T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n Co m pu t ing   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 ,   p p .   825 ~ 8 3 9   I SS N:  1693 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI KA. v 24 i 3 . 2 7 7 6 6          825       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Neura l ne twork a ppro a ches for q u a lity - of - serv ice op timiza tion  in so ft wa re - defi n ed net wo rking  en v iro nments       M uq a m ud din   M uh i b 1 Ra ng u Sridev i 2   1 D i g i t a l   F o r e n si c   L a b ,   D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e r i n g ,   U C ESTH ,   J a w a h a r l a l   N e h r u   Te c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y   H y d e r a b a d ,   H y d e r a b a d ,   I n d i a     2 D i r e c t o r a t e   o f   En t r e p r e n e u r sh i p ,   I n n o v a t i o n   a n d   S t a r t - u p s,  J a w a h a r l a l   N e h r u   Te c h n o l o g i c a l   U n i v e r si t y   H y d e r a b a d ,   H y d e r a b a d ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   20 2 0 2 5   R ev is ed   Feb   1 2 0 2 6   Acc ep ted   Mar   29 2 0 2 6       S o ftwa re - d e fin e d   n e two r k in g   (S DN e n a b les   c e n tralize d   a n d   p ro g ra m m a b le   c o n tro o f   n e two r k   b e h a v i o r;  h o we v e r,   c o n v e n ti o n a r o u ti n g   stra teg ies   re m a in   larg e ly   re a c ti v e   a n d   stru g g le   to   a d a p t   t o   ra p id ly   c h a n g i n g   traffic   d y n a m ics .   To   a d d re ss   th is  li m it a ti o n ,   th is  stu d y   p ro p o se a   lea rn in g - b a se d   S DN   ro u ti n g   fra m e wo rk   t h a i n t e g ra tes   a   lo n g   sh o rt - term   m e m o ry   (L S TM )   m o d e t o   p re d ict   traffic  p a tt e rn s   a n d   p ro a c ti v e ly   o p ti m ize   ro u ti n g   d e c isio n s.   Th e   p ro p o se d   a p p ro a c h   is  imp lem e n ted   a n d   e v a lu a ted   i n   a n   S D tes tb e d   u sin g   re a li stic  traffic  sc e n a rio s.   Ex p e rime n tal  re su lt s   a re   a v e ra g e d   o v e r   m u lt ip le  i n d e p e n d e n r u n t o   e n su re   ro b u stn e ss   a n d   re p r o d u c ib il it y .   Co m p a re d   with   sta ti c   sh o r tes t - p a th   ro u ti n g   a n d   c las sic a m a c h in e   lea rn in g   (M L)   b a se li n e s,  t h e   p r o p o se d   m o d e d e m o n stra tes   c o n siste n imp r o v e m e n ts   in   late n c y ,   p a c k e lo ss ,   a n d   th r o u g h p u u n d e th e   e v a l u a ted   c o n d it io n s.  In   p a rti c u lar,   th e   a b latio n   stu d y   re p o rts  a   9 5 %   c o n f id e n c e   in terv a l   f o e n d - to - e n d   late n c y   ra n g i n g   fro m   5 1 . 8   t o   5 5 . 6   m s,  c o n firmin g   th e   sta ti st ica sta b il it y   o th e   o b se rv e d   g a i n s.  Ad d it i o n a a n a l y se sh o t h a th e   f ra m e wo rk   m a in tain l o i n fe re n c e   late n c y   a n d   m o d e st   c o n tro l   o v e rh e a d ,   m a k in g   it   su it a b le  fo re a l - ti m e   S DN   e n v ir o n m e n ts.  Ov e ra ll ,   t h e   fin d in g in d ica te  th a t   tem p o ra lea rn i n g   m o d e ls   c a n   e ff e c ti v e ly   e n h a n c e   S DN   ro u ti n g   p e rfo rm a n c e   wh e n   e v a lu a ted   with i n   c o n tro ll e d   e x p e rime n tal  se tt in g s,  o ffe rin g   a   p ra c ti c a p a th wa y   t o wa rd   m o re   a d a p ti v e   a n d   in telli g e n n e tw o rk   c o n tr o l.   