Triển khai cụm chức năng mạng tin cậy tối ưu về tài nguyên trong mạng cloud phân tán

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Triển khai cụm chức năng mạng tin cậy tối ưu về tài nguyên trong mạng cloud phân tán đề xuất một mô hình tối ưu nhằm triển khai những cụm VNF tin cậy trên những hệ thống đám mây phân tán. Mô hình sẽ giúp triển khai những cụm VNF tin cậy một cách tối ưu nhất về mặt tài nguyên sử dụng ở đây là tài nguyên băng thông mạng đồng thời cũng đảm bảo giá trị mức độ tin cậy của những cụm VNF này luôn thỏa mãn mức tin cậy chấp nhận được.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Triển khai cụm chức năng mạng tin cậy tối ưu về tài nguyên trong mạng cloud phân tán

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 TRIỂN KHAI CỤM CHỨC NĂNG MẠNG TIN CẬY TỐI ƯU VỀ TÀI NGUYÊN TRONG MẠNG CLOUD PHÂN TÁN Đỗ Trường Xuân1, Nguyễn Thị Phương Thảo1, Nguyễn Hằng Phương1 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: xuandt@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG cả cụm VNF khi triển khai trên những hệ Ảo hóa chức năng mạng (network function thống đám mây phân tán. virtualization) [1] cho phép triển khai các chức năng mạng dưới dạng ảo hóa (virtual network function, VNF) một cách nhanh chóng và dễ dàng trên những hệ thống máy Triển khai chủ đám mây phân tán ở nhiều vị trí địa lý khác nhau. Trong lĩnh vực viễn thông, các Trung tâm cloud VNF cần được đảm bảo hoạt động với độ tin Trung tâm cloud Đà Nẵng Hanoi cậy cao nhất. Để đảm bảo độ tin cậy khi vận hành, ngoài việc nâng cao mức độ tin cậy của Trung tâm cloud Trung tâm cloud Đà Nẵng từng thành phần mạng như hệ thống server, HCM các thiết bị switch, phần mềm VNF, nguồn Hình 1. Triển khai cụm VNF tin cậy điện của hệ thống cloud. Một trong những cách để đảm bảo độ tin cậy là triển khai VNF Trong bài báo, tác giả đề xuất một mô hình sử dụng các mô hình cụm chức năng tin cậy tối ưu nhằm triển khai những cụm VNF tin (availability cluster) trên những hệ thống cậy trên những hệ thống đám mây phân tán. cloud phân tán. Mô hình cụm chức năng tin Mô hình sẽ giúp triển khai những cụm VNF cậy bao gồm việc triển khai những VNF hoạt tin cậy một cách tối ưu nhất về mặt tài động ở chế độ active và những VNF hoạt nguyên sử dụng ở đây là tài nguyên băng động ở chế độ standby [2]. Những VNF thông mạng đồng thời cũng đảm bảo giá trị standby sẽ bảo vệ và hoạt động khi những mức độ tin cậy của những cụm VNF này luôn chức năng VNF active xảy ra sự cố như mất thỏa mãn mức tin cậy chấp nhận được. Để giải điện hay thảm họa ở khu vực triển khai. Việc quyết bài toán tối ưu đặt ra, một thuật toán cấu hình số lượng những active và standby heuristic được đề xuất. Bằng mô phỏng, thuật trong một cụm VNF tin cậy là do yêu cầu về toán đề xuất cho kết quả tối ưu hơn về mặt mức độ tin cậy (availability level) được quy băng thông mạng sử dụng đồng thời duy trì định bởi nhà mạng. mức độ tin cậy trung bình cho những cụm Do những cụm VNF tin cậy sẽ có những chức năng tin cậy này ở mức chấp nhận được. yêu cầu về tài nguyên băng thông và tài nguyên tính toán khác nhau. Việc triển khai 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU những cụm VNF tin cậy trên những hệ thống Mỗi cụm VNF sẽ có yêu cầu về tài nguyên đám mây phân tán cần được thực hiện một mạng, tài nguyên tính toán, và mức độ cách tối ưu nhằm đảm bảo tối ưu hóa những uptime riêng. Chúng ta có hai mô hình cụm tài nguyên mạng sử dụng bao gồm băng thông VNF tin cậy: một active và nhiều standby, mạng và tài nguyên tính toán đồng thời phải nhiều active và một standby. Giả sử thỏa mãn yêu cầu đặt ra về mức độ tin cậy cho RCa ,RCs ,RBl là tài nguyên tính toán được 131
