تحسين كفاءة التخصيص الديناميكي للموارد في الشبكات الافتراضية المعرفة برمجياً باستخدام التنبؤ الاستباقي بحركة المرور

الملخص

تُعد الشبكات الافتراضية المعرفة بالبرمجيات (vSDN) متعددة الشرائح من التقنيات الحديثة التي تتيح مشاركة البنية التحتية الشبكية بين عدة خدمات وشبكات افتراضية مستقلة، مما يسهم في تحسين استغلال الموارد وزيادة مرونة إدارة الشبكة. مع الطبيعة الديناميكية لحركة المرور والتغير المستمر في الأحمال الشبكية، يصبح تحقيق تخصيص فعال للموارد تحدياً رئيسياً في هذه البيئات، الأمر الذي يستدعي اعتماد آليات استباقية قادرة على التنبؤ بالطلب المستقبلي قبل حدوثه. تقدم هذه الدراسة إطاراً لتحسين كفاءة التخصيص الديناميكي للموارد يعتمد على التنبؤ الاستباقي بحركة المرور باستخدام نموذج الذاكرة طويلة قصيرة المدى (LSTM)، مع تطبيق آلية تنعيم أسي على القيم المتنبأ بها بهدف الحد من تأثير التذبذبات قصيرة المدى وتحسين استقرار قرارات التخصيص. تعتمد آلية التخصيص المقترحة على توزيع الموارد بصورة ديناميكية وفق الأحمال المستقبلية المتوقعة للشرائح الافتراضية، مما يتيح الاستجابة المبكرة للتغيرات المرورية وتحسين استغلال الموارد المتاحة. تم تقييم النموذج المقترح ضمن بيئة محاكاة متكاملة تعتمد على Mininet وONOS وLibera Hypervisor، مع دراسة أثر التنعيم على دقة التنبؤ واستقرار التخصيص وكفاءة استغلال الموارد. أظهرت النتائج العملية أن دمج التنعيم الأسي مع نموذج LSTM أسهم في خفض التذبذبات الحادة وتقليل عمليات إعادة التخصيص غير الضرورية، حيث حقق النموذج متوسط مؤشر جودة خدمة كلي  بلغ  بمعدل تحسين  مقارنة بإطار DLVisor و  مقارنة بالتخصيص الثابت، ونجح في تقليل معدل انتهاك اتفاقية مستوى الخدمة (SLA) للشريحة الحرجة إلى  فقط بنسبة خفض بلغت  مقارنة بـ DLVisor كما أثبت الإطار المقترح كفاءة عالية في الحد من هدر الموارد بمعدلات تحسن نسبية تجاوزت  مقارنة بالتخصيص الثابت عبر كافة الشرائح، وخفض للهدر بنسبة  و  مقارنة بـ DLVisor في الشريحتين الحرجة والفيديو على التوالي. من الناحية الحسابية، حافظ الإطار على تعقيد خطي  وزمن تنفيذ منخفض لدورة اتخاذ القرار تراوح بين  عند 3 شرائح ولم يتجاوز  عند الكثافة التشغيلية العالية (12 شريحة)، متفوقاً في سرعة الاستجابة بنسبة  مقارنة بإطار DLVisor الذي سجل  عند نفس الكثافة. تؤكد هذه النتائج الرقمية أن النموذج المقترح يضمن البقاء ضمن حدود حلقة التحكم الحرجة للشبكة ( )، مما يجعله نهجاً فعالاً وقابلاً للتوسع لتحسين كفاءة التخصيص الديناميكي للموارد وتعزيز استقرار الأداء في الشبكات الافتراضية المعرفة بالبرمجيات متعددة الشرائح.