KR102101120B1 - Resource allocation method for virtualized network function based on user grouping - Google Patents

Resource allocation method for virtualized network function based on user grouping Download PDF

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KR102101120B1
KR102101120B1 KR1020190075374A KR20190075374A KR102101120B1 KR 102101120 B1 KR102101120 B1 KR 102101120B1 KR 1020190075374 A KR1020190075374 A KR 1020190075374A KR 20190075374 A KR20190075374 A KR 20190075374A KR 102101120 B1 KR102101120 B1 KR 102101120B1
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정종문
송수은
이창성
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, in a network using a number of virtualized network functions (VNFs) deployed in mobile edge computing (MEC) servers which serve as a base station, provided is a resource allocation method comprising the steps of: analyzing characteristics of a predetermined user terminal and grouping a plurality of user terminals into at least one user group according to the analyzed characteristics of the user terminal; determining the number of clusters such that the average service time of data flow is minimized for each of the at least one user group; clustering a network with at least one cluster number determined for each user group; and placing VNFs required by the user terminals located in each clustered cluster for each user group in the MEC server included in the corresponding cluster.

Description

사용자 특성을 반영한 클러스터 기반 가상 네트워크 기능의 자원 할당 방법{RESOURCE ALLOCATION METHOD FOR VIRTUALIZED NETWORK FUNCTION BASED ON USER GROUPING}RESOURCE ALLOCATION METHOD FOR VIRTUALIZED NETWORK FUNCTION BASED ON USER GROUPING}

본 발명은 자원 할당 방법에 관한 것으로, 네트워크 엣지 환경에서 사용자 특성을 반영한 클러스터 기반 가상 네트워크 기능의 자원 할당 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a resource allocation method, and relates to a resource allocation method of a cluster-based virtual network function reflecting user characteristics in a network edge environment.

네트워크 가상화는 전용 하드웨어 의존성이 큰 기존의 네트워크에서 벗어나 상용 고성능 서버, 저장 장치 및 스위치를 통해 네트워크를 구성하고 서비스 제공에 필요한 다양한 네트워크 기능들을 가상화화여 유연하게 추가하고 관리하는 네트워크를 구성하는 것이다. 네트워크 가상화에서의 네트워크 서비스는 일련의 가상 네트워크 기능(Virtualized Network Function: 이하 VNF)의 집합인 서비스 체인을 통해 제공되며, 네트워크의 가상화를 위해 VNF를 네트워크의 노드들에 적절히 배치하여 사용한다. Network virtualization is to build a network through commercial high-performance servers, storage devices, and switches, and to virtually add and manage various network functions necessary for service provision, away from the existing network with a large dependency on dedicated hardware. Network services in network virtualization are provided through a service chain that is a set of a series of virtualized network functions (VNFs), and VNFs are appropriately arranged and used in nodes of a network for network virtualization.

이 때의 네트워크 노드는 MEC(Mobile Edge Computing)를 통해 지원한다. MEC는 네트워크 엣지의 기지국이나 RAN(Radio Access Network) 근처의 데이터센터의 자원을 사용할 수 있게 해주며, 이 자원을 활용하여 VNF를 사용자 인근에 배치할 수 있다.At this time, the network node is supported through Mobile Edge Computing (MEC). MEC makes it possible to use resources in a data center near a base station at a network edge or a radio access network (RAN), and can utilize this resource to deploy VNFs near users.

실제로, 네트워크의 서비스는 더욱 다양해지고 있으며, 더 짧은 지연시간과 높은 신뢰성 등의 사용자 인근에서의 데이터 처리는 더욱 필요해지는데 반해, 기존의 VNF 배치 기법은 중앙의 거대한 데이터센터에서 대규모 유저에 의한 서비스를 위한 자원 할당 기법을 주로 제안하고 있다. Indeed, network services are becoming more diverse, and processing of data in the vicinity of users such as shorter latency and high reliability becomes more necessary, whereas the existing VNF deployment technique provides services by large users in a large data center in the center. For this, we mainly propose a resource allocation technique.

이와 같은 기존의 방식은 VNF를 사용하는 네트워크의 사용 요구를 고려하지 않은 것이고 사용자 개개의 다른 서비스에 대한 요구와 개개의 특성을 고려하지 않는 문제점이 있었다.The existing method does not consider the use demand of the network using the VNF, and there is a problem in that the user does not consider the needs and individual characteristics of each other service.

한국 공개 특허 제10-2017-0030295호 (2017.03.17 공개)Korean Open Patent No. 10-2017-0030295 (released on March 17, 2017)

본 발명의 목적은 네트워크 엣지의 자원을 활용하는 VNF 기반의 네트워크에서 서비스 체인을 거쳐 전달되는 데이터 플로우의 서비스 시간을 최소화할 수 있도록 사용자 특성을 반영한 네트워크 클러스터링 기반 VNF의 자원 할당 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for allocating resources of a network clustering-based VNF reflecting user characteristics so as to minimize a service time of a data flow delivered through a service chain in a VNF-based network utilizing resources of a network edge.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 VNF의 자원 할당 방법은 다수의 VNF (Virtualized Network Function)를 기지국을 겸하는 MEC 서버들에 배치하여 사용하는 네트워크에 있어서, 기지정된 사용자 단말의 특성을 분석하고, 분석된 사용자 단말의 특성에 따라 다수의 사용자 단말을 적어도 하나의 사용자 그룹으로 그룹화하는 단계; 상기 적어도 하나의 사용자 그룹 각각에 대해 데이터 플로우의 평균 서비스 시간이 최소화되도록 클러스터의 개수를 결정하는 단계; 상기 네트워크를 적어도 하나의 사용자 그룹별로 결정된 클러스터 개수로 클러스터링하는 단계; 및 사용자 그룹별로 클러스터링된 클러스터 각각에 위치하는 사용자 단말에서 요구하는 VNF를 대응하는 클러스터에 포함된 MEC 서버에 배치하는 단계; 를 포함한다.The resource allocation method of VNF according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a network using a plurality of VNFs (Virtualized Network Function) deployed in MEC servers serving as a base station, the characteristics of the known user terminal Analyzing and grouping a plurality of user terminals into at least one user group according to the analyzed characteristics of the user terminal; Determining the number of clusters such that the average service time of the data flow is minimized for each of the at least one user group; Clustering the network with a determined number of clusters for each user group; And placing the VNFs required by the user terminals located in each clustered cluster for each user group in the MEC server included in the corresponding cluster. It includes.

상기 클러스터의 개수를 결정하는 단계는 클러스터링되는 클러스터 사이에 이동하는 사용자 단말의 수가 최소화되고, 클러스터에 포함되는 사용자 단말의 수가 최대한 유사하도록 상기 클러스터의 개수를 결정할 수 있다.The determining the number of clusters may determine the number of clusters such that the number of user terminals moving between clustered clusters is minimized and the number of user terminals included in the cluster is as similar as possible.

상기 클러스터의 개수를 결정하는 단계는 상기 적어도 하나의 사용자 그룹 각각의 클러스터의 개수에 따른 전체 사용자 그룹의 평균 종단간 지연 시간이 최소가 되도록 하는 사용자 그룹별 클러스터의 개수의 집합을 판별하여 상기 클러스터의 개수를 결정할 수 있다.The determining of the number of clusters may include determining a set of clusters for each user group such that the average end-to-end delay time of all user groups according to the number of clusters of each of the at least one user group is the minimum, thereby determining the number of clusters of each cluster. You can decide the number.