K ey w o r d s :   Dee p   lear n in g   L o n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   Netwo r k   o p tim izatio n   Qu ality   o f   s er v ice   So f twar e - d ef in e d   n etwo r k in g   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu q am u d d in   Mu h ib   Dig ital Fo r en s ic  L ab ,   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scien ce   an d   E n g in ee r in g ,   UC E STH   J awa h ar lal  Neh r u   T ec h n o lo g ic al  Un iv er s ity   Hy d er ab a d   Ku k atp ally Hy d er ab ad     5 0 0   0 8 5   T elan g an a,   I n d ia   E m ail: M u q am u d d in 1 9 8 9 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   So f twar e - d ef in e d   n etwo r k in g   ( SDN)   h as  em er g ed   as  t r an s f o r m ativ n etwo r k   ar ch it ec tu r b y   d ec o u p lin g   th c o n tr o l   p lan f r o m   th d ata  p lan e ,   th er e b y   e n ab lin g   ce n tr alize d   co n tr o l,  p r o g r am m a b ilit y ,   an d   f lex ib le  n etwo r k   m a n ag em en t   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h ese  c h ar ac ter is tics   m ak SDN  p ar ticu lar ly   attr ac tiv f o r   m o d e r n   telec o m m u n icatio n   a n d   in f o r m atio n   an d   c o m m u n icatio n   tech n o lo g y   ( I C T )   in f r astru ct u r es  th at  d em an d   ef f icien tr af f ic  en g i n ee r in g ,   p o licy   en f o r ce m en t,  a n d   d y n am ic  r eso u r ce   allo ca tio n   [ 3 ] .   As  co n tem p o r ar y   n etwo r k s   in cr ea s in g ly   s u p p o r h eter o g e n eo u s   a p p licatio n s   in clu d in g   in te r n et  o f   th in g s   ( I o T )   s er v ices,  m u ltime d ia  s tr ea m in g ,   clo u d   co m p u tin g ,   an d   m is s io n - cr iti ca s y s tem s   en s u r in g   co n s is t en an d   p r ed ictab le   q u ality   o f   s er v ice   ( Qo S)  h as  b ec o m a   f u n d am en tal  r eq u ir e m en [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Su ch   ap p licatio n s   im p o s s tr in g e n t   co n s tr ain ts   o n   laten cy ,   th r o u g h p u t,  jitt er ,   an d   p ac k et  lo s s ,   p ar ticu lar ly   u n d er   d y n am ic   an d   b u r s ty   tr af f ic  co n d itio n s   [ 6 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 8 2 5 - 8 3 9   826   Desp ite  th in h er en f lex ib ilit y   o f   SDN,   ef f ec tiv Qo m an ag em en r em ain s   ch allen g in g   in   p r ac tice.   Ma n y   ex is tin g   SDN - b ased   s o lu tio n s   r ely   o n   s tatic  r o u tin g   p o licies,  p r io r ity   q u e u in g   m ec h an is m s ,   o r   r ea ctiv e   co n g esti o n   co n t r o s tr ateg ies  [ 7 ] ,   [ 8 ] .   T h ese  ap p r o ac h es  ty p ically   r esp o n d   o n ly   af ter   Q o d eg r ad atio n   h as   alr ea d y   o cc u r r ed ,   r esu ltin g   in   in cr ea s ed   laten cy ,   p ac k et  lo s s ,   an d   in ef f icien r eso u r ce   u tili za tio n   d u r in g   tr af f ic   s u r g es  [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   I n   o p er atio n al  SDN  en v ir o n m e n ts ,   ev en   s h o r t - liv ed   co n g esti o n   ev en t s   ca n   s ig n if ican tly   d eg r ad e   th p er f o r m an ce   o f   d elay - s en s itiv a n d   b an d wid th - in ten s iv ap p licatio n s ,   u n d e r s co r in g   th e   lim itatio n s   o f   p u r ely   r ea ctiv Qo S m an ag em en m ec h an is m s .   T o   en h an c ad ap tab ilit y ,   m ac h in lear n in g   ( ML )   tech n iq u es   h av b ee n   in cr ea s in g ly   a p p lie d   to   SDN - b ased   Qo m an a g em en a n d   tr af f ic  a n aly s is   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   C las s ical  ML   m o d els,  in clu d in g   d ec is io n   t r ee s ,   s u p p o r v ec to r   m ac h in es,  k - m ea n s   clu s ter in g ,   an d   r an d o m   f o r ests ,   h av d em o n s tr ated   ef f ec tiv en ess   in   task s   s u ch   as  tr af f ic  class if icatio n   an d   co n g esti o n   d etec tio n   [ 1 3 ] [ 1 5 ] .   H o wev er ,   t h ese  m eth o d s   g en er ally   ass u m e   in d ep en d en o b s er v atio n s   an d   ar e   o f ten   ev alu ate d   th r o u g h   o f f lin a n aly s is ,   wh ich   li m its   th eir   ab ilit y   t o   ca p tu r th e   tem p o r al  d y n am ic s   o f   n etwo r k   t r af f ic  a n d   co n s t r ain s   th eir   a p p licab ilit y   in   r ea l - tim SDN  co n tr o l   en v ir o n m en ts   [ 1 6 ] .   Mo r eo v e r ,   th eir   r elian ce   o n   s tatic  f ea tu r r ep r esen tatio n s   r ed u ce s   r o b u s tn ess   u n d er   h ig h ly   d y n am ic  n etwo r k   c o n d itio n s .   