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0 yêu cầu bởi VNF active a , và standby s , và NAr ,NS r các VNF active và VNF standby. tài nguyên băng thông mạng được yêu cầu Bài toán đặt ra làm sao có thể xác định vị trí bởi đường kết nối l giữa hai VNF active và triển khai cho tập các yêu cầu này trên hệ standby. NAr ,NSr là số lượng chức năng thống trung tâm cloud phân tán ở các vị trí active và standby trong một yêu cầu cụm địa lý khác nhau nhằm đảm bảo mức tin cậy chức năng r . Tài nguyên được yêu cầu bởi thỏa mãn yêu cầu về tài nguyên hiện có của các trung tâm dữ liệu, dung lượng tối đa của mô hình một active và nhiều standby. đường truyền, và thỏa mãn yêu cầu về mức RCa  RC độ tin cậy của từng cụm chức năng này. Các RCs  RC [1] công thức dưới đây được đưa ra dựa theo mô RBl  RB hình bài toán của tác giả. Tài nguyên được yêu cầu bởi mô hình Mục tiêu là tối ưu hóa băng thông mạng: nhiều active và một standby: Min  BCe [4] eE RCa  RC Ràng buộc về tài nguyên tính toán, ràng RCs   RC [2] aNAr buộc này đảm bảo tài nguyên tính toán yêu RBl  RB cầu bởi các VNF triển khai trên một trung tâm dữ liệu không vượt quá mức cho phép. Giả sử An , Ad , A f , ALs là mức độ tin cậy lần CCn   (  Xna RCa   Yns RCs )  CAn [5] lượt của trung tâm cloud, server, VNF, và rCR aNAr sNSr đường kết nối giữa active và standby. Những Rảng buộc về tài nguyên băng thông, ràng giá trị độ tin cậy này có thể thu được nhờ quá trình log lại thời gian uptime và downtime buộc này đảm bảo băng thông sử dụng để của từng thành phần và được tính bằng giá trị truyền dữ liệu giữa các VNF không vượt quá uptime chia cho tổng uptime và downtime. băng thông cho phép. rCR Uptime là thời gian một thành phần mạng Z el RBl  BWe hoạt động bình thường có thể được đo trong BCe   [6] lVLr một năm hoạt động. Mức độ tin cậy của một Ràng buộc về độ tin cậy của từng yêu cầu cụm VNF tin cậy khi được triển triển khai triển khai cụm chức năng, ràng buộc này đảm trên server và data center được tính toán dựa bảo giá trị độ tin cậy của cụm VNF luôn lớn trên các công thức tính toán độ tin cậy trong hơn giá trị cho phép. tài liệu tham khảo [3] và mô hình bài toán r  CR : Ar  Armin [7] của tác giả: Ràng buộc về số lượng VNF triển khai Ar 1 (1 An(  (1 Af AdXna )  (1 Af AdALY s s n ))) luôn nhỏ hơn số VNF trong từng yêu cầu nN aNAr sNSr triển khai: [3] r CR,n N :  Xna   Yns  NAr  NSr [8] Trong đó X na và Yns là những biến quyết aNAr sNSr định có giá trị nhị phân biểu thị VNF active a , và standby s có được triển khai ở trên 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU trung tâm cloud n hay không. Để giải quyết bài toán trên, một thuật toán Giả sử rằng hệ thống cloud phân tán bao heuristic đã được đề xuất. Thuật toán N trung tâm cloud ở những vị trí địa lý khác heuristic được tiến hành như sau: nhau. E là tập các đường mạng WAN kết nối  Đầu tiên sắp xếp các yêu cầu cụm VNF các trung tâm dữ liệu. Mỗi trung tâm dữ liệu theo thứ tự giảm dần của số lượng các có tài nguyên tính toán tối đa là CAn và mỗi VNF trong cụm. đường mạng có dung lượng băng thông tối đa  Sắp sếp các trung tâm cloud theo thứ tự là BWe . Giả sử có một tập các yêu cầu triển giảm dần của số lượng kết nối có băng khai các cụm VNF tin cậy là CR . Mỗi yêu thông thỏa mãn yêu cầu băng thông của cầu triển khai cum r  CR bao gồm cụm chức năng. 132