상기 자원 할당 방법은 상기 네트워크의 자원을 상기 적어도 하나의 사용자 그룹 각각에 포함된 사용자 단말의 개수에 비례하여 할당하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 MEC 서버에 배치하는 단계는 사용자 단말이 포함된 사용자 그룹에 할당된 자원에 따라 상기 VNF를 배치할 수 있다.The resource allocation method includes allocating resources of the network in proportion to the number of user terminals included in each of the at least one user group; Further comprising, the step of deploying to the MEC server may deploy the VNF according to the resources allocated to the user group including the user terminal.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 VNF의 자원 할당 방법은 네트워크 엣지에서의 VNF 기반 네트워크에서 사용자 단말의 특성을 고려하여 그룹화하고, 그룹화된 사용자 단말에 대응하는 다수 계층의 클러스터를 구성함으로써, 서비스 체인을 거쳐 사용자 단말로 전달되는 데이터 플로우의 서비스 시간을 최소화할 수 있다.Therefore, the resource allocation method of VNF according to an embodiment of the present invention is grouped in consideration of the characteristics of user terminals in a VNF-based network at a network edge, and by configuring clusters of multiple layers corresponding to the grouped user terminals, the service chain Through this, the service time of the data flow delivered to the user terminal can be minimized.

도 1은 사용자 이동에 따른 VNF 이전 개념을 나타낸다.
도 2는 본 실시예에 따른 자원 할당 장치가 네트워크를 클러스터링하는 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 특성에 따른 사용자 그룹핑과 각 그룹에서의 클러스터링 개념을 나타낸다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타낸다.
1 shows a concept of VNF migration according to user movement.
2 shows an example in which a resource allocation device according to the present embodiment clusters a network.
3 illustrates a concept of user grouping and clustering in each group according to user characteristics according to an embodiment of the present invention.
4 shows a schematic structure of a resource allocation device according to an embodiment of the present invention.
5 shows a resource allocation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or hardware. And software.

도 1은 사용자 이동에 따른 VNF 이전 개념을 나타낸다.1 shows a concept of VNF migration according to user movement.

도 1은 간략한 일예로서 2개의 기지국(BS1, BS2)이 포함된 네트워크 시스템을 도시하였으며, 각각의 기지국(BS1, BS2)은 MEC(Mobile Edge Computing) 서버로 동작할 수 있으며, 적어도 하나의 VNF(Virtualized Network Function)가 설치됨으로써, 다양한 가상 서비스를 사용자 단말로 제공할 수 있다. 여기서 VNF는 해당 VNF가 설치된 노드(예를 들면 MEC로 기능하는 기지국)가 특정 네트워크 장비로 기능하도록 가상화된 네트워크 모듈이다.1 shows a network system including two base stations (BS1, BS2) as a simple example, and each base station (BS1, BS2) can operate as a Mobile Edge Computing (MEC) server, and at least one VNF ( By installing the Virtualized Network Function), various virtual services can be provided to the user terminal. Here, the VNF is a virtualized network module such that the node where the VNF is installed (for example, a base station functioning as a MEC) functions as a specific network equipment.

일반적으로 네트워크는 많은 수의 네트워크 장비들로 구성되어 있으며, 네트워크 장비는 다양한 기능을 제공한다. 예를 들어, 방화벽, DPI(Deep Packet Inspection), 네트워크 주소 변환(Network Address Translation), IDS(Instusion Detection System), WAN(Wdie Area Acceleration) 등과 같이 다양한 기능들이 네트워크 장비를 통해 제공된다. 이러한 네트워크 장비들은 물리적 미들 박스의 형태로 구현되고, 이들은 특정한 목적을 위해 특정 제조사에서 제작한 하드웨어 플랫폼으로서 가격이 비싸고 기능을 유지보수하며 업그레이드하기 어렵다.Generally, a network is composed of a large number of network equipment, and the network equipment provides various functions. For example, various functions such as firewall, deep packet inspection (DPI), network address translation (Instusion Detection System), IDS (Wdie Area Acceleration) are provided through network equipment. These network devices are implemented in the form of physical middle boxes, and they are hardware platforms manufactured by specific manufacturers for specific purposes, which are expensive, difficult to maintain, and difficult to upgrade.

이러한 문제를 해소하기 위해 네트워크 가상화를 이용한 소프트웨어 정의 네트워크(Software Defined Neworking: 이하 SDN)가 제안되었다. SDN은 기존 네트워크가 갖는 전용 하드웨어 의존성에서 벗어나 상용 고성능 서버, 저장 장치 및 스위치 등의 범용 하드웨어를 통해 네트워크를 구성하고, 서비스 제공에 필요한 다양한 네트워크 기능들을 VNF로 가상화하여 유연하게 추가하고 관리할 수 있는 네트워크를 구성하는 것이다.In order to solve this problem, a software defined network using network virtualization (SDN) has been proposed. SDN is able to flexibly add and manage various network functions required for service provision by virtualizing it with VNFs, away from the dedicated hardware dependency of the existing network and using general purpose hardware such as commercial high-performance servers, storage devices, and switches. It is to construct a network.

여기서 VNF는 네트워크 가상화를 위해 각 네트워크 기능을 가상화 시킨 모듈이며, 이는 네트워크를 구성하는 노드들에 배치된다. VNF를 사용하여 네트워크 기능을 구현할 경우 상대적으로 저렴한 비용으로 네트워크 기능을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 원하는 기능을 구현하는 VNF를 서버에서 가져와 네트워크 기능을 변경하거나 확정 또는 축소할 수 있는 장점이 있다. 특히, 서비스의 종류가 늘어나며 사용자 개개인에 대해 특화되고 있는 현 시점에 MEC 서버를 이용한 VNF의 배치는 필수적이다.Here, VNF is a module that virtualizes each network function for network virtualization, which is placed on the nodes that make up the network. When a network function is implemented using VNF, not only can a network function be implemented at a relatively low cost, but also a VNF that implements a desired function can be obtained from a server to change, confirm, or reduce the network function. In particular, the deployment of VNFs using MEC servers is essential at the present time as the number of types of services increases and is specialized for individual users.

도 1에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(UE)이 제1 MEC 서버(MEC1)로 동작하는 제1 기지국(BS2)의 서비스 영역에서 제2 MEC 서버(MEC2)로 동작하는 제2 기지국(BS2)의 서비스 영역으로 이동하는 경우, 사용자 단말(UE)의 이동에 따라 제1 MEC 서버(MEC1)로부터 제2 MEC 서버(MEC2)로 서비스를 제공하기 위한 적어도 하나의 VNF(VNF1, VNF2, VNF3)의 이전이 실행된다.As shown in FIG. 1, the user terminal UE is the second base station BS2 operating as the second MEC server MEC2 in the service area of the first base station BS2 operating as the first MEC server MEC1. When moving to the service area of the at least one VNF (VNF1, VNF2, VNF3) for providing a service from the first MEC server (MEC1) to the second MEC server (MEC2) according to the movement of the user terminal (UE) The migration is executed.

SDN에서는 다수의 VNF의 서비스 체이닝(Service Chaining)을 통해 개별 사용자 단말(UE) 각각에 적합한 서비스를 제공할 수 있으며, 사용자 단말(UE)의 QoE(Quality of Experience)를 유지하기 위해 사용자 단말(UE)의 이동에 따라 VNF를 이전한다.In SDN, it is possible to provide a service suitable for each individual user terminal (UE) through service chaining of multiple VNFs, and to maintain a quality of experience (QoE) of the user terminal (UE). ), The VNF is transferred.

그러나 VNF의 이전은 이전에 소모되는 추가적인 링크 자원, VNF의 배치 위치를 결정하기 위한 컴퓨팅 자원 등 네트워크의 자원을 소모하게 되며, 따라서 VNF의 이전을 위한 기준이 필요하다.However, the transfer of the VNF consumes resources of the network such as additional link resources previously consumed and computing resources for determining the location of the VNF deployment, and thus a criterion for the transfer of the VNF is required.

