KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.7
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pp.3393-3412
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2017
As a main challenge in network virtualization, virtual network embedding problem is increasingly important and heuristic algorithms are of great interest. Aiming at the problems of poor correlation in node embedding and link embedding, long distance between adjacent virtual nodes and imbalance resource consumption of network components during embedding, we herein propose a two-stage virtual network embedding algorithm NA-PVNM. In node embedding stage, resource requirement and breadth first search algorithm are introduced to sort virtual nodes, and a node fitness function is developed to find the best substrate node. In link embedding stage, a path fitness function is developed to find the best path in which available bandwidth, CPU and path length are considered. Simulation results showed that the proposed algorithm could shorten link embedding distance, increase the acceptance ratio and revenue to cost ratio compared to previously reported algorithms. We also analyzed the impact of position constraint and substrate network attribute on algorithm performance, as well as the utilization of the substrate network resources during embedding via simulation. The results showed that, under the constraint of substrate resource distribution and virtual network requests, the critical factor of improving success ratio is to reduce resource consumption during embedding.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.2
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pp.522-541
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2016
Network virtualization provides an effective way to overcome the Internet ossification problem. As one of the main challenges in network virtualization, virtual network embedding refers to mapping multiple virtual networks onto a shared substrate network. However, existing heuristic embedding algorithms evaluate the embedding potential of the nodes simply by the product of different resource attributes, which would result in an unbalanced embedding. Furthermore, ignoring the hops of substrate paths that the virtual links would be mapped onto may restrict the ability of the substrate network to accept additional virtual network requests, and lead to low utilization rate of resource. In this paper, we introduce and extend five node attributes that quantify the embedding potential of the nodes from both the local and global views, and adopt the technique for order preference by similarity ideal solution (TOPSIS) to rank the nodes, aiming at balancing different node attributes to increase the utilization rate of resource. Moreover, we propose a novel two-stage virtual network embedding algorithm, which maps the virtual nodes onto the substrate nodes according to the node ranks, and adopts a shortest path-based algorithm to map the virtual links. Simulation results show that the new algorithm significantly increases the long-term average revenue, the long-term revenue to cost ratio and the acceptance ratio.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.6
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pp.1620-1634
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2023
This paper studies the task of embedding nodes with multiple graphs representing multiple information channels, which is useful in a large volume of network clustering tasks. By learning a node using multiple graphs, various characteristics of the node can be represented and embedded stably. Existing studies using multi-channel networks have been conducted by integrating heterogeneous graphs or limiting common nodes appearing in multiple graphs to have similar embeddings. Although these methods effectively represent nodes, it also has limitations by assuming that all networks provide the same amount of information. This paper proposes a method to overcome these limitations; The proposed method gives different weights according to the source graph when embedding nodes; the characteristics of the graph with more important information can be reflected more in the node. To this end, a novel method incorporating a multi-channel gate layer is proposed to weigh more important channels and ignore unnecessary data to embed a node with multiple graphs. Empirical experiments demonstrate the effectiveness of the proposed multi-channel-based embedding methods.
The node embedding technique for learning graph representation plays an important role in obtaining good quality results in graph mining. Until now, representative node embedding techniques have been studied for homogeneous graphs, and thus it is difficult to learn knowledge graphs with unique meanings for each edge. To resolve this problem, the conventional Triple2Vec technique builds an embedding model by learning a triple graph having a node pair and an edge of the knowledge graph as one node. However, the Triple2 Vec embedding model has limitations in improving performance because it calculates the relationship between triple nodes as a simple measure. Therefore, this paper proposes a feature extraction technique based on a graph convolutional neural network to improve the Triple2Vec embedding model. The proposed method extracts the neighborliness vector of the triple graph and learns the relationship between neighboring nodes for each node in the triple graph. We proves that the embedding model applying the proposed method is superior to the existing Triple2Vec model through category classification experiments using DBLP, DBpedia, and IMDB datasets.
As one of the most significant challenges in the virtual data center, the virtual data center embedding has attracted extensive attention from researchers. The existing research works mainly focus on how to design algorithms to increase operating revenue. However, they ignore the energy consumption issue of the physical data center in virtual data center embedding. In this paper, we focus on studying the energy-aware virtual data center embedding problem. Specifically, we first propose an energy consumption model. It includes the energy consumption models of the virtual machine node and the virtual switch node, aiming to quantitatively measure the energy consumption in virtual data center embedding. Based on such a model, we propose two algorithms regarding virtual data center embedding: one is heuristic, and the other is based on particle swarm optimization. The second algorithm provides a better solution to virtual data center embedding by leveraging the evolution process of particle swarm optimization. Finally, experiment results show that our proposed algorithms can effectively save energy while guaranteeing the embedding success rate.
