توصيفگر ها :
زنجيره توابع سرويسي , قابليت اطمينان , تأخير , تخصيص منابع , شبكههاي 5G , الگوريتم ژنتيك , محاسبات مه
چكيده فارسي :
با گسترش روزافزون كاربردهاي اينترنت اشياء و افزايش سرويسهاي حساس به خرابي و بلادرنگ نظير نظارت ويدئويي، سيستمهاي كنترل صنعتي و كاربردهاي پزشكي در بستر شبكههاي 5G، نياز به پردازش داده با تأخير پايين و قابليت اطمينان بالا بيش از پيش اهميت يافته است. هرچند رايانش ابري در تأمين منابع گسترده و مقياسپذير عملكرد مناسبي دارد، اما به دليل فاصلهي جغرافيايي و ايجاد تأخيرهاي نامطلوب، به تنهايي پاسخگوي نيازهاي حساس به زمان اين سرويسها نيست. در اين راستا، رايانش مه به عنوان مكملي براي رايانش ابري مطرح شده است كه با نزديك كردن توان پردازشي به لبهي شبكه، ميتواند تأخير سرويسها را كاهش دهد. با اين حال، در محيط ناهمگن و منابع محدود مه، يكي از چالشهاي كليدي، تضمين قابليت اطمينان سرويسها به ويژه در قالب زنجيرههاي توابع سرويسي است؛ چرا كه تحقق اين هدف نيازمند تخصيص منابع افزوده يا پشتيبان براي مقابله با خرابيها ميباشد. در اين پاياننامه، استراتژيهاي نوآورانهاي براي تخصيص منابع پشتيبان به منظور كاهش هزينه و تضمين قابليت اطمينان در استقرار زنجيرههاي توابع سرويسي ارائه شده است. اين استراتژيها، هر دو حالت تخصيص منابع پشتيبان اختصاصي براي توابع مجازيسازيشدهي شبكه و تخصيص اشتراكي منابع پشتيبان براي توابع يك زنجيره را با استفاده از گرههاي فعال و آماده پوشش ميدهند.
براي ارزيابي اين رويكردها، يك مدل جامع و انعطافپذير ارائه شده است كه مسئلهي جايابي زنجيرههاي توابع سرويسي و تخصيص منابع را با هدف دستيابي به تعادلي ميان كاهش هزينههاي شبكه و بهبود عملكرد آن و در عين حال تضمين محدوديتهاي قابليت اطمينان و تأخير سرويسها، فرمولبندي ميكند. به منظور حل اين مدل، دو الگوريتم فراابتكاري ژنتيك پيادهسازي شدهاند، كه با طراحي ساختار مناسب براي كروموزومها و توابع برازندگي، توانايي انطباق با ويژگيهاي محيط مه را دارند. نتايج شبيهسازيها نشان ميدهد كه راهبردهاي پيشنهادي به طور قابل توجهي هزينه را كاهش داده و عملكرد شبكه را نسبت به روشهاي سنتي بهبود ميبخشند. به طور خاص، استفاده از تخصيص اشتراكي منابع پشتيبان در حالت آماده توانسته است تا 70٪ كاهش هزينه به عمل آورد و همچنين الگوريتمهاي ژنتيك، تا 80٪ بهبود در هزينه و كارايي نسبت به روشهاي متداول به همراه داشتهاند. اين نتايج، اهميت انتخاب هوشمندانه راهبرد تخصيص منابع پشتيبان در تضمين قابليت اطمينان و بهرهوري در محيطهاي ناهمگن و توزيعشدهي مه را به خوبي نشان ميدهد.
چكيده انگليسي :
The proliferation of Internet of Things (IoT) applications, coupled with the increasing prevalence of latency-critical and reliability-sensitive services such as video surveillance, industrial control, and medical systems over 5G networks, has intensified the demand for low-latency and dependable data processing. While cloud computing offers scalable and abundant resources, its inherent geographical distance introduces latency that can be prohibitive for these time-sensitive applications. Fog computing has emerged as a complementary paradigm, extending computational capabilities closer to the network edge to mitigate service latency. However, ensuring service reliability, particularly for Service Function Chains (SFCs), within the heterogeneous and resource-constrained fog environment presents a significant challenge, often necessitating the provision of redundant resources to address potential failures. This thesis introduces novel backup resource allocation strategies designed to minimize costs while guaranteeing the reliability of SFC deployments in fog environments. These strategies encompass both dedicated backup resource allocation for virtualized network functions and shared backup allocation among functions within an SFC, leveraging both active and standby nodes.
This thesis introduces novel backup resource allocation strategies designed to minimize costs while guaranteeing the reliability of SFC deployments in fog environments. These strategies encompass both dedicated backup resource allocation for virtualized network functions and shared backup allocation among functions within an SFC, leveraging both active and standby nodes. To evaluate the efficacy of these strategies, a comprehensive and adaptable model is formulated. This model addresses the problem of SFC placement and resource allocation, aiming to optimize the trade-off between network cost reduction and performance enhancement, subject to defined reliability and latency constraints. To solve this complex optimization problem, two metaheuristic genetic algorithms are developed, featuring tailored chromosome representations and multi-objective fitness functions that are well-suited to the characteristics of fog environments. Simulation results demonstrate that the proposed backup resource allocation strategies yield substantial cost reductions and improvements in network performance compared to conventional methods. Specifically, the shared standby-based backup allocation achieves up to a 70٪ reduction in cost, while the developed genetic algorithms result in up to an 80٪ improvement in cost and efficiency over traditional approaches. These findings underscore the critical role of intelligent backup resource allocation strategies in achieving reliable and efficient operation within heterogeneous and distributed fog computing environments.