potential degradation of customer QoS and loss of revenue. A proposed solution to this problem recommends the sharing of resources between competing SCs to alleviate the resource inelasticity issues that might arise [1]. Based on this idea, a recent effort ([2]) proposed SC-Share, a performance-driven static market model for competitive small cloud environments that results in an efficient market equilibrium jointly optimizing customer QoS satisfaction and SC revenue generation. However, an important non-obvious question still remains to be answered, without which SC sharing markets may not be guaranteed to sustain in the long-run - is it still possible to achieve a stable market efficient state when the supply of SC resources is dynamic in nature and there is a variation of customer demand over time? In this paper, we address the problem of efficient market design for SC resource sharing in dynamic environments. We answer our previous question in the affirmative through the use of Arrow and Hurwicz's disequilibrium process [3], [4] in economics, and the gradient play technique in game theory that allows us to iteratively converge upon efficient and stable market equilibria

연구 동기 및 목표

• 유동적인 자원 가용성과 변동하는 고객 수요 조건 하에서 소규모 클라우드(SC) 시장의 지속 가능성 해결
• 실세계의 동적 조건에서 안정성 분석이 부족한 이전 정적 시장 모델의 한계 극복
• 공급-수요 변동에도 불구하고 최적의 균형에 수렴하도록 설계된 메커니즘을 통해 장기적 시장 효율성과 안정성 확보
• 중앙 집중식 제어 없이도 자율적인 SC들이 공동으로 사회적 복지를 최대화하고 개별 수익을 극대화할 수 있도록 지원
• 성능과 공정성을 유지하면서 피어 투 피어 SC 자원 공유 환경에서 확장 가능하고 분산된 시장 메커니즘 제공

제안 방법

• 일般 균형 이론의 Arrow와 Hurwicz의 비균형 과정을 도입하여 공급과 수요가 균형에서 벗어날 경우의 시장 역학을 모델링
• 비협력 게임 이론의 기울기 플레이를 통합하여 가격과 할당량을 반복적으로 조정하여 안정적이고 효율적인 균형에 수렴
• 고객과 규제 기관을 이해관계자로 삼아 자율적인 SC들 간의 비협력 게임으로 SC 시장을 모델링
• 성능 중심의 큐잉 이론 기반 모델을 활용하여 자원 할당과 고객 QoS를 연결하여 실용적 관련성 확보
• Arrow-Debreu 복지 정리 적용을 통해 유일한 최적 균형이 유틸리타리안 사회적 복지를 최대화함을 증명
• 시장 피드백에 기반하여 SC들이 전략을 조정하는 분산형, 탈중앙화된 메커니즘 설계로 중앙 집중적 조율 방지

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자원 가용성과 고객 수요가 유동적인 소규모 클라우드 환경에서 안정적이고 효율적인 시장 균형을 달성할 수 있는가?
• RQ2 공급-수요 변동이 존재하는 상황에서도 탈중앙화된 시장 메커니즘이 효율적 균형에 수렴하도록 보장할 수 있는가?
• RQ3 게임 이론 기반의 기울기 플레이는 어떻게 동적 소규모 클라우드 시장의 안정성과 장기적 지속 가능성을 확보하는가?
• RQ4 중앙 집중적 제어 없이도 동적 조건 하에서 높은 고객 QoS와 SC 수익을 유지할 수 있는가?
• RQ5 정적 시장 모델 대비 제안된 메커니즘은 내성적 저항력과 수렴 속도 측면에서 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 제안된 동적 시장 메커니즘은 자원 공급과 수요의 변동에도 불구하고 안정적이고 효율적인 균형에 성공적으로 수렴하여 장기적 시장 지속 가능성 보장
• 수치 실험을 통해 균형에 향한 고속 수렴 확인하여 실시간 환경에서의 실용적 타당성 입증
• Arrow-Debreu 복지 정리에 따라 유일한 최적 균형이 유틸리타리안 사회적 복지를 최대화함을 보장하여 최적의 사회적 복지 달성
• 피어 투 피어 자원 공유를 통해 고비용의 공공 클라우드 조달 의존도를 최소화함으로써 고객 QoS와 SC 수익 유지
• 기울기 플레이의 활용으로 SC 간 전체 정보 공유가 필요 없이도 분산형, 분산 수렴 가능
• 각 프로파일별 동질 모델 적용을 통해 이질적 VM 프로파일에까지 확장 가능하여 확장성과 실용성 유지