본 실시예에서는 VNF의 이전을 위한 기준으로, 사용자 단말의 특성에 따른 클러스터를 구성하고, 사용자 단말이 클러스터의 경계를 넘을 경우에만 VNF의 이전을 실행하도록 함으로써, 서비스 체인을 거쳐 사용자 단말로 전달되는 데이터 플로우의 서비스 시간을 최소화되도록 한다. 즉 사용자 단말이 적어도 하나의 기지국을 포함하여 구성된 클러스터 내에 위치하는 동안에는 VNF의 이전을 실행하지 않는 반면, 클러스터의 경계를 넘어 이동하면 VNF 이전을 실행하여, 자원의 낭비를 저감시킨다.In this embodiment, as a criterion for the transfer of the VNF, a cluster according to the characteristics of the user terminal is configured, and the transfer of the VNF is performed only when the user terminal crosses the boundary of the cluster, so that it is delivered to the user terminal through the service chain. Minimize service time of data flow. That is, while the user terminal is located in a cluster configured with at least one base station, VNF migration is not performed while moving beyond the boundary of the cluster, VNF migration is performed to reduce resource waste.

VNF의 배치와 이전을 위해서는 MEC 서버의 저장 자원, 컴퓨팅 자원과 링크 자원을 소모하며, 여기서는 배치에서는 컴퓨팅 자원, 이전에서는 링크 자원이 주요 자원으로 고려하였다. VNF의 배치에 따른 MEC 서버의 잔여 자원은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.For the deployment and transfer of VNF, the storage resources, computing resources and link resources of the MEC server are consumed. In this case, computing resources in the deployment and link resources in the past were considered as the main resources. The remaining resources of the MEC server according to the VNF arrangement may be expressed as Equation 1.

Figure 112019064731623-pat00001
Figure 112019064731623-pat00001

여기서

Figure 112019064731623-pat00002
는 MEC 서버(m)의 잔여 CPU 자원,
Figure 112019064731623-pat00003
는 MEC 서버(m)의 총 CPU 자원, Cu,i는 사용자 단말(u)의 서비스 체이닝의 i번째 VNF를 MEC 서버(m)에 배치할 때 소모되는 CPU 자원을 의미하며, xu,i,m은 이진 변수로 사용자 단말(u)의 i번째 VNF가 MEC 서버(m)에 배치되었을 때 1이고, 아니면 0이다.here
Figure 112019064731623-pat00002
Is the remaining CPU resource of the MEC server (m),
Figure 112019064731623-pat00003
Is the total CPU resource of the MEC server (m), C u, i means the CPU resource consumed when the i th VNF of the service chaining of the user terminal (u) is placed in the MEC server (m), x u, i , m is a binary variable and is 1 when the i-th VNF of the user terminal u is placed in the MEC server m, or 0 otherwise.

한편 VNF의 배치에 따른 링크의 잔여 자원은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, the residual resource of the link according to the arrangement of the VNF can be expressed as Equation (2).

Figure 112019064731623-pat00004
Figure 112019064731623-pat00004

수학식 2에서

Figure 112019064731623-pat00005
는 MEC 서버들(m)과 MEC 서버(m')를 잇는 링크의 잔여 링크 자원,
Figure 112019064731623-pat00006
는 MEC 서버(m)와 MEC 서버(m') 사이의 총 링크 자원, ru,i는 사용자 단말(u)의 i번째 VNF를 제공하기 위해 필요한 링크 자원, rmig,u,i는 사용자 단말(u)의 i번째 VNF를 이전할 때 소모되는 링크 자원을 의미한다. yu,i,m,m'과 zu,i,m,m'은 이진변수로 각각 사용자 단말(u)의 i번째 VNF를 제공 또는 이전하는 링크로 MEC 서버(m, m')가 선택될 때 1이고, 선택되지 않으면 0이다.In Equation 2
Figure 112019064731623-pat00005
Is the remaining link resource of the link connecting the MEC servers (m) and the MEC server (m '),
Figure 112019064731623-pat00006
Is the total link resource between the MEC server (m) and the MEC server (m '), r u, i is the link resource required to provide the i-th VNF of the user terminal (u), r mig, u, i is the user terminal Refers to the link resource consumed when transferring the i-th VNF in (u). y u, i, m, m ' and z u, i, m, m' are binary variables, and the MEC server (m, m ') is selected as a link that provides or transfers the i-th VNF of the user terminal (u), respectively. 1 if it is, or 0 if not selected.

본 실시예에서는 사용자 단말의 특성의 일예로 사용자 단말의 이동 속도를 이용하며, 이에 사용자 단말의 이동 속도에 따라 사용자 단말을 그룹화하고, 사용자 단말 그룹에 포함된 사용자 단말의 수와 이에 비례하는 서버 자원 할당, 데이터 플로우의 서비스 시간을 최소화하기 위한 클러스터링 방법을 제공한다. 여기서, 클러스터링 방법은 클러스터의 수를 결정하고 각 클러스터를 구성하는 방법을 의미한다.In this embodiment, as an example of the characteristics of the user terminal, the movement speed of the user terminal is used, and accordingly, the user terminals are grouped according to the movement speed of the user terminal, and the number of user terminals included in the user terminal group and server resources proportional thereto. It provides a clustering method to minimize the service time of allocation and data flow. Here, the clustering method means a method of determining the number of clusters and configuring each cluster.

도 2는 본 실시예에 따른 자원 할당 장치가 네트워크를 클러스터링하는 일 예를 나타낸다.2 shows an example in which a resource allocation device according to the present embodiment clusters a network.

도 2에서는 일예로 MEC 기능을 수행할 수 있는 7개의 기지국(BS1 ~ BS7)이 배치된 네트워크를 도시하였으며, 각 기지국(BS1 ~ BS7)에 접속해 있는 n번째 사용자 그룹의 사용자 단말의 수(un m

Figure 112019064731623-pat00007
)를 함께 표시하였다. 그리고 n번째 사용자 그룹에서 7개의 기지국(BS1 ~ BS7) 중 2개의 기지국(m, m')을 잇는 링크를 따라 이동하는 사용자 단말의 수(un (m,m'))를 링크 상에 표시하였다. 점선으로 표시된 에지 컷(edge cut)을 통해 7개의 기지국(BS1 ~ BS7)이 제1, 제2 및 제7 기지국(BS1, BS2, BS7)를 포함하는 클러스터와 제3 내지 제6 기지국(BS3 ~ BS6)를 포함하는 클러스터로 클러스터링될 수 있다. 여기서 클러스터링 방법은 일예로 기존의 그래프 분할 알고리즘(Graph Partitioning Algorithm)을 이용하여 수행될 수 있으며, 그래프 분할 알고리즘에서도 영역 분할 도구인 METIS 기법을 이용하여 수행될 수 있다.In FIG. 2, as an example, a network in which seven base stations BS1 to BS7 capable of performing a MEC function are arranged, and the number of user terminals of the nth user group connected to each base station BS1 to BS7 (u n m
Figure 112019064731623-pat00007
) Together. In addition, the number of user terminals (u n (m, m ') ) moving along a link connecting two base stations (m, m') among seven base stations (BS1 to BS7) in the nth user group is displayed on the link. Did. A cluster including seven base stations (BS1 to BS7) including first, second, and seventh base stations (BS1, BS2, and BS7) through an edge cut indicated by a dotted line, and third to sixth base stations (BS3 to) BS6) may be clustered. Here, the clustering method may be performed using, for example, an existing graph partitioning algorithm, and the graph partitioning algorithm may also be performed using a region partitioning tool, METIS.

