Deep Reinforcement Learning for Resource Demand Prediction and Virtual Function Network Migration in Digital Twin Network

计算机科学 强化学习 虚拟网络 能源消耗 分布式计算 控制重构 功能(生物学) 计算机网络 资源配置 人工智能 嵌入式系统 生态学 生物 进化生物学
作者
Qinghai Liu,Lun Tang,Ting Wu,Qianbin Chen
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (21): 19102-19116 被引量:9
标识
DOI:10.1109/jiot.2023.3281678
摘要

The Internet of Things (IoT) enables intelligent services varying with the complex and realtime environment to achieve network benefits, where network function virtualization (NFV) can dynamically provide virtualized network functions (VNFs) for IoT devices. In the NFV-enabled IoT architecture, a service function chain (SFC) consists of an ordered set of VNFs. However, the energy consumption of the VNF migration and SFC reconfiguration is one major issue owing to the dynamic characteristic of the IoT network. In this article, we propose a new paradigm digital twin (DT) to create the virtual twin of physical objects in the IoT network, then, we formalize the problem as a mathematical model, which aims to minimize the energy consumption. To this end, we prove this problem is NP-hard and propose an algorithm bidirectional gated recurrent unit (Bi-GRU) based on federated learning to predict the resource requirement. Further more, according to the prediction result, which utilizing the deep reinforcement learning (DRL) algorithm for decision making of the VNF migration. Simulation results show that our proposed method can effectively reduce the number of VNFs to be migrated and economize the energy consumption of the DT IoT network.
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