Netwo r k   tr af f ic  in h er e n tly   ex h ib its   s tr o n g   tem p o r al  co r r elatio n s wh er eb y   h is to r ical  tr af f i b eh av io r   d ir ec tly   in f lu e n ce s   f u tu r e   n et wo r k   s tates  [ 1 7 ] .   I g n o r in g   th e s d ep en d en cies  r estricts  th e f f ec tiv en ess   o f   Qo p r ed ictio n   a n d   o p tim izatio n   s tr ateg ies.  Dee p   lear n in g   ( DL )   m o d els,  p a r ticu lar ly   r ec u r r e n n eu r al  n etwo r k s   ( R NNs),   ad d r ess   th is   lim itatio n   b y   lear n in g   s eq u en tial  p atter n s   f r o m   tim e - s er ies  d ata  [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   Am o n g   th ese   m o d els,  lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( L STM )   n etwo r k s   ar e   esp ec ially   well  s u ited   f o r   ca p tu r in g   l o n g - ter m   tem p o r al  d ep en d en cies  wh ile  m itig atin g   th e   v an is h in g   g r ad i en p r o b lem   [ 2 0 ] .   L STM - b ased   ap p r o ac h es  h av e   s h o wn   p r o m is in g   r esu lts   in   tr af f ic  f o r ec asti n g ,   co n g esti o n   p r e d ictio n ,   a n d   a d ap tiv e   r o u tin g   [ 2 1 ] [ 2 5 ] .   Nev er th eless ,   m an y   ex is tin g   L STM - d r iv en   s o lu tio n s   f u n ct io n   as  ex ter n al  o r   o f f lin o p t im izatio n   m o d u les,   r ath er   th an   b ein g   d ir ec tly   e m b ed d e d   with in   th e   SDN  c o n tr o l   p lan e.   T h is   s ep a r atio n   lim its   r ea l - tim r esp o n s iv en ess   an d   in cr ea s es   ar ch itectu r al  co m p lex ity   [ 2 6 ] .   Ad d itio n ally ,   s ev er al  DL - b ased   ap p r o ac h es  in tr o d u ce   n o n - tr iv ial   co m p u ta tio n al  an d   co n tr o ller   o v er h ea d ,   r aisi n g   co n ce r n s   ab o u s ca l ab ilit y   an d   co n t r o l - p lan p er f o r m an ce   in   lar g e - s ca le  o r   laten cy - s en s itiv SDN  d ep lo y m e n ts   [ 2 7 ] .   E x is tin g   s tu d ies  also   f r eq u en tly   r ely   o n   s in g le - ap p licatio n   o r   s y n th etic  d atasets ,   o f f e r in g   lim ited   in s ig h in to   s y s tem   b eh av io r   u n d er   r ea lis tic  h eter o g en e o u s   tr af f ic  co n d iti o n s   [ 2 8 ] .   C o n s eq u en tly ,   c lear   r esear ch   g ap   ex is ts   in   th d esig n   o f   Qo S   o p tim izatio n   m ec h a n is m s   th at  ar tem p o r ally   awa r e ,   tig h tly   in teg r ate d   in to   th S DN  co n tr o p lan e,   co m p u tatio n ally   ef f icien f o r   r ea l - tim o p er atio n ,   an d   v alid ated   u n d e r   h eter o g en e o u s   tr af f ic  s ce n ar io s   r ep r esen tativ o f   p r ac tical  tele co m m u n icatio n   n etwo r k s .   T o   a d d r e s s   t h is   g a p ,   t h is   s t u d y   p r o p o s e s   a   p r e d i ct i v e   Q o o p t i m i z a ti o n   f r a m e w o r k   t h a i n te g r a t e s   a n   L S T M - b a s e d   DL   m o d e l   d i r e c t l y   w i t h i n   t h e   S D N   c o n t r o l l e r .   T h e   p r o p o s e d   f r a m e w o r k   l e a r n s   t e m p o r a l   t r a f f i p a t t e r n s   f r o m   s t r u c t u r e d   f l o w - le v e l   f e a t u r es   a n d   g e n e r a t es   p r o a c t i v e   r o u t i n g   a n d   r es o u r c e   a llo c a t i o n   d e c is i o n s   i n   r e a l   t i m e ,   t h e r e b y   s h i f t i n g   Q o S   m a n a g e m e n t   f r o m   a   r e a c t i v e   t o   a   p r e d i c t i v e   p a r a d i g m .   B y   a n t i c i p a t i n g   f u t u r e   n e t w o r k   c o n d i t i o n s ,   t h e   c o n tr o l l e r   c a n   m i t i g a t e   c o n g e s t i o n   b e f o r e   p e r f o r m a n c e   d e g r a d a t i o n   o c c u r s   w h i l m a i n t a i n i n g   l o w   c o m p u t a t i o n a a n d   c o n t r o l - p l a n e   o v e r h e a d   s u i t a b l e   f o r   r e a l - t i m e   d e p l o y m e n [ 2 9 ] [ 3 1 ] .   