7개의 기지국(BS1 ~ BS7)이 2개의 클러스터로 클러스터링됨에 따라 클러스터간 이동하는 사용자 단말의 수(un (m,m'))는 클러스터의 경계에 위치하는 링크를 이동하는 사용자 단말의 수(un (m,m'))의 합으로,

Figure 112019064731623-pat00008
로 계산될 수 있다. 따라서 사용자 단말의 이동에 따른 VNF 이전 횟수 또한
Figure 112019064731623-pat00009
로 계산될 수 있다.As 7 base stations (BS1 to BS7) are clustered into 2 clusters, the number of user terminals moving between clusters (u n (m, m ') ) is the number of user terminals moving the link located at the boundary of the cluster ( as the sum of u n (m, m ') ),
Figure 112019064731623-pat00008
Can be calculated as Therefore, the number of VNF transfers according to the movement of the user terminal is also
Figure 112019064731623-pat00009
Can be calculated as

반면, 클러스터링을 수행하지 않고 기존의 방식을 이용하는 경우, VNF 이전 횟수는 모든 기지국(BS1 ~ BS7) 사이에 이동하는 사용자 단말의 수의 합으로 계산된다.On the other hand, in the case of using the existing method without performing clustering, the number of VNF transfers is calculated as the sum of the number of user terminals moving between all base stations BS1 to BS7.

즉 다수의 기지국(BS1 ~ BS7)을 적어도의 클러스터로 클러스터링하고, 사용자 단말이 클러스터의 경계를 넘어가는 경우에 VNF 이전이 실행되도록 함으로써, VNF 이전 횟수를 크게 줄일 수 있다.That is, the number of VNF transfers can be greatly reduced by clustering a plurality of base stations BS1 to BS7 into at least clusters and performing VNF transfer when the user terminal crosses the boundary of the cluster.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 특성에 따른 사용자 그룹핑과 각 그룹에서의 클러스터링 개념을 나타낸다.3 illustrates a concept of user grouping and clustering in each group according to user characteristics according to an embodiment of the present invention.

도 3에서는 네트워크가 MEC 서버의 기능을 수행할 수 있는 다수의 기지국으로 구성되고, 네트워크의 서비스 영역 내의 다수의 사용자 단말의 특성 중 일예로 이동 속도에 따라 3개의 사용자 그룹(302, 303, 304)이 그룹화한 경우를 도시하였다. 여기서 사용자 단말의 이동 속도에 따라 구분된 3개의 사용자 그룹(302, 303, 304)은 사람의 보행 속도 이하의 속도에 대응하여 구성된 보행자 그룹(302)과 차량이라 철도 등의 주행 속도에 대응하여 구성된 차량 그룹(204) 및 보행 속도와 주행 속도 사이에서 자전거 등을 이용한 이동 속도에 대응하여 구성된 자전거 그룹(303)로 그룹화되었다.In FIG. 3, the network is composed of a plurality of base stations capable of performing the functions of the MEC server, and as an example of the characteristics of the plurality of user terminals in the service area of the network, three user groups (302, 303, 304) according to the movement speed This grouping case is shown. Here, the three user groups 302, 303, and 304, which are classified according to the movement speed of the user terminal, are pedestrian groups 302 configured in response to speeds below a person's walking speed, and vehicles, so they are configured in response to driving speeds such as railways. It was grouped into a vehicle group 204 and a bicycle group 303 configured to correspond to a moving speed using a bicycle or the like between walking speed and driving speed.

그리고 3개의 사용자 그룹(302, 303, 304) 각각에 포함된 사용자 단말의 개수에 비례하여 네트워크(301) 내의 물리적 자원을 할당한다. 일예로 보행자 그룹(302)과 자전거 그룹(303) 및 차량 그룹(204)의 비율이 5:3:2일 때, 내트워크의 자원 또한 5:3:2의 비율로 할당될 수 있다. 또한 각 사용자 그룹(302, 303, 304)에 따라 데이터 플로우의 서비스 시간을 최소화 하기 위한 클러스터의 수가 다르기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이, 네트워크(201)에서 각 사용자 그룹(302, 303, 304)에 대한 클러스터의 개수를 서로 다르게 분할할 수 있다.In addition, physical resources in the network 301 are allocated in proportion to the number of user terminals included in each of the three user groups 302, 303, and 304. For example, when the ratio of the pedestrian group 302 and the bicycle group 303 and the vehicle group 204 is 5: 3: 2, resources of the network may also be allocated at a ratio of 5: 3: 2. In addition, since the number of clusters for minimizing the service time of the data flow is different according to each user group 302, 303, 304, as shown in FIG. 3, each user group 302, 303, 304 in the network 201 The number of clusters for can be divided differently.

여기서는 일예로 각 사용자 그룹에 포함되는 사용자들 중 하나의 속도를 대표 속도로 설정하여 사용자 그룹의 대표 특성으로 사용하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 과금정책, 트래픽 등의 다양한 사용자 단말 특성을 반영하여 사용자 그룹을 설정할 수 있다.Here, as an example, the speed of one of the users included in each user group is set as a representative speed and used as a representative characteristic of the user group, but the present invention is not limited to this, and reflects various user terminal characteristics such as billing policy, traffic, etc. To set up a user group.

그리고 네트워크의 클러스터링은 사용자 단말마다 서로 다르게 요구될 수 있는 다수의 VNF가 모두 네트워크 내에 존재하여, 사용자 단말의 이동에 따라 MEC 서버로 동작하는 하나의 기지국에서 MEC 서버로 동작하는 다른 기지국으로 VNF의 이전이 가능하도록 이루어 진다. 특히 본 실시예에서 클러스터링은 클러스터간 이동하는 사용자 단말의 수가 최소화되고 각 클러스터 내의 사용자 단말의 수가 유사하도록 수행되어, VNF의 클러스터간 이동이 최소화함으로써 네트워크 링크 자원이 최대한 절약될 수 있도록 한다.In addition, in the clustering of the network, a plurality of VNFs that may be required differently for each user terminal are all present in the network, and according to the movement of the user terminal, the transfer of VNFs from one base station acting as a MEC server to another base station acting as a MEC server. It is made possible. Particularly, in this embodiment, clustering is performed such that the number of user terminals moving between clusters is minimized and the number of user terminals in each cluster is similar, so that network link resources of VNFs can be minimized by minimizing movement between clusters.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 장치의 개략적 구조를 나타낸다.4 shows a schematic structure of a resource allocation device according to an embodiment of the present invention.

여기서는 일예로 자원 할당 장치(410)가 가상화 통합 관리 시스템인 NFV MONO(Network Function Virtualisation Management and Orchestrator)로 구현되는 것으로 가정하여 설명한다. NFV MONO는 기존네트워크의 운영/업무 지원 시스템(operations support system/business support system: OSS/BSS)과 VNF 사이에서 VNF의 관리(Management) 및 오케스트레이션(Orchestration)을 지원한다. NFV MONO 또한 VNF와 마찬가지로 소프트웨어 모들로 구현되어 네트워크 상에 구비된 범용 하드웨어에 설치되어 구동될 수 있다.Here, as an example, it is assumed that the resource allocation device 410 is implemented as a network function virtualization management and orchestrator (NFV), which is a virtualized integrated management system. NFV MONO supports VNF management and orchestration between the existing network's operations support system / business support system (OSS / BSS) and VNF. NFV MONO, like VNF, can be implemented as a software module and installed and operated on general-purpose hardware provided on the network.

그리고 도 4에서는 이해의 편의를 위하여, 자원 할당 장치의 구조와 함께 자원 할당 장치가 자원을 할당하는 무선 접속 네트워크(Radio Access Network: 이하 RAN)(420)를 도시하였으며, RAN은 5G RAN인 것으로 가정한다. RAN(420) 내에는 MEC 기능을 수행하는 다수의 기지국이 배치되고, 다수의 사용자 단말(미도시)이 위치할 수 있다. AMF(Access and Mobility Management Function)(430)는 5G 네트워크에서 제공하는 기능 중 하나로서, RAN 내에 위치하는 적어도 하나의 사용자 단말 각각의 이동 속도를 모니터링하여 획득할 수 있다. 여기서도 자원 할당 장치는 사용자 단말의 이동 속도를 사용자 단말의 특성으로 고려하여 자원을 할당하는 것으로 가정하여 설명한다.And, for convenience of understanding, FIG. 4 shows a radio access network (RAN) 420 in which a resource allocation device allocates resources together with a structure of a resource allocation device, and it is assumed that the RAN is a 5G RAN. do. In the RAN 420, a plurality of base stations performing MEC functions are disposed, and a plurality of user terminals (not shown) may be located. AMF (Access and Mobility Management Function) 430 is one of the functions provided by the 5G network, and can be obtained by monitoring the movement speed of each of the at least one user terminal located in the RAN. Here, the resource allocation apparatus will be described on the assumption that resources are allocated by considering the movement speed of the user terminal as a characteristic of the user terminal.

