Sustainable NFV Networking based on Mathematical Optimization and Spatio-Temporal GNN

基于数学优化和时空 GNN 的可持续 NFV 网络

基本信息

批准号：
22H03586
负责人：
笹部昌弘
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kansai University (2023)Nara Institute of Science and Technology (2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03586/
关键词：
NFVネットワーク持続可能性数理最適化時空間GNN サービスチェイニングネットワーク機能仮想化(NFV)機能配置整数線形最適化(ILO)容量制約付き最短経路ツアー問題(CSPTP)ラグランジュ緩和グラフニューラルネットワーク CNF

项目摘要

本研究が目指す持続可能なNFVネットワークは，数理最適化によるサービスチェイニング・機能配置（要素技術1），時空間GNNによるサービス需要の時空間変化に追従可能な制御方式（要素技術2），軽量な仮想化技術に基づく適応力を備えたサービスパスの実現（要素技術3）という3つの要素技術の確立，および，それらの間の循環作用により実現可能と考えている．本年度は，代表者と分担者がそれぞれ主・副担当として，要素技術1の確立を目指した．サービスチェイニングでは，サービスチェイン要求に対し，物理ネットワーク上に適切なサービスパスを設定する．サービスパスは，始点ノードから始まり，物理ネットワーク上に配置された機能を所望の順にそれぞれ中継ノード上で実行した後，終点ノードへと至る最短経路となる．ただし，経路上の各ノードと各リンクでは，処理やトラヒックの観点で容量制約が存在する．応募者らはこれまでに，この問題が容量制約付き最短経路ツアー問題(CSPTP: Capacitated Shortest Path Tour Problem)に基づく整数線形最適化(ILO: Integer Linear Optimization)として定式化できることを発見していた．一方でこの問題は，容量制約やサービスパス内でのループの可能性により，NP困難な組み合わせ最適化問題となる．そこで本研究では，最適性と計算量のバランスを考慮した新たな解法を確立した．具体的には，ラグランジュ緩和によるCSPTPのSPTPへの変換と劣勾配法を用いたラグランジュ乗数の制御，SPTP制約に関する全ユニモジュラ性を考慮した最適性を維持した形でのILPのLPへの線形緩和，といった数理的手法を組み合わせて実現している．また，ハードウェア・ソフトウェアの故障・障害発生に対して，サービスパスの可用性を一定レベル以上に維持するための冗長性を備えたサービスパスの構築手法を提案した．

这项研究旨在实现可持续的NFV网络可以通过建立三种基本技术来实现：通过数学优化（元素技术1）（元素技术1），可以跟随时空需求的空间和时间变化，由于时空需求而导致的服务需求的控制方法（元素技术2）（元素技术2），以及基于适应性的服务元素和适应性的Costimaptial girt and Pappitive pairtive（元素技术2）循环它们。今年，代表团队和分区团队是主要的和次级费用，旨在建立基本技术1。在服务链接中，在物理网络上设置了适当的服务路径，以供服务链请求。服务路径从启动节点开始，在中继节点上以所需顺序放置在物理网络上的函数，然后导致末端节点。但是，路线上的每个节点和每个链接都在处理和流量方面都有容量限制。申请人以前已经发现，可以根据电容的最短路径旅行问题（CSPTP）问题将此问题作为整数线性优化（ILO）提出。另一方面，由于容量限制和服务路径内循环的可能性，此问题是NP组合优化问题的困难。因此，在这项研究中，建立了一种新的解决方案，以考虑最佳和计算复杂性之间的平衡。具体而言，通过使用Lagrange松弛，使用亚级别方法控制Lagrange乘法器的数学方法，例如将CSPTP转换为SPTP，以及将ILP的线性松弛到LP的线性弛豫，以保持最佳性的方式，以维持最佳性，以考虑SPPTP约束的总体界限。此外，我们提出了一种构建具有冗余的服务路径的方法，以将服务路径的可用性维持在一定级别以上，以响应硬件或软件故障。