[논문 리뷰] Energy Cost Minimization by Joint Radio and NFV Resource Allocation: E2E QoS Framework.

Abolfazl Zakeri, Narges Gholipoor외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 14.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 44인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 다양한 QoS 요구사항을 충족시키면서 에너지 비용과 서버 비용을 최소화하기 위한 엔드 투 엔드 통합 무선 및 NFV 자원 할당 프레임워크를 제안한다. 대안적 탐색 방법과 입국 제어 기반의 새로운 휴리스틱 알고리즘을 사용함으로써, 이 방법은 탐욕적 방법 대비 약 8%의 네트워크 비용 절감을 달성한다.

ABSTRACT

In this paper, we propose an end to end joint radio and network function virtualization (NFV) resource allocation for next generation networks providing different types of services with different requirements in terms of latency and data rate. We consider both the access and core parts of the network, and formulate a novel optimization problem whose aim is to perform the radio resource allocation jointly with virtual network function (VNF) embedding, scheduling, and resource allocation such that the network cost, defined as the consumed energy and the number of utilized network servers, is minimized. The proposed optimization problem is non-convex, NP-hard, and mathematically intractable, and hence, we adopt the alternative search method (ASM) to decouple the main problem into some sub-problems of lower complexity. Moreover, w propose a novel heuristic algorithm for embedding and scheduling of VNFs by proposing a novel admission control (AC) algorithm. Then, we compare the performance of the proposed algorithm with a greedy-based solution in terms of the acceptance ratio and the number of active servers. Our simulation results show that the proposed heuristic algorithm outperforms the conventional ones by approximately 8%.

연구 동기 및 목표

• 차세대 이종 네트워크에서 네트워크 에너지 소비와 서버 활용도 비용을 최소화하는 과제를 해결한다.
• 접근망 및 코어망의 자원 할당, VNF 임베딩, 스케줄링을 종합적으로 최적화한다.
• 다양한 지연 및 대역폭 요구사항을 가진 서비스에 대해 종단 간 QoS를 보장한다.
• 통합 무선-NFV 자원 관리에서 NP-완전이고 비볼록 최적화 문제를 해결할 수 있는 확장 가능한 솔루션을 개발한다.

제안 방법

• 에너지 소비와 활성 서버 수를 동시에 최소화하는 비볼록, NP-완전 최적화 문제를 수립한다.
• 주 문제를 저복잡도 하위 문제로 분해하기 위해 대안적 탐색 방법(ASM)을 적용한다.
• 통합 입국 제어(AC) 메커니즘을 갖춘 VNF 임베딩 및 스케줄링을 위한 새로운 휴리스틱 알고리즘을 설계한다.
• ASM를 활용한 반복 최적화를 통해 무선 및 NFV 자원 할당을 분리함으로써 해석 가능성과 유연성을 향상시킨다.
• 시뮬레이션 기반 평가를 통해 제안된 휴리스틱 알고리즘과 탐욕적 기반 기준 대비 수용 비율과 활성 서버 수 측정을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 무선 및 NFV 자원 할당은 다양한 QoS 요구사항을 충족시키면서 총 네트워크 비용을 어떻게 최소화할 수 있는가?
• RQ2 새로운 입국 제어 메커니즘이 VNF 스케줄링과 자원 활용도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 제안된 휴리스틱 알고리즘이 비용과 수용 비율 측면에서 탐욕 기반 접근법에 비해 어느 정도 뛰어나게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 대안적 탐색 방법은 비볼록, NP-완전 최적화 문제를 해결하는 데 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 제안된 휴리스틱 알고리즘은 탐욕 기반 솔루션 대비 약 8% 높은 비용 절감 성능을 달성한다.
• 입국 제어 메커니즘이 자원 가용성과 QoS 제약 조건을 기반으로 효과적으로 VNF 요청을 관리함으로써 수용 비율을 향상시킨다.
• 통합 최적화 프레임워크는 요구되는 서비스 품질을 유지하면서 활성 서버 수를 효과적으로 감소시킨다.
• 시뮬레이션 결과, ASM 기반 분해 기법이 기존에 해석이 어려운 최적화 문제에 대해 실현 가능하고 확장 가능한 솔루션을 제공함을 확인했다.