도 4을 참조하면, NFV MONO로 구현된 자원 할당장치는 NFV 오케스트레이터(411)와 VNF 매니저(412) 및 VIM(Virtualized Infrastructure Manager)(413)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a resource allocation device implemented with NFV MONO may include an NFV orchestrator 411, a VNF manager 412, and a virtualized infrastructure manager (VIM) 413.

NFV 오케스트레이터(411)는 NFV 인프라 및 소프트웨어 리소스를 조절 및 관리하기 위한 구성으로, RAN 내에 위치하는 적어도 하나의 사용자 단말 각각의 이동 속도를 AMF(Access and Mobility Management Function)(430)로부터 인가받고, VNF 매니저(412)로부터 적어도 하나의 사용자 단말에서 요청된 서비스 요청 정보를 이용하여 적어도 하나의 사용자 단말을 적어도 하나의 사용자 그룹으로 그룹화하고, 그룹화된 사용자 그룹 각각의 사용자 단말의 수를 판별한다. 그리고 NFV 오케스트레이터(411)는 적어도 하나의 사용자 단말 그룹 각각을 클러스터간 이동하는 사용자 단말의 수가 최소화되고 각 클러스터 내의 사용자 단말의 수가 유사하도록 적어도 하나의 클러스터로 클러스터링한다. 그리고 클러스터링 결과를 VIM(413)으로 전달한다.The NFV orchestrator 411 is a configuration for controlling and managing NFV infrastructure and software resources, and is authorized by an Access and Mobility Management Function (AMF) 430 to move each of at least one user terminal located in the RAN, From the VNF manager 412, at least one user terminal is grouped into at least one user group using service request information requested from at least one user terminal, and the number of user terminals in each grouped user group is determined. In addition, the NFV orchestrator 411 clusters each of the at least one user terminal group into at least one cluster such that the number of user terminals moving between clusters is minimized and the number of user terminals in each cluster is similar. Then, the clustering result is transmitted to the VIM 413.

VIM(413)은 클러스터링 결과를 인가받아 RAN 내의 물리 자원 및 가상 자원에 대한 클러스터링을 수행한다. VIM(413)은 각 사용자 그룹에 포함되는 사용자 단말의 수에 비례하여, 물리 자원 및 가상 자원을 각각의 사용자 그룹에 할당한다. 그리고 각 클러스터에서 VNF가 배치되기에 적합한 MEC 서버를 판별하여, VNF 배치 서버 정보를 VNF 매니저(412)로 전달한다.The VIM 413 receives the clustering result and performs clustering on physical and virtual resources in the RAN. The VIM 413 allocates physical and virtual resources to each user group in proportion to the number of user terminals included in each user group. Then, the MEC server suitable for VNF deployment in each cluster is determined, and the VNF deployment server information is transmitted to the VNF manager 412.

VNF 매니저(412)는 VIM(413)에서 전달된 VNF 배치 서버 정보에 따라 각 클러스터의 적어도 하나의 MEC 서버에 사용자 단말에서 요청된 서비스 요청 정보에 대응하는 VNF가 설치되도록 VNF 배치를 실시한다.The VNF manager 412 performs VNF deployment so that VNFs corresponding to service request information requested by the user terminal are installed on at least one MEC server of each cluster according to the VNF deployment server information transmitted from the VIM 413.

이하에서는 NFV 오케스트레이터(411)가 사용자 단말의 특성에 따라 적어도 하나의 사용자 단말을 사용자 그룹으로 그룹화하고, 사용자 그룹에 따라 네트워크 자원을 클러스터링하는 과정을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a process in which the NFV orchestrator 411 groups at least one user terminal into a user group according to characteristics of the user terminal and clusters network resources according to the user group.

여기서 NFV 오케스트레이터(411)는 사용자 단말의 특성에 따라 사용자 단말을 N개의 사용자 그룹으로 그룹화하고, 하나의 사용자 단말이 복수의 사용자 그룹에 중복으로 그룹화될 수 없는 것으로 가정한다.Here, it is assumed that the NFV orchestrator 411 groups the user terminals into N user groups according to the characteristics of the user terminal, and one user terminal cannot be grouped into a plurality of user groups.

전체 사용자 단말의 수가 U이고, n번째 사용자 그룹에 속한 사용자 단말의 수가 Un이며, 네트워크 내 MEC 서버의 역할을 할 수 있는 기지국의 개수가 M개라고 할 때, n번째 사용자 그룹에 할당된 MEC 서버의 개수는 Mn = MUn/U 라고 할 수 있다. 그리고 네트워크의 전체 서비스 범위가 a라고 할 때, n번째 사용자 그룹의 MEC 서버가 담당해야할 범위는

Figure 112019064731623-pat00010
이고, n번째 사용자 그룹을 위해 k개의 클러스터(kn)가 존재할 때, 각 클러스터가 담당해야할 범위는 an=a/kn로 계산될 수 있다. 기존의 연구를 참조하면, 클러스터의 경계 이전율(μn)은 수학식 3으로 계산될 수 있다.When the total number of user terminals is U, the number of user terminals belonging to the nth user group is U n , and the number of base stations capable of serving as the MEC server in the network is M, the MEC allocated to the nth user group The number of servers can be said to be M n = MU n / U. And when the total service coverage of the network is a, the scope of the MEC server of the nth user group is
Figure 112019064731623-pat00010
, And when there are k clusters (k n ) for the nth user group, a range to be handled by each cluster may be calculated as a n = a / k n . Referring to the existing studies, the cluster boundary transfer rate (μ n ) can be calculated by Equation 3.

Figure 112019064731623-pat00011
Figure 112019064731623-pat00011

서비스 요청율이 λ의 Poisson 분포를 따르며, 클러스터 경계 이전율(μn)을 활용하면, 각 사용자 단말이 클러스터 경계를 넘을 확률(pmig,n)은 수학식 4로 계산된다.When the service request rate follows the Poisson distribution of λ, and using the cluster boundary transfer rate (μ n ), the probability (p mig, n ) of each user terminal crossing the cluster boundary is calculated by Equation (4).

Figure 112019064731623-pat00012
Figure 112019064731623-pat00012

네트워크 내의 n번째 사용자 그룹에서 요청되는 서비스의 수(Sn)가 Sn = SUn/U 라고 할 때, n번째 사용자 그룹을 위해 VNF 이전이 요구되는 서비스의 개수(Smig,n)는 수학식 5에 의해 계산된다.When the number of services requested from the n-th user group in the network (S n ) is S n = SU n / U, the number of services (S mig, n ) required for VNF transfer for the n-th user group is mathematical It is calculated by Equation 5.

Figure 112019064731623-pat00013
Figure 112019064731623-pat00013

여기서 pn 은 사용자 단말(u)이 n번째 사용자 그룹에 속할 확률로서 pn = Un/U이다.Here, p n is a probability that the user terminal u belongs to the n-th user group, and p n = U n / U.

수학식 5에 따르면 VNF 이전이 요구되는 서비스의 개수(Smig,n)는 사용자 그룹의 대표 속도(vn)가 빠를수록, 클러스터의 개수(kn)가 클수록, 증가하는 경향성을 보인다.According to Equation (5) , the number of services (S mig, n ) required for VNF migration tends to increase as the representative speed of the user group (v n ) is faster and the number of clusters (k n ) is larger.

