[논문 리뷰] Toward Sustainable Networking: Storage Area Networks with Network Coding

Ulric J. Ferner, Muriel Médard외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 16.

Cooperative Communication and Network Coding참고 문헌 13인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 스토리지 영역 네트워크(SANs)에서 네트워크 코딩 스토리지(NCS)를 제안하여 랜덤 선형 네트워크 코딩을 통해 블로킹 확률을 낮춤으로써 에너지 소비를 줄이며, 기업 수준의 SANs에서 드라이브 및 서버의 수를 줄여 20–50%의 에너지 절감을 달성한다.

ABSTRACT

This manuscript provides a model to characterize the energy savings of network coded storage (NCS) in storage area networks (SANs). We consider blocking probability of drives as our measure of performance. A mapping technique to analyze SANs as independent M/G/K/K queues is presented, and blocking probabilities for uncoded storage schemes and NCS are derived and compared. We show that coding operates differently than the amalgamation of file chunks and energy savings are shown to scale well with striping number. We illustrate that for enterprise-level SANs energy savings of 20-50% can be realized.

연구 동기 및 목표

• SAN 내 네트워크 코딩 스토리지(NCS)의 에너지 절감 효과를 모델링하고 정량화하는 것.
• 비코딩 및 코딩 스토리지 방식을 모두 고려한 M/G/K/K 큐잉 모델을 사용하여 SAN 내 블로킹 확률을 분석하는 것.
• NCS가 드라이브 간 정보 결합 및 증가된 효과적 서비스 단위를 활용하여 기존 비코딩 복제 방식을 능가함을 보여주는 것.
• 블로킹 확률 감소를 실질적인 에너지 및 재정적 절감으로 번역하여 엔터프라이즈 규모의 SAN에 적용 가능한지 분석하는 것.

제안 방법

• 비코딩 및 네트워크 코딩 스토리지 하에서의 블로킹 확률를 분석하기 위해 SAN을 독립적인 M/G/K/K 큐로 모델링하는 것.
• SAN 스토리지 및 검색을 K개의 서버, 일반적인 서비스 시간, 유한한 용량을 갖는 큐잉 시스템으로 표현하기 위해 매핑 기법을 적용하는 것.
• 랜덤 선형 네트워크 코딩(RLNC) 원리를 사용하여 NCS를 구현함으로써 파일 조각이 여러 드라이브를 통해 인코딩 및 디코딩될 수 있도록 하는 것.
• M/G/K/K 모델 하에서 비코딩 및 코딩 방식의 블로킹 확률에 대한 분석적 표현을 유도하는 것.
• PUE, 비트당 서버 및 라우터 에너지 소비, 통신 부하를 기반으로 한 에너지 소비 모델을 도입하여 전체 SAN의 에너지 소비를 추정하는 것.
• 할인 현금흐름 모델 및 NPV 계산을 사용하여 블로킹 확률 향상 정도를 재정적 절감으로 전환하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 네트워크 코딩 스토리지(NCS)는 SAN 내 기존 비코딩 스토리지에 비해 블로킹 확률을 어떻게 감소시키는가?
• RQ2 기업용 SAN에서 스트라이핑 비율이 증가함에 따라 NCS의 에너지 절감 효과는 어느 정도로 확대되는가?
• RQ3 NCS에서 드라이브 간 정보 결합은 성능 및 효율성 측면에서 단순한 파일 조각 통합과 어떻게 다를까?
• RQ4 실제 기업용 SAN에서 NCS를 사용할 경우 도달 가능한 에너지 및 재정적 절감의 규모는 어느 정도인가?
• RQ5 NCS의 이점은 트래픽 부하와 요청 도착의 독립성에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• NCS는 드라이브 간 정보 결합 및 증가된 효과적 서비스 단위를 통해 비코딩 스토리지보다 더 효과적으로 블로킹 확률을 감소시킨다.
• 기업용 SAN에서 NCS의 에너지 절감 효과는 스트라이핑 비율 및 부하 조건에 따라 20%에서 50%까지 다양하다.
• 블로킹 확률 향상 정도는 스트라이핑 비율 증가와 함께 잘 확대되며, 이는 높은 스트라이핑 비율이 에너지 효율성을 향상시킴을 시사한다.
• 저장된 데이터량을 24 TB 감소시킬 경우, 일반적인 SAN 구성에서 1台의 서버를 종료할 수 있으며, 이로 인해 27 W/TB의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
• 기업용 일반 SAN에서 NCS의 재정적 절감 효과는 10년 간의 기간 동안 추정된 순현재가치(NPV)로 $404만에서 1,010만 달러에 이른다.
• NCS의 이점은 요청 혼합이 충분하고 중간에서 무거운 트래픽 부하 조건에서 가장 두드러지며, Kleinrock 독립성 가정을 검증한다.