Manapság a távközlésben és az informatikában meghatározó tendencia a virtualizáció: adatközpontokban számítógépeket és szervereket, hálózatokban hálózati funkciókat és szolgáltatásokat virtualizálnak. Ez utóbbi irány manapság alapjaiban változtatja meg a távközlő hálózatok működését: a teljesítmény növelésére, a hardver erőforrások jobb kihasználására és új szolgáltatások gyors létrehozására kítűnő módszer a virtualizáció. Virtual Network Embedding (VNE) alatt azt értjük, amikor egy fizikai erőforrásokat reprezentáló hálózatra több logikai topológiát képzünk le és törekszünk az erőforrások optimális kihasználására. A VNE egy NP-nehéz, részletesen tanulmányozott probléma. Matematikai optimalizálás szemszögéből a Virtual Network Embedding nagyon szoros kapcsolatban áll a Service Graphs Embedding-el.
Online és offline működést kombináló hibrid orchestration algoritmus tervezése, implementálása és kiértékelése
A hibrid algoritmusunk időközönkénti optimalizálásáért egy kevert egész értékű lineáris programozás (MILP) alapú offline algoritmus a felelős, amelynek központi eleme a Gurobi Optimizer. A Gurobi Optimalizer egy state-of-the-art megoldás matematikai programozási feladatokhoz. Az optimalizáló motorját a modern architektúrák és több processzoros rendszerek maximális kihasználására tervezték, továbbá a legújabb algoritmusokat is tartalmazza, többek között a kevert egész értékű lineáris programozást is.
Munkánk célja az volt, hogy egy olyan algoritmust hozzunk létre, amely egyszerre képes optimális állapotban tartani az erőforrásokat ezáltal növelve az adott erőforrásgráfra leképezhető maximális SC(Service Chain)-ek számát, és biztosítani a valós idejű működést, vagyis azonnal le tudjunk képezni egy érkező kérést. A hibrid megoldásunkban az előbbi feladatot az offline algoritmus, míg az utóbbit az online látja el: egy off-line és egy online algoritmust párhuzamosan futtatunk egymás mellett és mindkettő egy általunk generált származtatott erőforrásgráfra képzi le a neki adott kéréseket.
Az online algoritmus egy mohó visszalépéses módszert követő megoldás, ami a szolgáltatásgráfban szereplő csomópontokat és éleket egyszerre képzi le. Számos vezénylési paramétert és metrikát kínál, amelyek segítségével testre szabhatjuk a működését és lehetővé teszi különböző felhasználási területeken való alkalmazásra. A vezénylő algoritmus lényege, hogy mohón leképez a SG-ból egy csomópontot (node-ot) és a hozzá tartozó éleket (linkeket). Egy ilyen összerendelést leg-nek nevezünk és egy leg (vagyis a node és a kapcsolódó linkek egyszerre) mindig egy lépésben képződik le a vezénylés, más szóval az orkesztrálás során.
Az algoritmus képes a bejövő kéréseket valós időben leképezni és közben bizonyos időnként optimalizálni az aktuális állapotot, melynek köszönhetően a rendszerben lévő SC-k leképzése jobban közelít az ideálishoz. A javasolt eljárást többféle szimulációs környezetben teszteltük, melyek során minden esetben jobb eredményt értünk el. Az általunk javasolt hibrid erőforrásvezénylési eljárással elérhető átlagosan 10%- os kihasználtság javulás könnyen kiszámolható gazdasági hasznot nyújt. A a beérkező igények kiszolgálása nem késlekedik, ám az offline algoritmus által kiszámolt optimális elrendezés megkövetelheti, hogy az előzőleg az online algoritmussal leképzett szolgáltatásláncokat átmigráljuk más erőforrásokra. A migrálás költsége ugyanakkor eltörpül a folyamatosan 10%-kal több igény kiszolgálásával termelt pénzügyi haszonnövekedéshez képest. A szimuláció mindössze egyetlen csomópontjának számítási és hálózati kapacitásainak 10%-a az Amazon EC2-től vásárolva óránként 100$-ba kerülne.
Toka László, adjunktus, Sonkoly Balázs, adjunktus BME-Távközlési és Médiainformatika Tanszék, toka@tmit.bme.hu, sonkoly@tmit.bme.hu
2018. február 2.