사용자 그룹별 클러스터의 개수의 집합을 k = (k1, k2, ..., kN)이라 하고, 사용자 단말에 대한 서비스 시간을 T라고 할 때, 사용자 그룹별 클러스터 개수(kn)는 사용자 그룹별 서비스 시간(T(kn))을 합한 전체 서비스 지연 시간(T(k))이 수학식 6 내지 9의 4가지 제약조건을 만족하면서 최소화되도록 결정(minimize T(k))될 수 있다.When the set of the number of clusters per user group is k = (k 1 , k 2 , ..., k N ), and the service time for the user terminal is T, the number of clusters per user group (k n ) is The total service delay time (T (k)) summing the service time (T (k n )) for each user group may be determined to be minimized (minimize T (k)) while satisfying the four constraints of Equations 6 to 9. have.

Figure 112019064731623-pat00014
Figure 112019064731623-pat00014

수학식 6의 첫번째 제약조건은 모든 사용자 단말은 하나의 사용자 그룹에만 포함될 수 있음을 의미한다.The first constraint in Equation 6 means that all user terminals can be included in only one user group.

Figure 112019064731623-pat00015
Figure 112019064731623-pat00015

수학식 7의 두번째 제약조건은 n번째 사용자 그룹에 대한 클러스터의 개수(kn)는 하나 이상이고, n번째 사용자 그룹에 할당될 수 있는 전체 MEC 서버의 개수(Mn) 이하임을 의미한다.The second constraint of Equation (7) means that the number of clusters (k n ) for the nth user group is one or more, and is less than or equal to the total number of MEC servers (M n ) that can be allocated to the nth user group.

Figure 112019064731623-pat00016
Figure 112019064731623-pat00016

Figure 112019064731623-pat00017
Figure 112019064731623-pat00017

또한, 수학식 8 및 9의 세번째 및 네번째 제약조건은 각각 수학식 1 및 2로부터 도출된 제약 조건으로, 세번째 제약조건은 사용자 단말(u)이 사용할 수 있는 MEC 서버(m)의 자원은 MEC 서버(m)의 전체 자원(

Figure 112019064731623-pat00018
)보다 클 수 없음을 의미하고, 네번째 제약조건은 사용자 단말(u)을 위한 VNF를 이전할 때 소모되는 링크 자원은 MEC 서버(m)와 서버(m') 사이의 총 링크 자원(
Figure 112019064731623-pat00019
)을 초과할 수 없음을 의미한다.In addition, the third and fourth constraints of Equations 8 and 9 are constraints derived from Equations 1 and 2, respectively, and the third constraint is the resource of the MEC server m that the user terminal u can use is the MEC server. (m) total resources (
Figure 112019064731623-pat00018
), And the fourth constraint is the link resource consumed when migrating the VNF for the user terminal (u), the total link resource between the MEC server (m) and the server (m ').
Figure 112019064731623-pat00019
).

한편 VNF 이전에 의해 MEC 서버(m)와 서버(m') 사이를 잇는 링크에 추가로 발생되는 유입 트래픽은 자기 유사적인 특성을 가지면서 네트워크에서 흐르게 되며, 평균 유입 트래픽이 E[ru,i] = r bps라고 할 때, MEC 서버(m)와 MEC 서버(m') 간의 최대 링크 지연시간은 수학식 10으로 계산될 수 있다.Meanwhile, influx traffic generated in addition to the link between the MEC server (m) and the server (m ') by VNF transfer flows in the network with self-similar characteristics, and the average inflow traffic is E [r u, i ] = r bps, the maximum link delay time between the MEC server m and the MEC server m 'may be calculated by Equation (10).

Figure 112019064731623-pat00020
Figure 112019064731623-pat00020

여기서

Figure 112019064731623-pat00021
이고, H는 자기유사성 정도를 의미하는 허스트(Hurst) 파라미터, σ는 데이터 플로우의 표준편차, ε은 자기유사성의 분수 브라운 운동(fractional Brownian motion: fBm) 모델의 오버플로우(overflow) 확률을 의미한다.here
Figure 112019064731623-pat00021
Where H is the Hurst parameter indicating the degree of self-similarity, σ is the standard deviation of the data flow, and ε is the probability of overflow of the fractional Brownian motion (fBm) model of self-similarity. .

따라서 전체 서비스 지연 시간(T(k))은 각 사용자 그룹의 서비스 시간(

Figure 112019064731623-pat00022
)으로부터 수학식 11과 같이 계산될 수 있다.Therefore, the total service delay time (T (k)) is the service time of each user group (
Figure 112019064731623-pat00022
) From Equation (11).

Figure 112019064731623-pat00023
Figure 112019064731623-pat00023

이 때, Pathu는 각 사용자 단말이 요구하는 개수의 서비스(Su)를 전달하기 위한 경로이며, Un은 n번째 사용자 그룹을 의미한다.At this time, Path u is a path for delivering the number of services (S u ) required by each user terminal, and U n represents an n-th user group.

하나의 서비스를 제공하는데 필요한 평균 VNF 개수를 f, 하나의 VNF를 이전하기 위해 소모되는 평균 링크 자원을 rmig라고 하고, N개의 전체 사용자 그룹에서 이전이 필요한 총 서비스의 개수를

Figure 112019064731623-pat00024
이라고 한다. 또한 각 사용자 그룹에서 VNF의 이전을 완료하기 위한 평균 경로의 길이는 사용자 그룹에 대한 클러스터 개수(kn)에 따른 평균 홉 수(
Figure 112019064731623-pat00025
)와 같다고 가정할 수 있다.The average number of VNFs required to provide one service is called f, and the average link resource consumed to move one VNF is called r mig , and the total number of services that need to be transferred from N total user groups
Figure 112019064731623-pat00024
It is said. Also, the average path length to complete the migration of VNFs in each user group is the average number of hops according to the number of clusters (k n ) for the user group (
Figure 112019064731623-pat00025
).

이에 수학식 2 및 5로부터 평균 가용 링크 자원(

Figure 112019064731623-pat00026
)은 수학식 12에 따라 계산될 수 있다.Accordingly, the average available link resource from Equations 2 and 5 (
Figure 112019064731623-pat00026
) May be calculated according to equation (12).

Figure 112019064731623-pat00027
Figure 112019064731623-pat00027

그리고 수학식 11 및 12를 이용하여 전체 서비스 지연 시간(T(k))을 근사한 평균 종단 간 지연시간(

Figure 112019064731623-pat00028
)을 수학식 13으로 계산할 수 있다.And the average end-to-end delay time approximating the total service delay time (T (k)) using equations 11 and 12
Figure 112019064731623-pat00028
) Can be calculated by Equation 13.

Figure 112019064731623-pat00029
Figure 112019064731623-pat00029

(여기서

Figure 112019064731623-pat00030
는 클러스터 개수(kn)에 따른 MEC 서버 간 평균 링크 지연 시간이다.)(here
Figure 112019064731623-pat00030
Is the average link latency between MEC servers according to the number of clusters (k n ).)

수학식 10은 투영 경사 하강법(projected gradient descent method)으로 풀이 가능하며, 평균 종단 간 지연시간(

Figure 112019064731623-pat00031
)가 최소가 되도록, 즉 데이터 플로우의 평균 서비스 시간이 최소화되도록 하는 클러스터 개수 집합(k)은 수학식 14가 수렴할 때까지 반복 실행할 수 있다.Equation 10 can be solved by the projected gradient descent method, and the average end-to-end delay time (
Figure 112019064731623-pat00031
), I.e., the cluster number set k that minimizes the average service time of the data flow can be repeated until Equation 14 converges.

Figure 112019064731623-pat00032
Figure 112019064731623-pat00032

이 때, w=[w1, w2, ..., wN]인 각 구성 성분에 대한 가중치의 집합이며, 이는 네트워크 정책에 따라 결정될 수 있다.At this time, w = [w 1 , w 2 , ..., w N ] is a set of weights for each component, which can be determined according to a network policy.