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0  Thực hiện việc triển khai VNF trung tâm của cụm lên trung tâm cloud có số lượng kết nối thỏa mãn yêu cầu băng thông nhiều nhất trong danh sách đã sắp xếp ở trên. Trong mô hình cụm một VNF active và nhiều VNF standby thì VNF active được coi là VNF trung tâm và các VNF khác là VNF biên.  Thực hiện thuật toán tìm đường ngắn nhất từ VNF trung tâm tới các trung tâm cloud khác trong đồ hình mạng. Lần lượt chọn Hình 3. Mức độ tin cậy trung bình từng trung tâm cloud có đường đi ngắn theo số lượng cụm yêu cầu nhất tới cloud chứa VNF trung tâm. Kiểm Hình 2 cho thấy giải pháp đề xuất tối ưu tra điều kiện tài nguyên băng thông và tài hơn các giải pháp khác về mặt băng thông sử nguyên tính toán của từng trung tâm cloud. dụng. Điều này đến từ việc thuật toán đề xuất Lựa chọn trung tâm cloud nào thỏa mãn sử dụng phương pháp triển khai cụm VNF sao yêu cầu tài nguyên và có mức độ tin cậy cho những đường liên kết giữa các VNF trong cao nhất để triển khai từng VNF biên. một cụm là tối ưu nhất. Hình 3 chỉ ra rằng giải  Các bước lặp lại cho đến khi tất cả các yêu pháp đề xuất đạt được mức tin cậy cao gần cầu cụm VNF được triển khai. bằng giải pháp tham lam về mức độ tin cậy Ta so sánh thuật toán heuristic đề xuất (availability greedy) trong khi duy trì mức độ (proposed heuristic) với các thuật toán tham sử dụng băng thông tối ưu. Còn giải pháp tham lam (greedy) [4] khác hay được sử dụng để làm về tài nguyên tính toán (computing triển khai các VNF như tham lam về tài greedy) thì có độ tin cậy và băng thông kém nguyên và mức độ tin cậy. Các thuật toán này nhất trong số các giải pháp so sánh. sẽ triển khai VNF theo mức độ ưu tiên là triển khai vào các trung tâm cloud có tài 5. KẾT LUẬN nguyên tính toán lớn nhất (computing greedy) hay độ tin cậy cao nhất (availability Theo kết quả thu được ta thấy rằng thuật greedy). Thông số để đánh giá là băng thông toán heuristics đề xuất sẽ có mức sử dụng sử dụng và mức độ tin cậy trung bình. Đồ băng thông tối ưu hơn so với các thuật giải hình mạng sử dụng là mạng Internet tham lam thông thường và vẫn duy trì độ tin backbone USA có giá trị tài nguyên tính toán cậy cao gần bằng khi sử dụng thuật toán tham và băng thông như sau: BWe là [3, 10] lam về độ tin cậy. (Gbps), CAn là [1000, 5000] đơn vị tham 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO khảo trong tài liệu [3]. Mức độ tin cậy An , Ad , A f , ALs trong khoảng [0.9, 0.99],. Giá [1] ETSI. 2014. Network Function Virtualization. trị RC ,RB là 10 đơn vị và 10Mbps. Số lượng ETSI GS NFV-SWA 001. [2] ETSI. 2015. Resilliency Requirement. ETSI VNF trong một cụm lấy ngẫu nhiên trong NFV-REL 001. khoảng [2, 5]. [3] S. Yang, P. Wieder. 2017. “Reliable virtual machine placement and routing in clouds”. IEEE Trans. on Parallel Distributed System, Vol. 28 (10). [4] M. Mechtri, C. Ghribi, and D. Zeghlache, 2016. ‘‘VNF placement and chaining in distributed cloud,’’ in Proc. IEEE 9th Int. Conf. Cloud Comput., pp. 376–383. Hình 2. Băng thông sử dụng theo số lượng cụm yêu cầu 133