T h f r am ewo r k   is   ev alu ated   u s in g   co n tr o lled   SDN  test b ed   with   Op en Flo w - en ab led   s witch es  an d   m u ltip le  p u b lic  d atasets   r ep r e s en tin g   I o T ,   m u ltime d ia,   a n d   attac k   tr af f ic   s ce n ar io s .   Per f o r m an ce   is   ass ess ed   u s in g   k ey   Qo m etr ics,  in clu d in g   en d - to - e n d   laten cy ,   th r o u g h p u t,  an d   p ac k et  lo s s ,   to   r ef lect  o p er atio n al   r eq u ir em e n ts   co m m o n ly   e n co u n ter ed   in   telec o m m u n icatio n   an d   I C T   s y s tem s .   T h m ain   c o n tr ib u tio n s   o f   th is   s tu d y   ar e   s u m m ar ize d   a s :   ( i )   a   p r ed ictiv e   Qo o p tim izatio n   f r am ewo r k   th at   in teg r ates  an   L STM   m o d el  d ir ec tly   in to   th SDN  co n tr o p lan e ,   ( ii)  t em p o r al  m o d eli n g   o f   h eter o g en e o u s   n etwo r k   tr af f ic  to   en ab le   p r o ac tiv r o u tin g   an d   r eso u r ce   allo ca tio n   d ec is io n s ,   ( iii)  c o m p r eh e n s iv ev alu atio n   u n d er   r ea lis tic  m ix ed   tr af f ic  s ce n ar io s ,   in clu d i n g   I o T ,   m u ltime d ia,   a n d   attac k   t r af f ic ,   a n d   ( iv )   d em o n s tr atio n   o f   im p r o v e d   Q o p er f o r m an ce   with   lo co n tr o ller   o v e r h ea d ,   s u p p o r tin g   p r ac tical  d ep lo y ab ilit y   in   SDN - b ased   telec o m m u n icatio n   en v ir o n m en ts .   B y   em b ed d in g   tem p o r al  DL   ca p ab ilit ies  in to   SDN - b ased   Qo S   m an ag em en t,   th is   wo r k   a d v an ce s   SDN  to war d   in tellig en t,  p r ed ictiv e,   an d   s elf - o p ti m izin g   n etwo r k in g   s y s tem s ,   alig n in g   with   em e r g in g   r eq u ir em e n ts   in   m o d er n   telec o m m u n icatio n ,   co m p u tin g ,   an d   co n tr o l - o r ien ted   n etwo r k   in f r astru ctu r es.       2.   M E T H O   2 . 1 .     Sy s t e m   a rc hite ct ure    T h is   s tu d y   p r o p o s es  clo s ed - lo o p   SDN  ar ch itectu r th at  e m b ed s   DL   in tellig en ce   d ir ec tl y   in to   t h co n tr o p lan to   e n ab le  p r ed i ctiv Qo o p tim izatio n .   Fig u r 1   illu s tr ates  th o v e r all  s y s tem   ar ch itectu r e,   wh ich   co n s is ts   o f   f o u r   o p er ati o n al  lay er s :   ( i)   t r af f ic  d ata  ac q u is itio n ,   ( ii)  f ea tu r ex tr ac tio n   an d   p r ep r o ce s s in g ( iii)  n eu r al  n etwo r k b ased   Qo S p r ed ictio n ,   a n d   ( i v )   SDN  co n tr o ller   d ec is io n   e n f o r ce m en t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         N eu r a l n etw o r a p p r o a ch es fo r   q u a lity - of - s ervice  o p timiz a tio n   in   s o ftw a r e - d efin ed     ( Mu q a mu d d i n   Mu h ib )   827   T r af f ic  s tatis tics   ar co llected   f r o m   th d ata  p lan t h r o u g h   Op en Flo w - e n ab led   s witch es,  wh ich   p er io d ically   ex p o r f lo w - lev el   in f o r m atio n   in clu d in g   p ac k et   co u n t,  b y te  co u n t,  f l o d u r atio n ,   p r o to co ty p e,   an d   p o r n u m b er s   to   th SD co n tr o ller .   Data   co llectio n   is   p er f o r m e d   u s in g   th c o n t r o ller s   n o r t h b o u n d   m o n ito r in g   ap p licatio n   p r o g r am m in g   i n ter f ac es  ( API s ) ,   e n s u r in g   co m p atib ilit y   with   wid ely   u s ed   SDN   p latf o r m s   s u ch   as   o p en   n etwo r k   o p er atin g   s y s tem   ( ONOS ) ,   R y u ,   an d   Op e n Day lig h t.   T h ex tr ac ted   f ea tu r es  ar f o r war d ed   t o   an   em b ed d ed   n eu r al  n etwo r k   m o d u le  th at   p r ed icts   Qo S - r elate d   o u tco m es.  B ased   o n   th ese  p r ed ictio n s ,   th SDN  co n tr o ller   p r o ac ti v ely   en f o r ce s   r o u tin g   an d   r eso u r c e   allo ca tio n   d ec is io n s   th r o u g h   s o u th b o u n d   O p en Flo m ess ag es  ( e. g . ,   FLOW_ MO D) ,   co m p letin g   co n tin u o u s   f ee d b ac k   lo o p .   