[论文解读] Energy in computing systems with speed scaling: optimization and mechanisms design

Óscar C. Vásquez|arXiv (Cornell University)|Dec 27, 2012

Distributed and Parallel Computing Systems被引用 5

一句话总结

本文提出了一种针对计算系统中节能速度调节的可信成本分摊机制，平衡了用户服务质量与系统能耗。通过根据用户的负载和完成时间收费，该机制确保了策略无关性，并通过等价于最小化加权完成时间之和（权重为指数形式）的调度规则实现了最优社会福利。

ABSTRACT

We study a simple scheduling game for the speed scaling model. Players want their job to complete early, which however generates a big energy consumption. We address the game from the mechanism design side, and by charging the energy usage to the players we seek for a good compromize between quality of service and energy usage.

研究动机与目标

• 设计一种成本分摊机制，以在速度调节的计算系统中平衡能效与用户服务质量。
• 确保机制预算平衡，并在用户真实报告其负载和优先级时存在纳什均衡。
• 实现策略无关性，使用户无法通过谎报其作业参数获益。
• 建立社会福利最大化问题与具有加权完成时间的经典调度问题之间的联系。
• 提供一种计算高效的机制，使在用户激励下能够实现最优调度。

提出的方法

• 该机制基于作业的惩罚值、完成顺序和能耗成本设计成本分摊函数，源自 α ≥ 2 的速度调节模型。
• 将成本分摊定义为调度中所有作业的总和，包含后续作业的能耗成本和惩罚加权执行时间。
• 通过 Smith 规则的一种变体计算最优调度，其中作业按惩罚值与处理时间之比排序。
• 第 j 个作业的成本分摊通过剩余负载和惩罚总和的 α 次方根的倒数计算。
• 通过将总收费设定为等于系统总能耗来确保预算平衡。
• 理论分析表明，真实报告是纳什均衡，因为只有当报告的惩罚值与真实值一致时，福利最大化的必要条件才被满足。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种成本分摊机制，使用户有激励真实报告其作业负载和优先级？
• RQ2 在速度调节的计算系统中，如何联合优化能耗与用户服务质量？
• RQ3 社会福利最大化问题与具有加权完成时间的经典调度问题之间存在何种关系？
• RQ4 是否可能设计一种在速度调节背景下既预算平衡又策略无关的机制？
• RQ5 在何种条件下，机制下的最优调度对应于纳什均衡？

主要发现

• 所提出的成本分摊机制 X 对类型 B 用户具有策略无关性，即真实报告惩罚参数是一种优势策略。
• 该机制实现了预算平衡，确保用户支付的总成本等于系统消耗的总能耗。
• 机制下的最优调度对应于经典调度问题 1||∑w_i C_i^{(α−1)/α} 的解，该问题可通过 Smith 规则在多项式时间内求解。
• 该机制确保每个用户可无成本地选择退出，同时仍可在愿意支付其份额时重新加入。
• 福利最大化问题被证明与已知调度问题多项式等价，从而可高效计算最优调度。
• 福利最大化的一阶条件表明，唯一稳定点出现在用户报告真实惩罚值时，从而证明了机制的策略无关性。