examples/placement-models-minizinc/5g-placement-scheduling/placement.mzn

   1 include "globals.mzn";\r
   2 \r
   3 int: NCR;  % number of cloud regions\r
   4 int: N_ATTR; %  number of capability related attributes\r
   5 array[1..N_ATTR] of float: w_attr; % weights of each attribute\r
   6 \r
   7 int: N_UTILIZATION_METRICS; % number of dynamic capacity metrics of interest\r
   8 % set of 1..N_UTILIZATION_METRICS: U_METRICS;\r
   9 array[1..N_UTILIZATION_METRICS] of float: w_metrics; % weights of each capacity metric\r
  10 \r
  11 int: cust_type;  % customer type, 0 = regular, 1 = silver, 2 = gold\r
  12 int: N_VMS; % number of VMs in VNF\r
  13 int: N_CAPM; % number of metrics for cloud region capacity check\r
  14 int: MIN_GUAR_ADDL_WT; % additional weight for min guarantee capability\r
  15 \r
  16 float: C_ALLOC_THRESHOLD; % allocation threshold for cloud\r
  17 float: CUST_ALLOC_THRESHOLD; % allocation threshold for customer in cloud\r
  18 float: AVG_CPU_UTILIZATION_THRESHOLD;\r
  19 float: PEAK_CPU_UTILIZATION_THRESHOLD;\r
  20 \r
  21 int: u_lat;\r
  22 int: u_lon;\r
  23 float: dist_norm;\r
  24 float: max_dist_ue;\r
  25 array[1..NCR] of int: cr_lat;\r
  26 array[1..NCR] of int: cr_lon;\r
  27 \r
  28 enum CUST_TYPES = { STANDARD, SILVER, GOLD };\r
  29 enum ATTRIBUTES = { CORE_DC, DIRECT_CONN, MIN_GUARANTEE, SRIOV };\r
  30 enum METRICS = { AVG_CPU_UTILIZATION, PEAK_CPU_UTILIZATION };\r
  31 enum CLOUD_REGION_CAPACITY = {CPU_CLOUD, MEMORY_CLOUD};\r
  32 enum WL_TYPES = { W1, W2, W3, W4, W5 };\r
  33 int: N_WL;\r
  34 \r
  35 % set of 1..N_CAPM: CAP_METRICS;\r
  36 \r
  37 % whether a cloud region has the corresponding capability -- data will be customer specific\r
  38 array[1..NCR, 1..N_ATTR] of int: capabilities;\r
  39 array[1..NCR, 1..N_UTILIZATION_METRICS] of float: cpu_utilization;  % how much capacity is already dynamically utilized     (fraction)\r
  40 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of int: c_alloc_capacity; % how much percent is already allocated in the cloud\r
  41 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of int: c_total_capacity;  % total cloud capacity\r
  42 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of float: c_alloc_capacity_norm;\r
  43 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of int: cust_alloc_capacity; % how much percent is already allocated in the cloud for the customer\r
  44 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of int: cust_total_capacity; % total cloud capacity for customer\r
  45 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of float: cust_alloc_capacity_norm;\r
  46 \r
  47 % VM requirements for each type of capacity (vm cpu, memory, etc.)\r
  48 % TODO: establish a standard for units (MB RAM, GB disk, N virtual cores, etc.)\r
  49 array[1..N_VMS, 1..N_CAPM] of int: vm_reqs;\r
  50 array[1..N_CAPM] of int: vm_reqs_sums = [ sum(k in 1..N_VMS) (vm_reqs[k,j]) | j in 1..N_CAPM ];\r
  51 array[1..NCR, 1..N_CAPM] of float: vm_reqs_sums_norm;\r
  52 %forall(i in 1..NCR, j in 1..N_CAPM) (\r
  53 %  vm_reqs_sums_norm[i, j] = vm_reqs_sums[j]/c_total_capacity[i, j]\r
  54 %)\r