T h is   ar c h itectu r s u p p o r ts   b o t h   ce n tr alize d   an d   lo g ically   d is tr ib u ted   SDN   d ep lo y m en ts   wh ile  m ain tain in g   lo c o n tr o ller   o v er h ea d ,   e n s u r in g   p r ac tical  d ep l o y ab ilit y .     2 . 2 .     Neura net wo r k   m o del  des ig n   T h p r o p o s ed   f r am ewo r k   e m p lo y s   s tack ed   L STM   a r ch itec tu r f o llo we d   b y   f u lly   c o n n e cted   ( FC )   d ec is io n   lay er .   T h L STM   la y er s   m o d el  tem p o r al  d ep en d en c ies  ac r o s s   co n s ec u tiv tr af f ic   o b s er v atio n s ,   wh ile  th FC   lay er   m ap s   th lear n ed   tem p o r al  r ep r esen tatio n s   to   Qo o u tp u ts .   T h m o d el  s u p p o r ts   b o th   r eg r ess io n   an d   class if icatio n   task s ,   d ep e n d in g   o n   th o p tim izatio n   o b jectiv e ( i)   r e g r ess io n p r e d ictio n   o f   co n tin u o u s   Qo in d icato r s   s u c h   as   ex p ec t ed   laten cy   o r   b an d wid th   d e m an d ,   a n d   ( ii)   c lass if icatio n p r ed ictio n   o f   d is cr ete  r o u tin g   o r   p r io r ity   class es ( e. g . ,   lo w - laten cy   p at h ,   h ig h - th r o u g h p u p ath ) .   Du r in g   d e p lo y m e n t,  th p r e d icted   o u tp u ts   ar tr an s lated   i n to   SDN  co n tr o ac tio n s .   Fo r   ex am p le,   p r ed icted   c o n g esti o n   o r   laten c y   escalatio n   tr ig g e r s   p r o ac tiv e   p ath   r ec o n f i g u r atio n ,   wh ile  b an d wid th   d em an d   p r ed ictio n s   g u id e   q u e u a n d   r ate - allo ca tio n   p o licies.   Fig u r e   1   illu s tr ates  th o v er all   s y s tem   ar ch itectu r e   o f   th e   L STM - en h an ce d   SDN  f r am e wo r k   f o r   p r e d ictiv Qo o p tim izatio n ,   s h o win g   th d ata  f lo f r o m   tr af f i c   co llectio n ,   f ea tu r e   ex tr ac tio n ,   L STM   p r o ce s s in g ,   an d   f in al  S DN  co n tr o l a ctio n   m ap p in g .           Fig u r 1 .   illu s tr ates th o v e r all  s y s tem   ar ch itectu r o f   t h L S T M - en h an ce d   SDN  f r am ewo r k   f o r   p r ed ictiv Qo S o p tim izatio n       2 . 3 .     T ra ini ng   env iro nm ent   T h n eu r al  n etwo r k   is   im p lem en ted   u s in g   th T en s o r Flo w/Ker as  f r am ewo r k   an d   in teg r ate d   with   th SDN  co n tr o ller   v ia  R E STf u l   API s .   T h e   co n t r o ller   p er io d ically   in v o k es  th e   p r e d ictio n   s er v ice,   f o r m in g   a   d ec is io n   lo o p   with   an   av er a g e   laten cy   o f   2 4   m s ,   wh ich   is   well  with in   SD co n tr o l - p lan tim in g   co n s tr ain ts .   T h Ad am   o p tim izer   is   u s ed   f o r   tr ain i n g   s tab ilit y .   C r o s s - en tr o p y   lo s s   is   em p lo y ed   f o r   class if icatio n   task s ,   wh ile  m ea n   s q u ar e d   er r o r   ( MS E )   is   u s ed   f o r   r eg r ess io n   task s .   T a b l e   1   s u m m a r i z es   t h e   t r ai n i n g   e n v i r o n m e n t   u s e d   f o r   t h e   n e u r a l   n e t w o r k - b as e d   SD N   Q o m o d e l .   K e y   p a r a m e t e r s   i n cl u d e   t h e   T e n s o r F l o w /K e r as   f r a m e w o r k ,   R E S T f u l   A P I   i n t e r f a ce   f o r   S D N   c o n t r o l l e r   i n t e g r a ti o n ,   A d a m   o p t i m i z e r ,   a n d   l o s s   f u n ct i o n s   ( c r o s s - e n t r o p y   f o r   c la s s i f ic a t i o n   a n d   MS E   f o r   r e g r e s s i o n ) .   T h e   c o n f i g u r a t i o n   e n s u r e s   h i g h   a c c u r a c y ,   l o w   c o m p u t a t i o n a l   o v e r h e a d ,   a n d   a d ap t a b i l i t y   t o   v a r y i n g   t r a f f i c   p a tt er n s .       T ab le  1 .   