We propose a new framework for studying effective resource allocation in a load balancing system under sparse communication, a problem that arises, for instance, in data centers. At the core of our approach is state approximation, where the load balancer first estimates the servers' states via a carefully designed communication protocol, and subsequently feeds the said approximated state into a load balancing algorithm to generate a routing decision. Specifically, we show that by using a novel approximation algorithm and server-side-adaptive communication protocol, the load balancer can obtain good queue-length approximations using a communication frequency that decays quadratically in the maximum approximation error. Furthermore, using a diffusion-scaled analysis, we prove that the load balancer achieves asymptotically optimal performance whenever the approximation error scales at a lower rate than the square-root of the total processing capacity, which includes as a special case constant-error approximations. Using simulations, we find that the proposed policies achieve performance that matches or outperforms the state-of-the-art load balancing algorithms while reducing communication rates by as much as 90%. Taken as a whole, our results demonstrate that it is possible to achieve good performance even under very sparse communication, and provide strong evidence that approximate states serve as a robust and powerful information intermediary for designing communication-efficient load balancing systems.


翻译:我们提出了一个新的框架,用于研究在通信稀少的情况下在负荷平衡系统中有效分配资源,这个问题在数据中心等地出现。我们的方法核心是州近似,即负平衡器首先通过精心设计的通信协议对服务器状态进行估算,然后将上述近似状态转化为负荷平衡算法,以产生一条路线决定。具体地说,我们表明,通过使用新颖的近似算法和服务器的侧面适应通信协议,负平衡器可以利用通信频率获得良好的排队长度近似,而通信频率在最大近似误差中四分化。此外,我们采用扩散尺度分析,证明负平衡器在接近误差率比总处理能力的平原值低时,会取得尽可能最佳的性能。我们通过模拟,我们发现拟议的政策能够达到匹配或超过状态的负载平衡算法,同时将通信速度降低90 % 。从整体上看,我们的成果证明,负载平衡器在近似的误差尺度下,能够提供稳健的准确的准确的通信效果。

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