شماره ركورد
31956
پديد آورنده
مبين قليزاده
عنوان
ارائه يك روش چند هدفه مبتني بر يادگيري ماشين براي جايابي كنترلكنندهها در شبكههاي مبتني بر نرمافزار
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر - شبكههاي كامپيوتري
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/7/14
استاد راهنما
دكتر ناصر مزيني
استاد مشاور
دكتر ناصر مزيني
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
چكيده
با رشد روزافزون شبكه هاي كامپيوتري و افزايش پيچيدگي ساختارهاي ارتباطي، نياز به مديريت بهينه ترافيك، تضمين امنيت داده ها و كاهش هزينه هاي عملياتي و نگهداري به چالش هاي اساسي در اين حوزه تبديل شده است. در اين ميان، معماري شبكه هاي مبتني بر نرم افزار (SDN)به عنوان يك پارادايم نوين در مديريت شبكه هاي مدرن، با جداسازي بخش هاي كنترل و داده، توانسته است انعطاف پذيري، مقياس پذيري و امكان مديريت متمركز را فراهم آورد. در ، SDNكنترل كننده ها به عنوان عناصر اصلي مديريت و تصميم گيري شبكه عمل كرده و وظايفي نظير نظارت بر ترافيك، تخصيص منابع و ارائه خدمات كيفي را بر عهده دارند. يكي از چالش هاي اساسي در معماري ، SDNمسئله جايابي بهينه كنترل كننده ها است. اين چالش از آنجا ناشي مي شود كه نحوه توزيع و استقرار كنترل كننده ها در شبكه به طور مستقيم بر عملكرد كلي شبكه، ميزان تأخير، تعادل بار، مقياس پذيري و امنيت تأثير مي گذارد. در معماري متمركز، يك كنترل كننده به عنوان نقطه شكست واحد عمل مي كند و در صورت ازكارافتادن، كل شبكه دچار اختلال مي شود. از سوي ديگر، استفاده از چندين كنترل كننده توزيع شده مي تواند تا حد زيادي اين مشكل را برطرف كند، اما مسائل جديدي نظير هماهنگي بين كنترل كننده ها، افزايش تأخير ناشي از جابه جايي ترافيك و سربار ارتباطي بين كنترل كننده ها مطرح مي شود. علاوه بر اين، پويايي شبكه، تغييرات مداوم در ترافيك و نياز به پاسخگويي بلادرنگ به درخواست هاي شبكه، پيچيدگي مسئله جايابي كنترل كننده ها را دوچندان مي كند. پژوهش هاي پيشين در اين حوزه عمدتا به جنبه هاي خاصي از مسئله جايابي پرداخته اند و كمتر به مسئله بهينه سازي چندهدفه توجه كرده اند. در اين پژوهش، يك روش چندهدفه مبتني بر يادگيري ماشين و به طور خاص يادگيري تقويتي براي جايابي بهينه كنترل كننده ها در شبكه هاي SDNارائه شده است. در اين روش، معيارهايي نظير كاهش تأخير، برقراري تعادل بار، تضمين پايداري و بهبود بهره وري عملياتي در نظر گرفته شده و از الگوريتم هاي يادگيري تقويتي براي جستجوي بهينه در فضاي مسئله و سازگاري با پويايي بالاي شبكه استفاده شده است. اهميت اين پژوهش در آن است كه با توجه به طبيعت NP-Hardمسئله جايابي كنترل كننده ها، استفاده از رويكردهاي سنتي براي حل اين مسئله زمان بر و ناكارآمد است. الگوريتم هاي يادگيري تقويتي مي توانند با بهره گيري از فرآيند يادگيري مبتني بر بازخورد، مكان هاي بهينه كنترل كننده ها را در شرايط مختلف شبكه شناسايي و مستقر كنند. در اين پژوهش، معيارهاي مختلف عملكردي به صورت هم زمان بهينه سازي شده اند و نتايج ارزيابي ها نشان مي دهد كه روش پيشنهادي در مقايسه با روش هاي پيشين، بهبود قابل توجهي از نظر پارامترهاي مختلف از جمله كاهش تأخير، تعادل بار و پايداري شبكه داشته است. نوآوري اصلي اين پژوهش، توجه ويژه به معيار پايداري به عنوان يكي از اهداف كليدي در فرآيند جايابي كنترل كننده ها و همچنين دستيابي به بهبود ميانگين 7درصدي در كارايي شبكه در مقايسه با روش هاي مرسوم است. اين دستاورد نشان مي دهد كه روش پيشنهادي مي تواند به عنوان چارچوبي كارآمد براي بهينه سازي هم زمان چندين هدف كليدي در شبكه هاي SDNمورد استفاده قرار گيرد. به طوركلي، اين تحقيق نه تنها به ارائه يك چارچوب نوآورانه براي جايابي بهينه كنترل كننده ها مي پردازد، بلكه با استفاده از يادگيري تقويتي، سازگاري و انعطاف پذيري بالايي در مواجهه با پويايي شبكه ارائه مي دهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/11/03
عنوان به انگليسي
A Multi Objective Machine Learning Approach for Controller Placement in Software Defined Networks
تاريخ بهره برداري
10/5/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مبين قلي زاده
چكيده به لاتين