T r ai n in g   e n v ir o n m en t   co n f ig u r atio n   P a r a me t e r   C o n f i g u r a t i o n   F r a mew o r k   Te n s o r F l o w / K e r a s   C o n t r o l l e r   i n t e r f a c e   R ESTf u l   A P I   O p t i mi z e r   A d a m   Lo ss  f u n c t i o n   C r o ss - e n t r o p y   ( c l a ssi f i c a t i o n ) ,   M S ( r e g r e ss i o n )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 8 2 5 - 8 3 9   828   2 . 4 .     Da t a s et   des cr iptio n   T o   en s u r r e p r o d u cib ilit y   an d   o b jectiv b en c h m ar k in g ,   p u b licly   av ailab le  SDN  an d   n etw o r k   tr af f ic  d atasets   ar u s ed   f o r   tr ain in g   an d   ev alu atio n .   Pu b licly   av a ilab le  d atasets   ar u s ed   to   en s u r r ep r o d u cib ilit y   an d   o b jectiv b en ch m ar k in g .   T h ese  in cl u d e   UNSW - NB 1 5 ,   C I C - I DS2 0 1 7 ,   SDN - s p ec if ic  s er v ice  f u n ctio n   ch ain in g   b en c h m ar k s ,   a n d   T o N - I o T /Ed g e - I I o T   d atasets ,   w h ich   co llectiv ely   r ep r esen h e ter o g en eo u s   tr af f ic   s ce n ar io s   s u ch   as I o T ,   m u ltime d ia,   n o r m al,   an d   attac k   tr af f ic   ( T ab le  2 ) .   Fig u r 2   illu s tr ates  th p r o ce s s   o f   d ataset  p r e p ar atio n   f o r   SDN  Qo m o d elin g .   R aw  tr af f i f lo ws  ar co llected ,   clea n ed ,   n o r m alize d ,   an d   tr an s f o r m e d   in to   s tr u ctu r ed   f ea tu r v ec to r s .   L STM - co m p atib le  s eq u en ce s   ar g en er ated   u s in g   s lid in g   w in d o ws,  an d   Qo o u tco m es  a r lab el - en co d e d .   T h is   p ip elin en s u r es  tem p o r al  co n s is ten cy ,   n u m e r ical  s tab ilit y ,   an d   s u itab ilit y   f o r   n eu r al  n e two r k   in p u t.       T ab le  2 .   Data s et  d escr ip tio n   D a t a s e t   D e scri p t i o n   U N S W - N B 1 5   M o d e r n   a t t a c k   +   n o r m a l   t r a f f i c   C I C - I D S 2 0 1 7   H i g h - q u a l i t y   f l o w   d a t a   w i t h   Q o S   b e h a v i o r s   S D N - sp e c i f i c   f l o w   d a t a set   ( S F C   b e n c h mar k )   F o r   S D N   t r a f f i c   e n g i n e e r i n g   a n d   D L - b a s e d   r o u t i n g   To N - I o /   Ed g e - I I o T   I o T,   N F V ,   a n d   S D N   t e l e me t r y   s t r e a m s           Fig u r 2 .   illu s tr ates th d ataset  p r ep ar atio n   wo r k f lo f o r   SDN  Qo S m o d elin g       2 . 5 .     F e a t ure  ex t r a ct io n a nd   prepro ce s s i ng   R aw  tr af f ic  f lo ws  ar tr an s f o r m ed   in to   s tr u ctu r ed   f ea tu r v e cto r s .   E x tr ac ted   f ea tu r es  in clu d p ac k et  co u n t,  b y te  c o u n t,   f lo w   d u r atio n ,   in ter - ar r iv al  tim e ,   p r o to co ty p e,   p o r n u m b e r s ,   tr an s m is s io n   co n tr o l   p r o to co l   ( T C P )   win d o s ize,   an d   b an d wid th   c o n s u m p tio n .   T h ese  f ea tu r es  wer s elec te d   b ec au s th ey   ar e     ( i)   d ir ec tly   av ailab le  f r o m   SDN  f lo s tati s tics   an d   ( ii)  s tr o n g ly   c o r r elate d   with   Qo S   b eh av io r   in   p r io r   n etwo r k in g   s tu d ies.   Pre p r o ce s s in g   co n s is ts   o f   th f o llo win g   s tep s   ( T ab le  3 ) :     R em o v al  o f   co r r u p ted   o r   in co m p lete  en tr ies     M in m ax   n o r m aliza tio n ,   d ef in ed   as :     =   ( 1 )     wh er   is   th o r ig in al  f ea tu r v alu e,   an d     an d      d en o te  th m in im u m   a n d   m a x im u m   v alu es  o b s er v ed   in   th tr ain in g   s et .     Sli d in g - win d o s eq u e n ce   co n s tr u ctio n   f o r   L STM   co m p atib i lity .     L ab el  en co d i n g   o f   Qo S o u tc o m es.     C h r o n o lo g ical  p a r titi o n in g   in t o   tr ain in g   ( 7 0 %),   v alid atio n   ( 1 5 %),   an d   test in g   ( 1 5 %)  s ets.  C h r o n o lo g ical   s p litt in g   is   ap p lied   to   p r e v en d ata  leak ag an d   p r eser v tem p o r al  in teg r ity .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         N eu r a l n etw o r a p p r o a ch es fo r   q u a lity - of - s ervice  o p timiz a tio n   in   s o ftw a r e - d efin ed     ( Mu q a mu d d i n   Mu h ib )   829   T ab le  3 .   