[论文解读] Optimizing the Cost for Resource Subscription Policy in IaaS Cloud

M. Uthaya Banu, K. Saravanan|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2014

Cloud Computing and Resource Management参考文献 4被引用 7

一句话总结

本文提出一种两阶段算法，通过优化预留与按需计划之间的订阅策略，最小化IaaS云中的资源供应成本。第一阶段使用数学公式确定最优预留数量，第二阶段应用卡尔曼滤波器预测未来资源需求，实现了显著的成本降低，同时保持合理的预测精度。

ABSTRACT

Cloud computing allow the users to efficiently and dynamically provision computing resource to meet their IT needs. Cloud Provider offers two subscription plan to the customer namely reservation and on-demand. The reservation plan is typically cheaper than on-demand plan. If the actual computing demand is known in advance reserving the resource would be straightforward. The challenge is how to make properly resource provisioning and how the customers efficiently purchase the provisioning options under reservation and on-demand. To address this issue, two-phase algorithm are proposed to minimize service provision cost in both reservation and on-demand plan. To reserve the correct and optimal amount of resources during reservation, proposed a mathematical formulae in the first phase. To predict resource demand, use kalman filter in the second phase. The evaluation result shows that the two-phase algorithm can significantly reduce the provision cost and the prediction is of reasonable accuracy.

研究动机与目标

• 解决在混合预留与按需订阅计划下，最小化IaaS云资源供应总成本的挑战。
• 在需求不确定的情况下，确定应提前预留的最优资源量。
• 通过预测建模准确预测未来资源需求，提高成本效率。
• 开发一种系统化方法，平衡预留带来的成本节约与过度预留的风险。
• 评估所提方法在降低整体服务供应成本方面的有效性。

提出的方法

• 第一阶段采用数学公式，基于历史需求模式和成本参数计算最优预留资源数量。
• 第二阶段使用卡尔曼滤波算法动态且自适应地预测未来资源需求。
• 两阶段方法将预留规划与实时需求预测相结合，以最小化总成本。
• 系统假设按需与预留计划之间的成本差异已知，且预留价格更低。
• 使用资源使用模式数据集对方法进行评估，性能指标为成本节约与预测精度。
• 该算法设计为周期性应用，根据更新的预测结果调整预留策略。

实验结果

研究问题

• RQ1 当未来需求不确定时，如何确定最优的预留资源量？
• RQ2 预测建模在多大程度上可降低IaaS云中资源供应的总成本？
• RQ3 卡尔曼滤波在预测云资源供应需求方面有多准确？
• RQ4 将数学预留规划与动态预测相结合，其成本降低潜力如何？
• RQ5 两阶段方法与静态或反应式供应策略相比有何差异？

主要发现

• 所提出的两阶段算法显著降低了IaaS云中资源供应的总成本。
• 卡尔曼滤波能提供合理准确的未来资源需求预测，支持有效的预留决策。
• 第一阶段使用数学公式可确保最优预留数量，最大限度减少过度预留与预留不足。
• 评估结果证实，与仅依赖按需或固定预留模型相比，该方法实现了显著的成本节约。
• 该系统在具有不同工作负载的动态云环境中表现出强健性和适应性。
• 该方法通过发表于《国际工程趋势与技术杂志》（IJETT）的实证结果得到验证，显示出在各类测试案例中的一致性能。