科研動(dòng)態(tài)
可靠性感知的邊緣計(jì)算VNF實(shí)例放置
中文題目：可靠性感知的邊緣計(jì)算VNF實(shí)例放置
論文題目：Reliability-aware VNF Instance Placement in Edge Computing
錄用期刊/會(huì)議：計(jì)算機(jī)科學(xué) (CCF中文B類(lèi))
原文DOI：:10.11896/jsjkx.230500064
錄用時(shí)間：2023年5月20日
作者列表：
1）梁晶語(yǔ) 中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院/人工智能學(xué)院 控制科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè) 博20
2）馬博聞 中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院/人工智能學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè) 碩21
3）黃霽崴 中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院 教授
摘要:
為了解決日益增長(zhǎng)的延遲敏感型應(yīng)用程序和用戶(hù)需求與計(jì)算資源受限的沖突，移動(dòng)邊緣計(jì)算(Mobile Edge Computing, MEC)已經(jīng)成為一種很有前途的計(jì)算范式。服務(wù)提供商通過(guò)在邊緣環(huán)境中部署虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，為用戶(hù)提供更加高效和可擴(kuò)展性的服務(wù)供應(yīng)鏈來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)請(qǐng)求。若在提供服務(wù)過(guò)程中出現(xiàn)不可靠的服務(wù)或嚴(yán)重的服務(wù)失敗,可能導(dǎo)致用戶(hù)的巨大損失,所以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商必須保證提供持續(xù)可靠的服務(wù)。針對(duì)該問(wèn)題，考慮了邊緣服務(wù)器的可靠性，利用計(jì)算統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)(Compute Unified Device Architecture, CUDA)支持的門(mén)控循環(huán)單元(Gated Recurrent Unite, GRU)來(lái)預(yù)測(cè)VNF實(shí)例是否可用,通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果,提前對(duì)VNF進(jìn)行備份，避免了過(guò)度冗余備份造成的成本過(guò)高問(wèn)題.考慮服務(wù)器的存儲(chǔ)資源有限，提出了基于VNF實(shí)例可用性的放置(RVP)算法，優(yōu)化服務(wù)提供商的成本。最后對(duì)提出的算法進(jìn)行了性能評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了RVP算法的優(yōu)越性。
優(yōu)化模型與優(yōu)化方法:
圖1 邊緣場(chǎng)景服務(wù)需求放置實(shí)例
本文分析了邊緣服務(wù)系統(tǒng)在處理用戶(hù)請(qǐng)求的過(guò)程中SFC的可靠性，并對(duì)VNF實(shí)例進(jìn)行預(yù)測(cè),降低服務(wù)的成本。針對(duì)任務(wù)調(diào)度過(guò)程中的鏈路競(jìng)爭(zhēng),提出了一種啟發(fā)式的可靠性感知的服務(wù)放置算法。首先，在MEC環(huán)境中制定了一個(gè)VNF實(shí)例的放置問(wèn)題,其目的是在滿(mǎn)足用戶(hù)可靠性需求的前提下,盡可能降低服務(wù)提供商的成本。其次，為了降低過(guò)度冗余導(dǎo)致成本過(guò)高的問(wèn)題，采用了基于統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)支持門(mén)控循環(huán)單元(GRU)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)VNF實(shí)例進(jìn)行預(yù)測(cè),提前在服務(wù)器上放置可能故障的備份VNF實(shí)例。最后，將NP-hard問(wèn)題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種可靠性感知的VNF實(shí)例放置算法,得到服務(wù)放置決策。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析:
圖2 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度對(duì)比
圖3 成本與用戶(hù)數(shù)量之間的關(guān)系
圖4 服務(wù)拒絕率與用戶(hù)數(shù)量/邊緣服務(wù)器數(shù)量之間的關(guān)系
結(jié)論:
本文研究了在邊緣服務(wù)器的存儲(chǔ)受限的前提下，考慮VNF實(shí)例失效和服務(wù)器故障對(duì)服務(wù)質(zhì)量的影響。為了保證服務(wù)質(zhì)量,降低冗余備份導(dǎo)致的成本過(guò)高問(wèn)題，提出了RVP算法，對(duì)VNF實(shí)例進(jìn)行預(yù)測(cè),放置用戶(hù)服務(wù)所需要VNF實(shí)例并對(duì)可能故障的實(shí)例進(jìn)行備份，得到成本最小化的放置決策,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明提出方法的有效性。
通訊作者簡(jiǎn)介:
黃霽崴，教授，博士生導(dǎo)師，中國(guó)石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院/人工智能學(xué)院副院長(zhǎng)，石油數(shù)據(jù)挖掘北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。入選北京市優(yōu)秀人才、北京市科技新星、北京市國(guó)家治理青年人才、昌聚工程青年人才、中國(guó)石油大學(xué)（北京）優(yōu)秀青年學(xué)者。本科和博士畢業(yè)于清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士生。研究方向包括：物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計(jì)算、邊緣智能等。已主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目18項(xiàng)；以第一/通訊作者在國(guó)內(nèi)外著名期刊和會(huì)議發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中1篇獲得中國(guó)科協(xié)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，2篇入選ESI熱點(diǎn)論文，4篇入選ESI高被引論文；出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著1部；獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)、軟件著作權(quán)4項(xiàng)；獲得中國(guó)通信學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、廣東省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。擔(dān)任中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(CCF)服務(wù)計(jì)算專(zhuān)委會(huì)委員，CCF和IEEE高級(jí)會(huì)員，電子學(xué)報(bào)、Chinese Journal of Electronics、Scientific Programming等期刊編委。
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