A graph is a data structure consisting of nodes and edges between these nodes. Graph embedding is to generate a low dimensional vector for a given graph that best represents the characteristics of the graph. Recently, there have been studies on graph embedding, especially using deep learning techniques. However, until now, most deep learning-based graph embedding techniques have focused on unweighted graphs. Therefore, in this paper, we propose a graph embedding technique for weighted graphs based on long short-term memory (LSTM) autoencoders. Given weighted graphs, we traverse each graph to extract node-weight sequences from the graph. Each node-weight sequence represents a path in the graph consisting of nodes and the weights between these nodes. We then train an LSTM autoencoder on the extracted node-weight sequences and encode each nodeweight sequence into a fixed-length vector using the trained LSTM autoencoder. Finally, for each graph, we collect the encoding vectors obtained from the graph and combine them to generate the final embedding vector for the graph. These embedding vectors can be used to classify weighted graphs or to search for similar weighted graphs. The experiments on synthetic and real datasets show that the proposed method is effective in measuring the similarity between weighted graphs.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.7
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pp.2892-2913
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2016
Network virtualization promises to play a dominant role in shaping the future Internet by overcoming the Internet ossification problem. However, due to the injecting of additional virtualization layers into the network architecture, several new security risks are introduced by the network virtualization. Although traditional protection mechanisms can help in virtualized environment, they are not guaranteed to be successful and may incur high security overheads. By performing the virtual network (VN) embedding in a security-aware way, the risks exposed to both the virtual and substrate networks can be minimized, and the additional techniques adopted to enhance the security of the networks can be reduced. Unfortunately, existing embedding algorithms largely ignore the widespread security risks, making their applicability in a realistic environment rather doubtful. In this paper, we attempt to address the security risks by integrating the security factors into the VN embedding. We first abstract the security requirements and the protection mechanisms as numerical concept of security demands and security levels, and the corresponding security constraints are introduced into the VN embedding. Based on the abstraction, we develop three security-risky modes to model various levels of risky conditions in the virtualized environment, aiming at enabling a more flexible VN embedding. Then, we present a mixed integer linear programming formulation for the VN embedding problem in different security-risky modes. Moreover, we design three heuristic embedding algorithms to solve this problem, which are all based on the same proposed node-ranking approach to quantify the embedding potential of each substrate node and adopt the k-shortest path algorithm to map virtual links. Simulation results demonstrate the effectiveness and efficiency of our algorithms.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.4
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pp.1845-1865
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2019
Current Internet is designed by lots of service providers with different objects and policies which make the direct deployment of radically new architecture and protocols on Internet nearly impossible without reaching a consensus among almost all of them. Network virtualization is proposed to fend off this ossification of Internet architecture and add diversity to the future Internet. As an important part of network virtualization, virtual network embedding (VNE) problem has received more and more attention. In order to solve the problems of large embedding cost, low acceptance ratio (AR) and environmental adaptability in VNE algorithms, cognitive method is introduced to improve the adaptability to the changing environment and a cognitive virtual network embedding algorithm based on weighted relative entropy (WRE-CVNE) is proposed in this paper. At first, the weighted relative entropy (WRE) method is proposed to select the suitable substrate nodes and paths in VNE. In WRE method, the ranking indicators and their weighting coefficients are selected to calculate the node importance and path importance. It is the basic of the WRE-CVNE. In virtual node embedding stage, the WRE method and breadth first search (BFS) algorithm are both used, and the node proximity is introduced into substrate node ranking to achieve the joint topology awareness. Finally, in virtual link embedding stage, the CPU resource balance degree, bandwidth resource balance degree and path hop counts are taken into account. The path importance is calculated based on the WRE method and the suitable substrate path is selected to reduce the resource fragmentation. Simulation results show that the proposed algorithm can significantly improve AR and the long-term average revenue to cost ratio (LTAR/CR) by adjusting the weighting coefficients in VNE stage according to the network environment. We also analyze the impact of weighting coefficient on the performance of the WRE-CVNE. In addition, the adaptability of the WRE-CVNE is researched in three different scenarios and the effectiveness and efficiency of the WRE-CVNE are demonstrated.
Network virtualization opens the door to novel infrastructure services offering connectivity and node manageability. In this letter, we focus on the cost-efficient embedding of on-demand virtual optical network requests for interconnecting geographically distributed data centers. We present a mixed integer linear programming formulation that introduces flexibility in the virtual-physical node mapping to optimize the usage of the underlying physical resources. Illustrative results show that flexibility in the node mapping can reduce the number of add-drop ports required to serve the offered demands by 40%.
Liao, Jianxin;Feng, Min;Li, Tonghong;Wang, Jingyu;Qing, Sude
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.1
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pp.145-164
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2014
Network virtualization provides a promising tool to allow multiple heterogeneous virtual networks to run on a shared substrate network simultaneously. A long-standing challenge in network virtualization is the Virtual Network Embedding (VNE) problem: how to embed virtual networks onto specific physical nodes and links in the substrate network effectively. Recent research presents several heuristic algorithms that only consider single topological attribute of networks, which may lead to decreased utilization of resources. In this paper, we introduce six complementary characteristics that reflect different topological attributes, and propose three topology-aware VNE algorithms by leveraging the respective advantages of different characteristics. In addition, a new KS-core decomposition algorithm based on two characteristics is devised to better disentangle the hierarchical topological structure of virtual networks. Due to the overall consideration of topological attributes of substrate and virtual networks by using multiple characteristics, our study better coordinates node and link embedding. Extensive simulations demonstrate that our proposed algorithms improve the long-term average revenue, acceptance ratio, and revenue/cost ratio compared to previous algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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