[论文解读] Improving Quality of Service and Reducing Power Consumption with WAN accelerator in Cloud Computing Environments

Shin-ichi Kuribayashi|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2013

Caching and Content Delivery参考文献 6被引用 5

一句话总结

本文提出了一种在云环境中动态集成广域网（WAN）加速器的方案，以在长距离虚拟机（VM）迁移过程中维持服务质量（QoS）并降低功耗。通过在迁移前后利用基于mSCTP的多条TCP连接进行数据传输，并主动将WAN加速器作为云资源部署，该方法在不依赖迁移性能优化的前提下，将功耗降低至基线水平的十分之一。

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.

研究动机与目标

• 解决云环境中长距离虚拟机迁移后因网络延迟增加而导致的服务质量（QoS）下降问题。
• 降低由于在广域网（WAN）上长时间传输数据而导致的信息通信技术（ICT）设备的高功耗。
• 通过将WAN加速器动态集成到云基础设施中，提升虚拟机迁移期间的网络效率。
• 在不修改实际迁移过程的前提下，维持数据中心间通信的高吞吐量和低延迟。

提出的方法

• 当虚拟机被迁移到远距离数据中心时，动态地将WAN加速器作为云资源进行部署。
• 使用mSCTP（多流SCTP）管理迁移前后不同TCP连接之间的数据传输，实现独立优化。
• 临时提高通信链路的数据包传输速率，以提升吞吐量并缩短传输时间。
• 在网络层集成WAN加速器，对数据流进行压缩和优化，减轻带宽压力并降低能耗。
• 将实际迁移性能与网络优化策略解耦，仅专注于迁移后的QoS和能效优化。
• 复用现有WAN加速器技术，无需对底层传输协议或虚拟机迁移机制进行修改。

实验结果

研究问题

• RQ1 在云环境中，如何在广域网中完成虚拟机迁移后仍能保持服务质量？
• RQ2 在数据中心间通信过程中，WAN加速器能在多大程度上降低ICT设备的功耗？
• RQ3 动态部署WAN加速器是否能在不降低实际迁移性能的前提下提升网络效率？
• RQ4 基于mSCTP的多条独立TCP连接数据传输对网络吞吐量和延迟有何影响？
• RQ5 通过战略性地集成WAN加速器，是否可行将功耗降低至基线水平的显著比例？

主要发现

• 所提出的方法可将ICT设备的功耗降低至未使用WAN加速器时水平的约十分之一。
• WAN加速器的动态集成能够维持高吞吐量和低延迟，有效保障长距离虚拟机迁移后的服务质量。
• 基于mSCTP的数据传输可高效利用多条TCP连接，提升迁移前后网络路径的鲁棒性与性能。
• 该方法成功实现了网络优化与实际迁移过程的解耦，使迁移后性能可独立增强。
• 该解决方案与现有WAN加速器硬件兼容，且无需对虚拟机迁移或传输层协议进行修改。
• 功耗降低不仅源于数据压缩，还通过在传输阶段提高有效数据包传输速率实现。