Joint Energy Efficient and QoS-Aware Path Allocation and VNF Placement for Service Function Chaining

计算机科学 连锁 服务质量 虚拟网络 整数规划 软件定义的网络 分布式计算 能源消耗 启发式 资源配置 计算机网络 数学优化 算法 数学 生物 生态学 人工智能 心理治疗师 心理学
作者
Mohammad Mahdi Tajiki,Stefano Salsano,Luca Chiaraviglio,Mohammad Shojafar,Behzad Akbari
出处
期刊:IEEE Transactions on Network and Service Management [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:16 (1): 374-388 被引量:160
标识
DOI:10.1109/tnsm.2018.2873225
摘要

Service function chaining (SFC) allows the forwarding of traffic flows along a chain of virtual network functions (VNFs). Software defined networking (SDN) solutions can be used to support SFC to reduce both the management complexity and the operational costs. One of the most critical issues for the service and network providers is the reduction of energy consumption, which should be achieved without impacting the Quality of Service. In this paper, we propose a novel resource allocation architecture which enables energy-aware SFC for SDN-based networks, considering also constraints on delay, link utilization, server utilization. To this end, we formulate the problems of VNF placement, allocation of VNFs to flows, and flow routing as integer linear programming (ILP) optimization problems. Since the formulated problems cannot be solved (using ILP solvers) in acceptable timescales for realistic problem dimensions, we design a set of heuristic to find near-optimal solutions in timescales suitable for practical applications. We numerically evaluate the performance of the proposed algorithms over a real-world topology under various network traffic patterns. Our results confirm that the proposed heuristic algorithms provide near-optimal solutions (at most 14% optimality-gap) while their execution time makes them usable for real-life networks.
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