With the increasing growth of computer networks and the complexity of communication structures, the need for optimal traffic management, data security assurance, and reduction of operational and maintenance costs has become fundamental challenges in this field. In this context, Software Defined Networking (SDN) architecture, as a novel paradigm in modern network management, has been able to provide flexibility, scalability, and centralized management capabilities through the separation of control and data planes. In SDN, controllers act as primary elements of network management and decision-making, responsible for tasks such as traffic monitoring, resource allocation, and quality of service provision. One of the fundamental challenges in SDN architecture is the optimal placement of controllers. This challenge arises because the distribution and deployment of controllers directly affects overall network performance, latency, load balancing, scalability, and security. In centralized architectures, a single controller acts as a single point of failure, causing network disruption if it fails. On the other hand, using multiple distributed controllers can largely resolve this issue, but raises new concerns such as coordination between controllers, increased latency due to traffic redirection, and communication overhead between controllers. Additionally, network dynamics, continuous changes in traffic, and the need for real-time responsiveness to network requests further complicate the controller placement problem. Previous research in this area has primarily addressed specific aspects of the placement problem and paid less attention to multi-objective optimization. In this study, a multi-objective approach based on machine learning and specifically reinforcement learning is proposed for optimal controller placement in SDN networks. This method considers criteria such as latency reduction, load balancing, stability assurance, and operational efficiency improvement, and utilizes reinforcement learning algorithms to search for optimality in the problem space and adapt to high network dynamics. The significance of this research lies in the fact that considering the NP-Hard nature of the controller placement problem, traditional approaches for solving this problem are time-consuming and inefficient. Reinforcement learning algorithms can identify and deploy optimal controller locations under various network conditions by leveraging feedback-based learning processes. In this research, various performance metrics have been optimized simultaneously, and evaluation results show that the proposed method has achieved significant improvements compared to previous methods in terms of parameters such as latency reduction, load balancing, and network stability. The main innovation of this research is its special focus on stability as one of the key objectives in the controller placement process, as well as achieving an average 7% improvement in network efficiency compared to conventional methods. This achievement demonstrates that the proposed method can be used as an efficient framework for simultaneous optimization of multiple key objectives in SDN networks. In general, this investigation not only presents an innovative framework for optimal controller placement but also offers high adaptability and flexibility in dealing with network dynamics through reinforcement learning.
كليدواژه هاي فارسي
جايابي كنترلكنندهها , يادگيري ماشين , شبكههاي مبتني بر نرمافزار
كليدواژه هاي لاتين
Controller Placement , Machine Learning , Software Defined Networks
Author
Mobin Gholizadeh
SuperVisor
Naser Mozayani