توصيفگر ها :
برش شبكه , تخصيص منابع , كنترل پذيرش , پيشدستي , درآمد
چكيده فارسي :
با ظهور شبكههاي نسل پنجم و فراتر از آن، برش شبكه به عنوان يك رويكرد نوين براي پشتيباني از خدمات متنوع با نيازهاي عملكردي متفاوت مطرح شده است. در اين رويكرد، زيرساخت فيزيكي شبكه به مجموعهاي از برشهاي منطقي مستقل تقسيم ميشود.
هر يك از اين برشها، بهصورت يك شبكه مجازي، با ويژگيهاي مشخصي مانند پهناي باند، تأخير و قابليت اطمينان، به سرويس يا مستأجري خاص اختصاص مييابد. اين معماري منعطف، امكان استقرار همزمان و بهينهي انواع مختلف كاربردها با نيازهاي متضاد عملكردي را بر روي يك زيرساخت مشترك فراهم ميسازد.
در اين چارچوب، كنترل پذيرش برش به يكي از مسائل اساسي در مديريت و تخصيص منابع شبكه تبديل شده است، زيرا تصميمگيري دربارهي پذيرش درخواستهاي جديد بايد با در نظر گرفتن محدوديت منابع و پويايي تقاضاها انجام شود. هدف اصلي اين تصميمگيري، بيشينهسازي سود حاصل از پذيرش درخواستها است، به نحوي كه هم بهرهوري استفاده از منابع حفظ شود و هم كيفيت خدمات ارائهشده تضمين گردد.
در همين راستا، هدف اين پژوهش طراحي يك چارچوب بهينه براي كنترل پذيرش برش در محيطهايي با تقاضاي ناهمگن، منابع محدود و زيرساخت توزيعشده است. در اين چارچوب، تصميمگيريها بهصورت پويا و با توجه به وضعيت لحظهاي شبكه انجام ميشود، بهگونهاي كه ويژگيهاي تصادفي درخواستها و پراكندگي منابع نيز در فرآيند تصميمگيري لحاظ ميگردد.
در اين پژوهش، كنترل پذيرش در دو مسئلهي اصلي مدلسازي و بررسي شده است. در مسئلهي نخست، سيستم بايد با هدف حداكثرسازي مجموع درآمد حاصل از پذيرش درخواستها در يك افق زماني محدود، تصميماتي اتخاذ كند كه ضمن رعايت محدوديتهاي مهلت و منابع، منجر به بيشينهسازي سود شود. در مسئلهي دوم، امكان پيشدستي در تصميمگيريها در نظر گرفته ميشود. به اين معنا كه سيستم ميتواند در شرايط خاص، برخي درخواستهاي در حال سرويس را براي پذيرش درخواستهاي جديد با درآمد بالاتر حذف كند. در اين حالت، مدل بهگونهاي طراحي شده است كه علاوه بر درآمد حاصل از پذيرشها، جريمهاي متناسب با زمان باقيماندهي سرويس پس از پيشدستي نيز محاسبه و اعمال ميشود.
براي حل اين مسائل، يك الگوريتم مبتني بر يادگيري تقويتي با نام Rollout توسعه داده شده است. افزون بر اين، يك الگوريتم ابتكاري سريع و كارآمد با نام DRAPAC نيز معرفي شده است كه با استفاده از نسبت درآمد به منبع غالب و در نظر گرفتن جريمهي ناشي از پيشدستي، تصميمگيري بيدرنگ را ممكن ميسازد.
نتايج شبيهسازي نشان ميدهند كه رويكردهاي پيشنهادي در مقايسه با روشهاي پايه نظير FCFS و EDF، عملكرد بهتري در افزايش درآمد كل دارند.
در مسئلهي كنترل پذيرش، روش Rollout بهطور ميانگين 30٪ درآمد بالاتري نسبت به الگوريتمهاي پايه كسب ميكند.
در مسئلهي كنترل پذيرش با پيشدستي، الگوريتم Rollout، بهطور ميانگين 36٪ درآمد بالاتر نسبت به الگوريتمهاي پايه و 15٪ درآمد بالاتر نسبت به DRAPAC به دست ميآورد.
همچنين، الگوريتم DRAPAC بهطور ميانگين 25٪ درآمد بالاتر نسبت به الگوريتمهاي پايه به دست ميآورد.
چكيده انگليسي :
With the advent of 5G and beyond, network slicing has emerged as a promising paradigm for supporting diverse services with heterogeneous performance requirements. In this architecture, the physical network infrastructure is logically partitioned into multiple independent slices. Each slice, acting as a virtual network, is allocated to a specific tenant or service with defined characteristics such as bandwidth, latency, and reliability. This flexible approach enables the simultaneous and efficient deployment of various applications with conflicting requirements on a shared infrastructure.
Within this framework, slice admission control becomes a fundamental challenge in network resource management and allocation, as decisions regarding the acceptance of new slice requests must account for resource constraints and demand dynamics. The primary objective is to maximize the overall revenue from admitted requests, while ensuring efficient resource utilization and maintaining service quality.
This research aims to design an optimal framework for slice admission control in environments with heterogeneous demands, limited resources, and distributed infrastructures. The proposed framework makes dynamic decisions based on real-time network conditions, incorporating the stochastic nature of requests and spatial distribution of resources into the decision-making process.
The problem is studied under two main scenarios. In the first scenario, the system aims to maximize the total revenue from admitted slice requests within a finite time horizon, subject to resource and deadline constraints. In the second scenario, preemption is introduced, allowing the system to proactively terminate ongoing services in favor of higher-value requests. In this case, the model accounts not only for the revenue from new admissions but also for penalties based on the remaining service time of preempted requests.
To address these problems, a reinforcement learning-based algorithm named Rollout is developed. In addition, a fast and efficient heuristic algorithm, DRAPAC, is proposed, which leverages the concept of revenue-to-dominant-resource ratio and considers preemption penalties for real-time decision-making.
Simulation results demonstrate that the proposed approaches outperform baseline methods such as FCFS and EDF in terms of total revenue.
In the admission control problem, the Rollout method achieves, on average, 30 percent higher revenue compared to the baseline algorithms.
In the preemptive admission control problem, the Rollout algorithm attains, on average, 36 percent higher revenue than the baseline algorithms and 15 percent higher revenue than DRAPAC.
Moreover, the DRAPAC algorithm achieves, on average, 25 percent higher revenue compared to the baseline algorithms.