이 후, NFV 오케스트레이터(411)는 각 사용자 그룹별로 결정된 클러스터의 개수(kn)를 이용하여, 사용자 그룹별 할당된 네트워크 자원의 클러스터링을 실시한다. 즉 클러스터 간에 이동하는 사용자 단말의 수를 최소화하여 VNF의 이전에 의해 소모되는 네트워크 링크 자원이 최소화되도록 클러스터링을 수행한다.Thereafter, the NFV orchestrator 411 clusters the network resources allocated for each user group by using the number of clusters (k n ) determined for each user group. That is, the number of user terminals moving between clusters is minimized to perform clustering so that network link resources consumed by the transfer of VNFs are minimized.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자원 할당 방법을 나타낸다.5 shows a resource allocation method according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하여, 도 5의 자원 할당 방법을 설명하면, 우선 기설정된 사용자 단말의 특성을 분석한다(S10). 사용자 단말의 특성은 다양하게 설정될 수 있으나, 일예로 사용자 단말의 이동 속도가 사용자 단말의 특성으로 설정될 수 있다. 그리고 분석되어야 하는 사용자 단말의 특성은 네트워크 정책이나 네트워크 관리자에 의해 설정되거나 변경될 수 있다. 경우에 따라서는 서로 다른 다수의 사용자 단말의 특성이 설정되고, 각각의 사용자 단말 특성에 가중치가 부여되어 분석될 수도 있다.Referring to FIGS. 1 to 4, when the resource allocation method of FIG. 5 is described, first, characteristics of a preset user terminal are analyzed (S10). The characteristics of the user terminal may be variously set, but for example, the movement speed of the user terminal may be set as the characteristics of the user terminal. And the characteristics of the user terminal to be analyzed may be set or changed by a network policy or a network administrator. In some cases, characteristics of a plurality of different user terminals are set, and weights may be assigned to the characteristics of each user terminal to be analyzed.

또한 사용자 단말의 특성 분석은 기지정된 기준 시간 단위 또는 사용자 단말 특성의 경향성이 변경될 때 반복적으로 수행될 수 있으며, 네트워크 관리자의 명령에 응답하여 수행될 수 있다.In addition, the characteristic analysis of the user terminal may be repeatedly performed when a predetermined reference unit of time or a tendency of the user terminal characteristic is changed, and may be performed in response to a command of a network administrator.

사용자 단말의 특성이 분석되면, 분석된 사용자 단말의 특성에 기반하여, 네트워크 내의 다수의 사용자 단말을 적어도 하나의 사용자 그룹으로 그룹화한다(S20). 그리고 그룹화된 적어도 하나의 사용자 그룹 각각에 포함되는 사용자 단말의 수를 판별한다(S30).When the characteristics of the user terminal are analyzed, a plurality of user terminals in the network are grouped into at least one user group based on the analyzed characteristics of the user terminal (S20). Then, the number of user terminals included in each of the grouped at least one user group is determined (S30).

사용자 그룹별 사용자 단말의 수가 판별되면, 판별된 사용자 그룹별 사용자 단말의 수에 따라 각 사용자 그룹에 네트워크 자원을 할당한다(S40). 여기서 네트워크 자원은 전체 네트워크 자원을 사용자 그룹에 포함된 사용자 수에 비례하는 비율로 할당될 수 있다.When the number of user terminals per user group is determined, network resources are allocated to each user group according to the determined number of user terminals per user group (S40). Here, the network resources may be allocated in a proportion proportional to the number of users included in the user group.

사용자 그룹별 네트워크 자원이 할당되면, 적어도 하나의 사용자 그룹 각각을 클러스터링하기 위한 클러스터 개수를 결정한다(S50). 여기서 사용자 그룹별 클러스터 개수는 사용자 그룹 내에서 각 클러스터 내의 사용자 단말의 수가 유사하고, 클러스터간 이동하는 사용자 단말의 수가 최소화되도록 결정되어 VNF의 클러스터간 이동이 최소화되도록 함으로써, 데이터 플로우의 평균 서비스 시간이 최소화되도록 한다.When network resources for each user group are allocated, the number of clusters for clustering each of the at least one user group is determined (S50). Here, the number of clusters per user group is similar to the number of user terminals in each cluster in the user group, and the number of user terminals moving between clusters is determined to be minimized, so that the inter-cluster movement of the VNF is minimized, so that the average service time of data flow is Try to minimize it.

이에 본 실시예에서 사용자 그룹별 클러스터 개수(kn)는 각 사용자 그룹에서의 서비스 지연 시간 (T(kn))의 합인 전체 서비스 지연시간(T(k))을 근사화한 수학식 13의 평균 종단 간 지연시간

Figure 112019064731623-pat00033
이 최소화되도록 하여, 수학식 14에 따라 획득될 수 있다.The cluster number of specific groups of users in this example (k n) is the average of each group of users sum total service delay time (T (k)) Equation (13) the approximation of the service delay time (T (k n)) in the End-to-end delay time
Figure 112019064731623-pat00033
By minimizing this, it can be obtained according to Equation (14).

사용자 그룹별 클러스터 개수(kn)가 결정되면, 결정된 클러스터 개수(kn)에 따라 네트워크를 클러스터링한다. 이때, 네트워크는 일예로 그래프 분할 알고리즘에 기반하여 결정된 개수(kn)의 클러스터로 분할될 수 있다.When the number of clusters per user group (k n ) is determined, the network is clustered according to the determined number of clusters (k n ). At this time, the network may be divided into a cluster of a number (k n ) determined based on a graph segmentation algorithm, for example.

그리고 사용자 그룹별로 클러스터가 클러스터링되면, 각 사용자 그룹별 적어도 하나의 클러스터 각각에 사용자 단말에서 요구하는 서비스를 제공하기 위한 적어도 VNF를 클러스터 내의 지정된 하나의 MEC 서버에 배치한다. 이는 다수의 MEC 서버를 거치게 되면, 광/전기/광 신호의 변환으로 인한 추가적인 지연이 발생할 수 있기 때문이다.In addition, when a cluster is clustered for each user group, at least one VNF for providing a service required by a user terminal to each of the at least one cluster for each user group is disposed in one designated MEC server in the cluster. This is because, when passing through multiple MEC servers, additional delays may occur due to conversion of optical / electrical / optical signals.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer program stored in a medium for execution on a computer. Computer readable media herein can be any available media that can be accessed by a computer, and can also include any computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, and ROM (readable) Dedicated memory), RAM (random access memory), CD (compact disk) -ROM, DVD (digital video disk) -ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (5)

