شماره مدرك
18556
شماره راهنما
16133
پديد آورنده
اسفندياري، البرز
عنوان
جايگذاري بر خط توابع مجازي شبكه در بستر شبكه 5G
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
نرم افزار
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1401
صفحه شمار
يازده، 116ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
مجازيسازي تابع شبكه , محاسبات لبه با دسترسي چندگانه , عملكرد شبكه مجازي , قراردهي بهينه , يادگيري تقويتي , الگوريتم ژنتيك , نسل پنجم فناوري شبكهي بيسيم
تاريخ ورود اطلاعات
1402/02/12
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
كامپيوتر
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1403/05/24
كد ايرانداك
2925734
چكيده فارسي
در سالهاي اخير، اهميت بكارگيري فناوري شبكهي بيسيم دوچندان شده است. از تلفنهاي هوشمند و اينترنت اشيا گرفته، تا ارائهي خدمات مختلف بر اساس ابرها و محاسبات لبه، از اين فناوري بهره گرفتهاند. با رشد روزافزون به كارگيري اين فناوري، لازم است كه در نسلهاي بعدي، مواردي چون قابليت اطمينان بالا، تاخير ناچيز، كيفيت تجربه (QOS) و امكان اتصال تعداد بيشتري از دستگاهها به صورت همزمان، فراهم شوند.
به دليل برطرف نشدن اين نيازمنديها در نسل چهارم فناوري شبكهي بيسيم، شرايط ظهور نسل بعدي، يعني نسل پنجم (5G) فراهم گرديده است و در حال توسعه ميباشد.
اين نسل با به كارگيري مفاهيم و فناوريهايي مانند برش شبكه، مجازيسازي عملكرد شبكه (NFV)، شبكهي نرمافزار محور (SDN) و محاسبات لبه با دسترسي چندگانه (MEC) سعي در به حداقل رساندن محدوديتهاي ذكر شده دارد. در نتيجه، اين فناوري سرويسگرا بوده و ميتوان هر خدمتي را به عنوان سرويس، در آن تعريف كرد و در اختيار كاربران قرار داد.
با توجه به ارائه سرويسها به صورت ماكروسرويس و ايجاد زنجيرهاي از VNFها به عنوان اجزاي نرمافزاري شده عملكردهاي شبكه، قراردهي اين سرويسها به يكي از چالشهاي اصلي در اين نسل تبديل شده است. همچنين در كنار قراردهي بهينه زنجيره سرويسها از نظر منابع، بايد مواردي همچون تأخير ارائه سرويسها، انرژي مصرفي و هزينه انرژي مصرفي آنها نيز در نظر گرفته شود. چرا كه در 5G ارائه سرويسها با تأخير و هزينه پايين مدنظر ميباشد، تا هم كاربران ترغيب به استفاده از سرويسهاي شخصيسازي شده شوند و هم سود آوري بيشتري براي اپراتورهاي ارائه دهنده خدمات فراهم شود.
پژوهشهاي پيشين نشان ميدهد كه بيشتر روشهاي ارائه شده، تمامي اين موارد را در نظر نگرفتهاند. به طور مثال، روشهاي قديمي، استفاده از MEC را ناديده گرفتهاند و در برخي ديگر از روشها، تنها تأخير ارائه سرويس و يا انرژي مصرفي در نظر گرفته شده است. همچنين در بيشتر پژوهشها، روش پيشنهادي فقط بر اساس استفاده از ابزارهاي بهينهسازي، همچون CPLEX و MiniZinc بوده و يا از روشهاي ابتكاري و فراابتكاري استفاده شده است. اين دو دسته از روشها، از نظر زمان پاسخگويي با چالش روبهرو هستند و همچنين تطابقپذيري آنها با تغيير شرايط، بسيار پايين ميباشد.
