Dynamic routing algorithms and methods for controlling traffic flows of cloud applications and services
Автор: Bolodurina I.P., Parfenov D.I.
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 2 т.6, 2017 года.
Бесплатный доступ
Nowadays, we see a steady growth in the use of cloud computing in modern business. This enables to reduce the cost of IT infrastructure owning and operation; however, there are some issues related to the management of data processing centers. One of these issues is the effective use of companies' computing and network resources. The goal of optimization is to manage the traffic in cloud applications and services within data centers. Taking into account the multitier architecture of modern data centers, we need to pay a special attention to this task. The advantage of modern infrastructure virtualization is the possibility to use software-defined networks and software-defined data storages. However, the existing optimization of algorithmic solutions does not take into account the specific features of the network traffic formation with multiple application types. The task of optimizing traffic distribution for cloud applications and services can be solved by using software-defined infrastructure of virtual data centers. We have developed a simulation model for the traffic in software-defined networks segments of data centers involved in processing user requests to cloud application and services within a network environment. Our model enables to implement the traffic management algorithm of cloud applications and optimize the access to storage systems through the effective use of data transmission channels. During the experimental studies, we have found that the use of our algorithm enables to decrease the response time of cloud applications and services and, therefore, increase the productivity of user requests processing and reduce the number of refusals.
Software-defined network, data centers, cloud computing, it infrastructure
Короткий адрес: https://sciup.org/147160622
IDR: 147160622 | УДК: 004.75, | DOI: 10.14529/cmse170206
Алгоритмы и методы динамической маршрутизации для управления потоками трафика облачных приложений и сервисов
В настоящее время доля использования технологии облачных вычислений в современных бизнес процессах компаний неуклонно растет. Несмотря на то, что это позволяет снижать стоимость владения и эксплуатации ИТ инфраструктуры, существует ряд проблем, связанных с управлением центрами обработки данных. Одной из таких проблем является эффективность использования имеющихся в распоряжении компаний вычислительных и сетевых ресурсов. Одним из направлений оптимизации является процесс управления трафиком облачных приложений и сервисов в центрах обработки данных (ЦОД). Учитывая многозвенную архитектуру современных ЦОД, такая задача весьма нетривиальна. Преимуществом современной инфраструктуры виртуализации является возможность использования программно-конфигурируемых сетей и программно-управляемых хранилищ данных. Однако существующие алгоритмические решения при оптимизации не учитывают ряд особенностей формирования трафика в сети с несколькими классами приложений. В рамках проведенного исследования решена задача оптимизации распределения трафика облачных приложений и сервисов для программно-управляемой инфраструктуры виртуального ЦОД. Предложена имитационная модель, позволяющая описать трафик в программно-конфигурируемых сегментах сети ЦОД, участвующих в обработки запросов пользователей к приложениям и сервисам расположенных сетевой среде, включающей в себя гетерогенную облачную платформу и программно-конфигурируемые хранилища данных. Разработанная модель позволила реализовать алгоритм управления трафиком облачных приложений и оптимизировать доступ системе хранения, за счет эффективного использование канала для передачи данных. В ходе экспериментальных исследований установлено что, применение разработанного алгоритма позволяет сократить время отклика облачных приложений и сервисов, и как следствие повысить производительность обработки запросов пользователей и снизить количество отказов.
