وثيقة

Optimizing live virtual machine migration in heterogeneous fog computing environments : a reinforcement learning approach.

المصدر
Doctoral dissertation
عناوين أخرى
تحسين عملية النقل المباشر للآلة الافتراضية Virtual Machine في بيئات الحوسبة الضبابية المتنوعة : آلية التعلم المعزز
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2024
اللغة
الأنجليزية
نوع الرسالة الجامعية
Doctoral dissertation
الملخص الإنجليزي
Fog computing has emerged as a crucial support system for time-critical applications requiring real-time functionality, often executed on virtual machines (VMs) within fog nodes. Live VM migration, a prevalent technique in fog computing scenarios, involves the seamless transfer of VMs between nodes to ensure uninterrupted service delivery. However, existing models face challenges due to a simplistic decision-making process that often relies on a singular factor, such as mobility or load, without comprehensively considering multiple dynamic fog environment factors. One major challenge addressed by our proposed solution is the limited scope of decisionmaking factors in existing models. Traditional approaches predominantly focus on singular factors like mobility, load, or energy consumption for VM migration decisions. Notably, studies considering load often overlook the importance of a threshold value. In response, our proposed model adopts a holistic decision-making approach that integrates mobility and loa, incorporating thresholds. This approach aims to comprehensively address the latency requirements of real-time applications. The challenge of ensuring adaptability and intelligent decision-making within the dynamic fog environment is addressed through the integration of Reinforcement Learning (RL). RL imparts machine learning capabilities to the model, allowing it to adapt and optimize decisions based on evolving fog conditions. This approach enables our model to navigate the intricate fog environment by considering factors such as node characteristics, migration mechanisms, and existing proposals. To provide a more detailed breakdown, our live VM migration mechanism based on RL combines mobility and load factors with a load threshold for migration decisions. The incorporation of RL enables the model to dynamically adjust to varying fog conditions, ensuring efficient decision-making. Evaluated against models relying solely on mobility or load, VM_MIG consistently demonstrated lower total cost, surpassing mobility-only by 47.05% in high-mobility scenarios and outperforming load-only by 85% in high-load situations. VM_MIG exhibited stability and robustness, achieving an 83.8% improvement over mobility-based and 61.27% over load-only models at 1000 episodes. The combined effect of mobility and load factors showcased VM_MIG's superiority, highlighting the importance of considering multiple factors for migration decisions in fog environments. In addition, the model's ability to address the challenge of optimizing VM migration destinations in heterogeneous fog environments is noteworthy. By utilizing RL for decision-making, our model enhances adaptability and intelligence, specifically considering latency requirements and migration success rates for real-time applications. viii The comprehensive evaluation through the MATLAB 2022b simulator highlights significant performance improvements. The simulation results offer a thorough evaluation of the fog computing model, comparing EVM_MIG, Mob_MIG, and HM_MIG. EVM_MIG demonstrates scalability, outperforming HM_MIG across different fog node scales, with a 38.71% lower total delay at 64 nodes. Increased episodes showcase EVM_MIG's adaptability, achieving a 40.91% lower delay at 1000 episodes. Exploring fog node variations reveals EVM_MIG's efficiency, showing a 20.83% lower delay at 64 nodes. The investigation of virtual zones demonstrates a 50% reduction in total delay with 10 zones, highlighting zoning's impact. Sensitivity analysis underscores EVM_MIG's promising optimization, supported by numerical evidence, contributing valuable insights to fog computing advancements. To provide a more comprehensive breakdown, future enhancements could involve detailing specific challenges faced by the proposed models and precisely explaining how each aspect of the model addresses these challenges.