از اين رو، ما در اين پژوهش دو روش OGA و Hybrid-OGA را ارائه كردهايم. پايه اين دو روش، استفاده از روشهاي يادگيري تقويتي و مدل رمزگذار-رمزگشا ميباشد. در روش OGA، ابتدا مسئله VNF-FGE را به شكل يك مسئله برنامهريزي خطي باينري با در نظر گرفتن همزمان تأخير ارائه سرويس، انرژي مصرفي سرويس و هزينه انرژي مصرفي بر پايه انتخاب بين ميزبانهايي با انرژي تجديدپذير و ميزبانهايي با انرژي قهوهاي، فرمولهبندي كرديم. در ادامه به دليل برخط نبودن برخي روشهاي پيشين، ما اين روش را در يك محيط برخط ارائه دادهايم. برخط بودن در اينجا به دو بخش تقسيم ميشود. در روشهاي يادگيري به طور معمول ابتدا يك مدل آموزش ميبيند و سپس از آن مدل استفاده ميشود كه اين رويهاي بسيار زمانبر است. درنتيجه ما با استفاده از استراتژي ϵ-greedy، اقدام به ايجاد عامل هوشمندي بر پايه يادگيري تقويتي كردهايم كه در طي زمان بهبود يافته و زمان پاسخگويي را بهبود ميبخشد و همچنين محيط در هر مرحله در حال بهروزرساني ميباشد. در ادامه به دليل حريصانه بودن اين رويكرد و احتمال مسدود شدن نابجاي برخي از سرويسها، ما يك رويكرد فراابتكاري بر اساس الگوريتم ژنتيك را به رويكرد خود اضافه كردهايم، تا بتوان با استفاده از خروجي همان مدل تعداد سرويسهاي مسدود شده را كاهش داد.
در نهايت، اين روش پيشنهادي را با روش First Fit (FF) و نتايج ابزار CPLEX مقايسه كرديم. خروجيهاي ارزيابي نشان ميدهند كه دو روش OGA و Hybrid-OGA ميتوانند به خوبي از نظر زمان پاسخگويي، نسبت پذيرش، تعداد سرويسهاي مسدود شده و كمينه كردن تابع هدف بهينهسازي با دو روش ديگر تقابل كنند.
چكيده انگليسي
In recent years, the importance of using wireless network technology has increased. They have taken advantage of this technology, from smartphones and the Internet of Things to providing various cloud and edge computing services. With the growing use of this technology, it is necessary to provide things such as high reliability, low latency, quality of experience (QOS), and the possibility of connecting more devices simultaneously in the next generations. This generation tries to minimize the mentioned limitations by applying concepts and technologies such as network slicing, network function virtualization (NFV), software-defined networking (SDN), and multi-access edge computing (MEC). As a result, this technology is service-oriented, and any functionality can be defined as a service and provided to users. Considering the provision of services in microservices and the creation of chains of VNFs as software components of network functions, the placement of these services is one of the main challenges in this generation. Along with the optimal placement of the service chain in terms of resources, some other parameters, such as the delay in providing services, energy consumption, and the cost of energy consumption, should also be considered. Because 5G intends to provide services with low delay and cost to encourage users to use personalized services and provide more profit for service providers, previous researches show that most of the presented methods have not considered all these cases. For example, old methods have ignored the use of MEC, and in some other methods, only the service delay or energy consumption has been considered. In most research, the proposed method is only based on using optimization tools, such as CPLEX and MiniZinc, or heuristic and meta-heuristic methods have been used. These two categories of methods face a challenge regarding response time, and their compatibility with changing conditions is very low. Therefore, in this research, we have presented two methods, OGA and Hybrid-OGA. They are based on reinforcement learning methods and the encoder-decoder model. In the OGA method, we model the VNF-FGE problem as a binary linear programming problem by considering service delivery delay, service energy consumption, and energy consumption cost simultaneously. Also, there are two types of hosts with renewable energy and hosts with brown energy to choose from. Since some previous methods are not online, we have presented this method in an online environment. In learning methods, a model is usually trained first, and then that model is used, which is a time-consuming procedure. As a result, using the epsilon-greedy strategy, we have developed an intelligent agent based on reinforcement learning that improves the overall performance and the response time over time and the environment is updated at every step. Due to the greediness of this approach and the possibility of inappropriate blocking of some services, we have added a meta-heuristic approach based on a genetic algorithm to our method. This meta-heuristic approach uses the output of the same model to reduce the number of blocked services. Finally, we compared the proposed method with the First-Fit (FF) method and the results of the CPLEX tool. The evaluation results show that the OGA and Hybrid-OGA methods can compete well with the other two methods regarding response time, acceptance ratio, number of blocked services, and minimization of the objective optimization function.
استاد راهنما
زينب زالي
استاد مشاور
مسعودرضا هاشمي
استاد داور
محمدرضا حيدرپور , نغمه سادات مويديان