Featu r e   e x tr ac tio n   a n d   p r ep r o ce s s in g   s tep s   S t e p   D e scri p t i o n   D a t a   c l e a n i n g   R e m o v e   c o r r u p t e d ,   m i ss i n g ,   o r   i n c o m p l e t e   e n t r i e s   N o r mal i z a t i o n   A p p l y   mi n - ma x   s c a l i n g :   =       S e q u e n c e   c o n st r u c t i o n   U se  a   s l i d i n g - w i n d o w   a p p r o a c h   t o   g e n e r a t e   LST M - c o mp a t i b l e   se q u e n c e s   La b e l   e n c o d i n g   En c o d e   Q o S   o u t c o m e s a s   i n t e g e r   l a b e l s fo r   su p e r v i s e d   l e a r n i n g   D a t a s e t   s p l i t   P a r t i t i o n   d a t a   i n t o   t r a i n i n g   ( 7 0 %),   v a l i d a t i o n   ( 1 5 %),   a n d   t e st i n g   ( 1 5 %) s e t s       2 . 6 .     M o del t ra ini ng   a nd   o pti m iza t io n   Mo d el  tr ain in g   is   co n d u cted   in   g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n it  ( GPU) - ac ce ler ated   e n v ir o n m en t.  T o   im p r o v g e n er aliza tio n   an d   co n v er g e n ce   s tab ilit y ,   ea r ly   s to p p in g ,   lear n in g - r ate  d ec ay ,   d r o p o u r eg u la r izatio n ,   an d   L 2   p e n alties  ar ap p lied .   B atch   s izes  ar tu n ed   in   th e   r an g o f   3 2 1 2 8 .   Key   h y p e r p a r am eter s   in clu d in g   th n u m b er   o f   L STM   u n its ,   s eq u en ce   le n g th ,   lear n in g   r ate,   d r o p o u r ate,   an d   b atc h   s ize  ar o p tim ized   u s in g   g r id   s ea r ch   f o llo wed   b y   B ay esian   o p tim izatio n .   Per f o r m a n ce   r o b u s tn ess   is   as s ess ed   ac r o s s   m u ltip le  tr af f ic  win d o ws.     2 . 7 .     M o del  s elec t io n r a t io na l a nd   im plem ent a t io n sa f eg u a rds   Alth o u g h   alter n ativ tem p o r al   m o d els  s u ch   as  g ated   r ec u r r e n u n its   ( GR Us ) tem p o r al  co n v o lu tio n al   n etwo r k s   ( T C Ns),   an d   T r a n s f o r m er s   wer e   co n s id er ed ,   th e   L STM   ar ch itectu r e   was  s elec ted   b ased   o n   its   b alan ce d   tr a d e - o f f   b etwe en   t em p o r al  m o d elin g   ac cu r ac y ,   in f er en ce   laten cy ,   a n d   co n tr o ller   o v er h ea d .   Pil o t   co m p ar ativ e   r esu lts   ar e   p r o v id ed ,   wh e r L STM   d em o n s tr ates  s u p er io r   s u itab ilit y   f o r   SDN  co n tr o l - p la n e   d ep lo y m e n t.  T r an s f o r m er - b a s ed   m o d els  ex h ib ited   h ig h e r   in f er en ce   laten cy ,   wh ic h   v io lates  r ea l - tim e   ap p licab ilit y   co n s tr ain ts ,   wh ile  GR Us  s h o wed   s lig h tly   lo we r   ac cu r ac y   u n d er   h eter o g en e o u s   tr af f ic  c o n d itio n s .   T o   p r ev en d ata  leak a g e,   all  d atasets   ar p ar titi o n ed   ch r o n o l o g ically ,   an d   s lid in g   win d o ws   ar ap p lied   s tr ictly   with in   ea ch   p ar titi o n .   T im estam p   au d its   co n f ir m   th a b s en ce   o f   lo o k - ah ea d   b ias.     2 . 8 .     Ra t io na le  f o r   s elec t ing   L S T M   T o   s u b s tan tiate  th is   ch o ice,   we  co n d u cted   p ilo ex p er im e n ts   o n   a   m ix e d - tr af f ic  s u b s et   o f   C I C - I DS2 0 1 7   an d   T o N - I o T ,   co m p r is in g   1 0 , 0 0 0   tem p o r al  s eq u en ce s .   T ab le  4   s u m m ar izes  th co m p ar ativ r esu lts .   T ab le  4   p r esen ts   co m p ar ativ an aly s is   o f   s ev er al  tem p o r al  ar ch itectu r es  ev alu ated   o v e r   f iv ex p er im en tal   r u n s ,   h ig h lig h tin g   k ey   p er f o r m an ce   m etr ics  s u ch   as  ac cu r ac y ,   1 - s co r e,   in f er e n ce   laten c y ,   p ar am eter   co u n t,   an d   co n tr o ller   o v er h ea d .   T h e   r esu lts   in d icate   th at  wh ile   th GR m o d el  o f f er s   s lig h tl y   lo wer   i n f er en ce   laten cy   ( 1 . 9   m s )   an d   r ed u ce d   p ar am eter   c o u n ( 0 . 