다수의 VNF (Virtualized Network Function)를 기지국을 겸하는 MEC 서버들에 배치하여 사용하는 네트워크에 있어서,
기지정된 사용자 단말의 특성을 분석하고, 분석된 사용자 단말의 특성에 따라 다수의 사용자 단말을 적어도 하나의 사용자 그룹으로 그룹화하는 단계;
상기 적어도 하나의 사용자 그룹 각각에 대해 데이터 플로우의 평균 서비스 시간이 최소화되도록 클러스터의 개수를 결정하는 단계;
상기 네트워크를 적어도 하나의 사용자 그룹별로 결정된 클러스터 개수로 클러스터링하는 단계; 및
사용자 그룹별로 클러스터링된 클러스터 각각에 위치하는 사용자 단말에서 요구하는 VNF를 대응하는 클러스터에 포함된 MEC 서버에 배치하는 단계; 를 포함하는 자원 할당 방법.
In a network using a number of VNF (Virtualized Network Function) deployed in MEC servers that serve as a base station,
Analyzing the characteristics of the known user terminal and grouping a plurality of user terminals into at least one user group according to the analyzed characteristics of the user terminal;
Determining the number of clusters such that the average service time of the data flow is minimized for each of the at least one user group;
Clustering the network with a determined number of clusters for each user group; And
Disposing a VNF required by a user terminal located in each clustered cluster for each user group in a MEC server included in the corresponding cluster; Resource allocation method comprising a.
제1 항에 있어서, 상기 클러스터의 개수를 결정하는 단계는
클러스터링되는 클러스터 사이에 이동하는 사용자 단말의 수가 최소화되고, 클러스터에 포함되는 사용자 단말의 수가 최대한 유사하도록 상기 클러스터의 개수를 결정하는 자원 할당 방법.
The method of claim 1, wherein determining the number of clusters
A resource allocation method for determining the number of clusters such that the number of user terminals moving between clustered clusters is minimized and the number of user terminals included in the cluster is as similar as possible.
제2 항에 있어서, 상기 클러스터의 개수를 결정하는 단계는
상기 적어도 하나의 사용자 그룹(n = {1, 2, ..., N}) 각각의 클러스터의 개수(kn)에 따른 전체 사용자 그룹의 평균 종단간 지연 시간(
Figure 112019064731623-pat00034
)이 최소가 되도록 하는 사용자 그룹별 클러스터의 개수의 집합(k = {k1, k2, ..., kN})을 판별하여 상기 클러스터의 개수를 결정하는 자원 할당 방법.
The method of claim 2, wherein determining the number of clusters
Average end-to-end delay time of all user groups according to the number of clusters (k n ) of each of the at least one user group (n = {1, 2, ..., N})
Figure 112019064731623-pat00034
Resource allocation method for determining the number of clusters by determining the set (k = {k 1 , k 2 , ..., k N }) of the number of clusters per user group to minimize).
제3 항에 있어서, 상기 평균 종단간 지연 시간(
Figure 112019064731623-pat00035
)은
수학식
Figure 112019064731623-pat00036

(여기서
Figure 112019064731623-pat00037
는 클러스터 개수(kn)에 따른 평균 홉 수(
Figure 112019064731623-pat00038
)이고,
Figure 112019064731623-pat00039
는 클러스터 개수(kn)에 따른 MEC 서버 간 평균 링크 지연 시간으로 MEC 서버(m, m') 사이의 최대 링크 지연 시간
Figure 112019064731623-pat00040
의 평균으로 계산되며, pn 은 사용자 단말(u)이 n번째 사용자 그룹에 속할 확률로서 pn = Un/U이다. 그리고,
Figure 112019064731623-pat00041
이고, H는 자기유사성 정도를 의미하는 허스트(Hurst) 파라미터, σ는 데이터 플로우의 표준편차, ε은 자기유사성의 분수 브라운 운동(fractional Brownian motion: fBm) 모델의 오버플로우(overflow) 확률을 의미한다. 또한 f는 하나의 서비스를 제공하는데 필요한 평균 VNF 개수이고,
Figure 112019064731623-pat00042
은 평균 가용 링크 자원이며, r은 VNF 이전에 따른 평균 유입 트래픽을 의미한다.)
에 따라 계산되고,
상기 평균 종단간 지연 시간(
Figure 112019064731623-pat00043
)을 최소화하는 사용자 그룹별 클러스터의 개수의 집합(k = {k1, k2, ..., kN})은
수학식
Figure 112019064731623-pat00044

(여기서 w는 네트워크 정책에 따라 미리 지정되는 가중치의 집합(w=[w1, w2, ..., wN])이다.)
에 따라 계산되는 자원 할당 방법.
The method of claim 3, wherein the average end-to-end delay time (
Figure 112019064731623-pat00035
)silver
Equation
Figure 112019064731623-pat00036

(here
Figure 112019064731623-pat00037
Is the average number of hops depending on the number of clusters (k n )
Figure 112019064731623-pat00038
)ego,
Figure 112019064731623-pat00039
Is the average link latency between MEC servers according to the number of clusters (k n ), and the maximum link latency between MEC servers (m, m ')
Figure 112019064731623-pat00040
It is calculated as the average of, p n is the probability that the user terminal (u) belongs to the n-th user group is p n = U n / U. And,
Figure 112019064731623-pat00041
Where H is the Hurst parameter indicating the degree of self-similarity, σ is the standard deviation of the data flow, and ε is the probability of overflow of the fractional Brownian motion (fBm) model of self-similarity. . Also, f is the average number of VNFs required to provide one service,
Figure 112019064731623-pat00042
Is the average available link resource, and r is the average incoming traffic following VNF transfer.)
Is calculated according to,
The average end-to-end delay time (
Figure 112019064731623-pat00043
The set of number of clusters per user group (k = {k 1 , k 2 , ..., k N }) that minimizes) is
Equation
Figure 112019064731623-pat00044

(Where w is a set of weights (w = [w 1 , w 2 , ..., w N ]) that are specified in advance according to the network policy.)
Resource allocation method calculated according to.
제1 항에 있어서, 상기 자원 할당 방법은
상기 네트워크의 자원을 상기 적어도 하나의 사용자 그룹 각각에 포함된 사용자 단말의 개수에 비례하여 할당하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 MEC 서버에 배치하는 단계는
사용자 단말이 포함된 사용자 그룹에 할당된 자원에 따라 상기 VNF를 배치하는 자원 할당 방법.
The method of claim 1, wherein the resource allocation method
Allocating resources of the network in proportion to the number of user terminals included in each of the at least one user group; Further comprising,
The step of deploying to the MEC server
Resource allocation method for deploying the VNF according to the resources allocated to the user group containing the user terminal.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102367568B1 (en) * 2020-12-14 2022-02-24 숙명여자대학교산학협력단 Contents caching system in cooperative MEC based on user similarity, and method thereof
KR20220165050A (en) 2021-06-07 2022-12-14 주식회사 케이티 Server, methoed and computer program for assigning pod
KR20230006654A (en) * 2021-06-25 2023-01-11 국방과학연구소 Method for coordination virtual network function and apparatus for the same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112866381B (en) * 2021-01-17 2022-07-01 湘潭大学 Task redundancy allocation method based on facility site selection problem in edge calculation
CN112995276B (en) * 2021-02-01 2023-03-24 中铁第四勘察设计院集团有限公司 Cooperative space communication method and device
CN113904923B (en) * 2021-09-27 2023-08-22 重庆电子工程职业学院 Service function chain joint optimization method based on software defined network

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008095537A1 (en) * 2007-02-08 2008-08-14 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Rnc capacity licensing
KR20170030295A (en) 2015-09-09 2017-03-17 한국전자통신연구원 Universal VNFM and method for managing VNF
US20180183855A1 (en) * 2016-12-28 2018-06-28 Intel Corporation Application computation offloading for mobile edge computing

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070061303A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-15 Jorey Ramer Mobile search result clustering
US8671099B2 (en) * 2011-12-28 2014-03-11 International Business Machines Corporation Clustering devices in an internet of things (‘IoT’)
WO2014128253A1 (en) * 2013-02-22 2014-08-28 Adaptive Mobile Security Limited System and method for embedded mobile (em)/machine to machine (m2m) security, pattern detection, mitigation
WO2018095537A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Nokia Technologies Oy Application provisioning to mobile edge

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008095537A1 (en) * 2007-02-08 2008-08-14 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Rnc capacity licensing
KR20170030295A (en) 2015-09-09 2017-03-17 한국전자통신연구원 Universal VNFM and method for managing VNF
US20180183855A1 (en) * 2016-12-28 2018-06-28 Intel Corporation Application computation offloading for mobile edge computing

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102367568B1 (en) * 2020-12-14 2022-02-24 숙명여자대학교산학협력단 Contents caching system in cooperative MEC based on user similarity, and method thereof
KR20220165050A (en) 2021-06-07 2022-12-14 주식회사 케이티 Server, methoed and computer program for assigning pod
KR20230006654A (en) * 2021-06-25 2023-01-11 국방과학연구소 Method for coordination virtual network function and apparatus for the same
KR102548926B1 (en) * 2021-06-25 2023-06-29 국방과학연구소 Method for coordination virtual network function and apparatus for the same

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