그린 인터넷 서비스 위한 수익 인식 서버 할당

초록

본 논문은 전력 비용과 고객 이탈을 동시에 고려한 서버 팜의 동적 할당 정책을 제안한다. 요청당 고정 수익과 서버 가동·냉각에 소요되는 전력 비용을 모델링하고, 대기 중인 고객이 일정 시간 초과 시 포기하는 ‘불량 고객’(impatient) 특성을 Erlang‑A(M/M/n+M) 큐로 표현한다. 도착률 예측에 기반해 활성 서버 수를 실시간으로 조정함으로써 기대 수익을 최대화하는 알고리즘을 설계하고, 다양한 트래픽 상황에서 정적 할당 및 단순 임계값 정책과 비교 실험을 수행한다. 실험 결과, 제안된 정책이 전력 소비를 크게 절감하면서도 서비스 품질과 수익을 유지함을 확인하였다.

상세 분석

이 논문은 현대 데이터센터가 직면한 두 가지 상충 목표—전력 비용 최소화와 사용자 만족도(대기 시간) 유지—를 하나의 최적화 문제로 정형화한다는 점에서 의미가 크다. 먼저, 서버가 처리하는 요청당 고정된 수익 R을 가정하고, 서버 i가 가동 중일 때 소비하는 전력 P_i를 기본 전력 P_idle와 부하 비례 부분 α·u_i(0≤u_i≤1)로 분리한다. 여기서 u_i는 해당 서버의 CPU 활용률이며, 전체 전력 비용은 전력 단가 c와 시간당 합산한다. 이러한 선형 전력 모델은 실제 서버 전력 프로파일을 충분히 근사하면서도 수식 전개를 단순화한다.

고객 측면에서는 ‘impatient’ 고객을 도입해 대기 시간이 θ를 초과하면 포기하도록 한다. 이는 M/M/n+M 큐, 즉 Erlang‑A 모델로 정확히 매핑된다. 도착률 λ(t)는 시간에 따라 변동하며, 서비스율 μ는 모든 서버가 동일하다고 가정한다. 포기율 γ는 대기 중인 고객이 포기하는 확률을 나타내며, 이는 대기시간 분포와 직접 연결된다. 논문은 이 확률을 이용해 평균 포기 고객 수와 평균 처리 고객 수를 구하고, 이를 통해 기대 수익 E