Список литературы Dynamic routing algorithms and methods for controlling traffic flows of cloud applications and services
- Bolodurina I., Parfenov D. Development and research of models of organization storages based on the software-defined infrastructure//39th International Conference on Telecommunications and Signal Processing, 2016, P. 1-6 DOI: 10.1109/TSP.2016.7760818
- Parfenov D., Bolodurina I., Shukhman A. Approach to the effective controlling cloud computing resources in data centers for providing multimedia services//International Siberian Conference on Control and Communications, 21-23 may 2015,Omsk, P.939-944, DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147170
- Singh D., Singh J., Chhabra A. High availability of clouds: failover strategies for cloud computing using integrated checkpointing algorithms//International Conference on Communication Systems and Network Technologies, 2012, P. 698-703 DOI: 10.1109/CSNT.2012.155
- Aida K., Kasahara H., Narita S. Job Scheduling Scheme for Pure Space Sharing among Rigid Jobs//Lecture Notes in Computer Science, 1998, Vol. 1459. P. 98-121 DOI: 10.1007/bfb0053983
- Garey M., Graham R. (1975) Bounds for multiprocessor scheduling with resource constraints//SIAM Journal on Computing, 1975, Vol. 4, Issue 2, P. 187-200 DOI: 10.1137/0204015
- Arndt O., Freisleben1 B., Kielmann T., Thilo F. A comparative study of online scheduling algorithms for networks of workstations//Cluster Computing, 2000, Vol. 4, Issue 2, P. 95-112 DOI: 10.1023/A:1019024019093
- Feitelson D., Weil A. Utilization and predictability in scheduling the IBM SP2 with backfilling//Parallel Processing Symposium, 1998, P. 542-546 DOI: 10.1109/IPPS.1998.669970
- Lawson B., Smirni E. Multiple-queue Backfilling Scheduling with Priorities and Reservations for Parallel Systems//Lecture Notes in Computer Science, 2002, Vol. 2537, P. 40-47 DOI: 10.1007/3-540-36180-4_5
- Perkovic D., Keleher P. Randomization, Speculation, and Adaptation in Batch Schedulers//Supercomputing ACM/IEEE Conference, 2000, P. 7-18 DOI: 10.1109/SC.2000.10041
- Srinivasan S., Kettimuthu R. Selective Reservation Strategies for Backfill Job Scheduling//Lecture Notes in Computer Science, 2002, Vol. 2357, P. 55-71. 36180-4_4 DOI: 10.1007/3-540-
- Jing L., Mingze L., Gang W., Xiaoguang L., Zhongwei L., Huijun T. Global reliability evaluation for cloud storage systems with proactive fault tolerance//Lecture Notes in Computer Science, 2015, Vol. 9531, P. 189-203 DOI: 10.1007/978-3-319-27140-8_14
- Rahme J., Xu H. Reliability-based software rejuvenation scheduling for cloud-based systems//27th International Conference on Software Engineering and Knowledge Engineering, 2015, P. 1-6 DOI: 10.18293/seke2015-233
- OFELIA: OpenFlow in Europe. URL: http://www.fp7-ofelia.eu (дата обращения: 27.05.2016)
- Kang J., Bannazadeh H., Rahimi H. Software-defined infrastructure and the future central office//IEEE International Conference on Communications Workshops, 2013, P. 225-229 DOI: 10.1109/ICCW.2013.6649233
- Mambretti J., Chen J., Yeh F. Software-Defined Network Exchanges (SDXs) and Infra-structure (SDI): Emerging innovations in SDN and SDI interdomain multi-layer services and capabilities//First International Science and Technology Conference (Modern Networking Technologies), 2014, P. 1-6 DOI: 10.1109/MoNeTeC.2014.6995590
- Lin T., Kang J., Bannazadeh H. Enabling SDN Applications on Software-Defined Infrastructure//Network Operations and Management Symposium, 2014, P. 1-7 DOI: 10.1109/NOMS.2014.6838226
- Ibanez G., Naous J., Rojas E., Rivera D., Schuymer T. A Small Data Center Network of ARP-Path Bridges made of Openflow Switches//36th IEEE Conference on Local Computer Networks, 2011, P. 15-23.
- Shimonishi H., Ochiai H., Enomoto E., Iwata A. Building Hierarchical Switch Network Using OpenFlow//International Conference on Intelligent Networking and Collaborative Systems, 2009, P. 391-394 DOI: 10.1109/INCOS.2009.66
- Egilmez H. OpenQoS: An OpenFlow controller design for multimedia delivery with end-to-end quality of service over software-defined networks//Signal & Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA ASC), 2012, P. 1-6.
- Kim W., Sharma P., Lee J., Banerjee S., Tourrilhes J., Lee S., Yalagandula P. Automated and Scalable QoS Control for Network Convergence//Internet network management conference on Research on enterprise networking, 2010, P. 1-1.