  55 %array[1..NCR, 1..N_CAPM] of float: vm_reqs_sums_norm = [ ((vm_reqs_sums[j]/c_total_capacity[i,j]) | j in 1..N_CAPM) | i in 1..NCR ];\r
  56 \r
  57 array[1..N_WL] of var int: s_regions;  % target cloud regions (solution to the problem)\r
  58 \r
  59 function var float: dist(var int: x1, var int: y1, var int: x2, var int: y2) = (sqrt(pow((x1-x2),2) + pow((y1-y2),2)))/dist_norm;\r
  60 \r
  61 % custom constraints\r
  62 constraint forall (s in s_regions) (\r
  63     cpu_utilization[s, AVG_CPU_UTILIZATION] <= AVG_CPU_UTILIZATION_THRESHOLD /\    % hard constraint: need some capacity available\r
  64     cpu_utilization[s, PEAK_CPU_UTILIZATION] <= PEAK_CPU_UTILIZATION_THRESHOLD /\  % hard constraint: need some capacity available\r
  65     cust_alloc_capacity[s, CPU_CLOUD] <= (CUST_ALLOC_THRESHOLD*(cust_total_capacity[s, CPU_CLOUD])) - (vm_reqs_sums[CPU_CLOUD]) /\\r
  66     cust_alloc_capacity[s, MEMORY_CLOUD] <= (CUST_ALLOC_THRESHOLD*(cust_total_capacity[s, MEMORY_CLOUD])) - (vm_reqs_sums[MEMORY_CLOUD]) /\\r
  67     c_alloc_capacity[s, CPU_CLOUD] <= (C_ALLOC_THRESHOLD*(c_total_capacity[s, CPU_CLOUD])) - (vm_reqs_sums[CPU_CLOUD]) /\\r
  68     c_alloc_capacity[s, MEMORY_CLOUD] <= (C_ALLOC_THRESHOLD*(c_total_capacity[s, MEMORY_CLOUD])) - (vm_reqs_sums[MEMORY_CLOUD])\r
  69 );\r
  70 \r
  71 % specific constraints based on the workload\r
  72 constraint [capabilities[s_regions[x], CORE_DC] | x in WL_TYPES] = [1, 1, 0, 0, 0];\r
  73 \r
  74 constraint forall (x in [W3, W4, W5])\r
  75 (dist(u_lat, u_lon, cr_lat[s_regions[x]], cr_lon[s_regions[x]]) < max_dist_ue/dist_norm);\r
  76 \r
  77 constraint all_different([s_regions[x] | x in WL_TYPES]);\r
  78 \r
  79 % custom soft constraint for gold customers -- give a large weight to Minimum Guarantee\r
  80 var float: additional_obj = sum(s in s_regions) (bool2int(cust_type = GOLD) * capabilities[s, MIN_GUARANTEE] * MIN_GUAR_ADDL_WT);\r
  81 \r
  82 % TODO: global constraints (such as data validation)\r
  83 \r
  84 % Objective for utilization\r
  85 var float: obj_c_capacity = sum(k in 1..N_CAPM, s in s_regions) (\r
  86                   (1 - c_alloc_capacity_norm[s, k] - vm_reqs_sums_norm[s, k]) +\r
  87 %                  (1 - cust_alloc_capacity_norm[s, k] - vm_reqs_sums_norm[s, k]));\r
  88                   (1 - cust_alloc_capacity_norm[s, k] - vm_reqs_sums_norm[s, k]) +\r
  89                   (1 - dist(u_lat, u_lon,cr_lat[s], cr_lon[s])));\r
  90 \r
  91 % Objective for utilization\r
  92 var float: obj_utilization = sum(k in 1..N_UTILIZATION_METRICS, s in s_regions) ( w_metrics[k] * (1 - cpu_utilization[s, k]) );\r
  93 \r
  94 % Objective for capabilities\r
  95 var float: obj_capabilities = sum(k in 1..N_ATTR, s in s_regions) ( w_attr[k] * capabilities[s, k] );\r
  96 \r
  97 % Overall objective function\r
  98 var float: obj = obj_c_capacity + obj_utilization + obj_capabilities + additional_obj;\r
  99 \r
 100 solve maximize obj;\r
 101 \r
 102 output [ "Solution: \n"\r
 103          ++ concat(["Cloud Region for W" ++ format(x) ++ " = " ++ format(s_regions[x]) ++ "\n" | x in 1..N_WL]) ]\r
 104          ++ [ "Objective function value: ", show(obj), "\n", "Customer type: ", show(cust_type), "\n"];\r