الملخص العربي
تستخدم الحوسبة الضبابية لدعم التطبيقات التي تتطلب وظائف ذات أهمية زمنية وتعمل بالوقت الفعلي وتعمل على أجهزة افتراضية داخل أجهزة الحوسبة الضبابية. ومع ذلك، قد يكون ضروريا نقل هذه الاجهزة الافتراضية بين أجهزة الحوسبة الضبابية لضمان تشغيل التطبيقات بسالسة دون أي انقطاع. يعد نقل الاجهزة الافتراضية بشكل مباشر تقنية يتم استخدامها في معظم سيناريوهات الحوسبة الضبابية، حيث تعني نقل الاجهزة الافتراضية من جهاز حوسبي إلى آخر بأقل فترة انقطاع وضمان استمرارية تشغيل التطبيق دون أي انقطاع بالخدمة. يمكن تحديد نقل الاجهزة الافتراضية في مسألتين بسيطتين: أوال، هل ينبغي نقل الاجهزة الافتراضية أم ال، وثانيا أين يجب نقلها. الا أن هذه العملية تواجه العديد من التحديات. أحد هذه التحديات هو تقرير ما إذا كانت عملية نقل الاجهزة الافتراضية تعتمد على عامل واحد فحسب. وينبغي أن يكون قرار البدء بعملية النقل معتمدا على تقييم شامل لمجموعة من العوامل بدلا من الاعتماد على عامل واحد فقط، نظرا لكون بيئة الحوسبة الضبابية ذات طبيعة ديناميكية تحيط بها عوامل متعددة. وتركز جميع الدراسات الحالية تقريبا الاجهزة الافتراضية يعتمد على عامل ً على تقرير ما إذا كان نقل واحد فقط مثل التنقل أو الحمولة أو استهالك الطاقة، وما إلى ذلك. وبالاضافة إلى ذلك، فإن الدراسات التي تعتمد على الحمولة ال تأخذ بالحسبان قيمة العتبة لحمل الجهاز لتقرير عملية النقل. ففي التطبيقات في الوقت الحقيقي، يضمن قرار نقل الاجهزة الافتراضية الحساسة للحمولة أن يتم نقلها إلى أجهزة الحوسبة الضبابية التي تتوفر فيها موارد كافية لمعالجة التطبيقات. وعالوة على ذلك، فإن مراعاة حدود الحمولة أمر أساسي لتجنب تأخير قرار النقل . وللتغلب على المشاكل المذكورة، يجب اعتماد نموذج شامل التخاذ القرارات يدمج بين القابلية للتنقل وعوامل الحمولة، مع أخذ القيم الحدية بالاعتبار، لتلبية متطلبات التطبيقات في الوقت الحقيقي. كما ونقترح استخدام نظام التعلم المعزز لتطوير هذا النموذج الشامل التخاذ القرارات. قمنا أوال بإجراء دراسة تفصيلية عن بيئة الحوسبة الضبابية والعوامل المؤثرة فيها. وتضمنت الدراسة طبيعة أجهزة الحوسبة الضبابية والوسائل المستخدمة في نقل الاجهزة الافتراضية، كما قدمنا أحدث المقترحات في هذا المجال. تقيي ًما للنماذج التي تعتمد بشكل حصري على التنقل أو الحمولة، أظهرت MIG_VM بشكل مستمر تكلفة إجمالية أقل، حيث تجاوزت الحالة التي تعتمد فقط على التنقل بنسبة ٪47.05 في سيناريوهات عالية الحركة وتفوقت على الحالة التي تعتمد فقط على الحمولة بنسبة ٪85 في حالات الحمولة العالية. أظهرت MIG_VM استقرا ًرا، حيث حققت تحسينًا بنسبة ٪83.8 على نماذج قائمة على الحركة و٪61.27 على نماذج تعتمد على الحمولة فقط في 1000 ًطا الضوء على أهمية النظر في عوامل حلقة. أبرز تأثير الحركة والحمولة بشكل مشترك تفوقMIG_VM ، مسل متعددة لاتخاذ قرارات نقل الالة المباشر في بيئات الحوسبة الضبابية. بالاضافة إلى ذلك، يُالحظ قدرة النموذج على التعامل مع تحدي تحسين وجهات نقل الالة المباشر في بيئات الحوسبة الضبابية المتنوعة. من خالل استخدام RL لاتخاذ القرار، يعزز نموذجنا قدرته على التكيف، مع مراعاة متطلبات التأخير ومعدالت نجاح النقل لتطبيقات الوقت الحقيقي. يبرز التقييم الشامل من خالل برنامج المحاكاة b2022 MATLAB تحسينات أداء لنموذج الحوسبة الضبابية، مقارنة بين كبيرة. تقدم نتائج المحاكاة تقييما MIG_EVM و MIG_Mob ً شامالً و.MIG_HM يظهر MIG_EVM قابلية للتوسع، حيث يفوق MIG_HM عبر مقاييس العديد من أجهزة الحوسبة الضبابية، بتأخير إجمالي ٪38.71 أقل عند 64 جهاز. تعكس الحلقات المتزايدة قابلية التكيف لديه، حيث تحقق تأخي ًرا أقل بنسبة ٪40.91 في 1000 حلقة. يكشف استكشاف اختالفات أجهزة الحوسبة الضبابية عن كفاءةMIG_EVM ، x مع تأخير ٪20.83 أقل في 64 جهاز. يظهر تحقيق المناطق انخفا ًضا بنسبة ٪50 في التأخير الاجمالي مع 10 مناطق، مسل MIG_EVM ، مع دعم أدلة رقمية، ًطا الضوء على تأثير التقسيم. تؤكد التحليل الحساسية تحسينًا واعدًا لدى مقدًما رؤى قيمة للتقدم في مجال الحوسبة الضبابية. ولتوفير تفصيل أشمل، يمكن أن تتضمن التحسينات المستقبلية تفصيل التحديات الخاصة التي تواجهها النماذج المقترحة وشرح كيفية تعامل كل جانب من النموذج بدقة مع هذه التحديات.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية

مواد أخرى لنفس الموضوع

الرسائل والأطروحات الجامعية
6
0
Al-Aamri, Abdullah Said Ali.
University of Nizwa
2017
مقالات الدوريات
4
0
Al-Ajmi, Qasim A.
Science and Information Organization.
2018-01-01
مقالات الدوريات
3
0
Al-Hajri, Salim.
Institute of Advanced Engineering and Science.
2021-09-01
الرسائل والأطروحات الجامعية
1
0
Al-Hamrashdiyah, Haleema Nasser Ali.
Sultan Qaboos University.
2023