3 3   M) ,   i s u f f er s   1 . 2 d r o p   in   ac c u r ac y   co m p ar e d   to   L STM ,   wh ich   m ay   b cr itical   f o r   Qo S - s en s itiv s ce n ar io s   wh er m is class if icatio n s   ca n   tr ig g er   u n n ec ess ar y   r er o u tin g   o r   s er v ice  d e g r ad at io n .   T C m o d els,  d esp ite  m ain tain in g   s tab le  p er f o r m an c u n d er   s tatio n ar y   tr af f ic  co n d itio n s ,   d em o n s tr at lim ited   r esp o n s iv en ess   to   b u r s ty   I o T   wo r k l o ad s   d u to   t h eir   f ix ed   r ec e p tiv f ield   d esig n .   T h T r an s f o r m e r   ar ch itectu r e ,   alth o u g h   co m p etitiv in   ac cu r ac y   ( 9 2 . 6 %),   i n cu r s   s u b s tan tially   h ig h er   in f er en ce   laten c y   ( 1 4 . 8   m s )   an d   c o n tr o ller   o v er h ea d   ( 1 8 . 2 %),   ex ce e d in g   ty p ical  SDN  co n tr o l - p lan e   tim in g   co n s tr ain ts   o f   5 1 0   m s   an d   r aisi n g   s ca lab ilit y   co n ce r n s   lin k ed   to   its   q u ad r atic  atten tio n   m ec h a n is m .   I n   co n tr ast,  th L STM   ( 2 ×1 2 8 +FC )   m o d el  p r o v id es  th m o s b alan ce d   p er f o r m an ce ,   a ch iev in g   n ea r - p ea k   ac cu r ac y   ( 9 4 . 3 %)  with   s u b - 3   m s   laten cy   an d   co n tr o ller   o v er h ea d   b elo 9 %,  alig n in g   cl o s ely   with   o p er atio n al   r eq u ir em e n ts   in   SDN  en v ir o n m en ts   as r ep o r ted   i n   co n tem p o r ar y   s tu d ies.       T ab le  4 .   C o m p a r is o n   o f   tem p o r al  ar ch itectu r e   ( m ea n in g   5   r u n s )   M o d e l   A c c u r a c y   ( %)   1 - sc o r e   I n f e r e n c e   l a t e n c y   ( ms)   P a r a me t e r s ( M )   C o n t r o l l e r   o v e r h e a d   ( %)   LSTM   ( 2 × 1 2 8 F C )   9 4 . 3   3 . 9   2 . 1   0 . 4 1   8 . 3   G R U   ( 2 × 1 2 8 +   F C )   9 3 . 1   2 . 7   1 . 9   0 . 3 3   7 . 8   TC N   ( 3   l a y e r s,  k = 7 )   9 1 . 8   0 . 5   3 . 4   0 . 5 2   9 . 7   Tr a n sf o r mer ( 2 - l a y e r )   9 2 . 6   2 . 0   1 4 . 8   1 . 7 3   1 8 . 2       2 . 9 .     Sa f eg ua rds   a g a ins t   da t a   lea k a g a nd   a da pta bil it y   T o   p r ev en t d ata  leak a g an d   e n s u r m eth o d o lo g ical  r ig o r ,   al l d atasets   ar p ar titi o n ed   ch r o n o lo g ically   r ath er   th a n   r a n d o m l y .   T r ai n in g ,   v alid atio n ,   an d   test in g   s ets  ar d er iv e d   f r o m   n o n - o v e r lap p in g   tim win d o ws,  an d   s lid in g   win d o ws ar ap p li ed   s tr ictly   with in   ea ch   p ar titi o n .   T im estam p   au d its   co n f ir m   t h ab s en ce   o f   lo o k - ah ea d   b ias.   T o   m ain tain   r o b u s tn ess   u n d er   ev o lv in g   tr af f ic  co n d itio n s ,   an   ex p o n en ti al  m o v in g   av er a g e   ( E MA ) b ased   o n lin n o r m ali za tio n   s ch em is   em p lo y ed   d u r in g   d e p lo y m e n t.  T h is   ap p r o ac h   en ab les  g r ad u al   ad ap tatio n   to   tr af f ic   d is tr ib u ti o n   s h if ts   wh ile  lim itin g   d r if t.  Stre s s   test in g   u s in g   in jecte d   o u tlier   tr af f ic  s h o ws  m in im al  p er f o r m an ce   d eg r a d a tio n   co m p a r ed   to   s tatic  n o r m al izatio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 8 2 5 - 8 3 9   830   2 . 1 0 .     O nli ne  no rm a liza t io a nd   a da pta bil it y   T o   m ain tain   r o b u s tn ess   u n d e r   ev o lv i n g   tr a f f ic  d is tr ib u tio n s ,   an   E MA b ased   o n lin n o r m aliza tio n   s ch em is   ap p lied   d u r in g   d ep lo y m en t.  Un lik s tatic  m in m ax   s ca lin g ,   th is   ap p r o ac h   en ab les  g r ad u al   ad ap tatio n   to   tr af f ic  s h if ts   wh ile  lim itin g   d is tr ib u tio n   d r if t.  S tr ess   test in g   with   in jecte d   o u tlier   tr af f ic  r esu lted   in   m in im al  p er f o r m a n ce   d e g r a d atio n ,   d e m o n s tr atin g   a d ap tab ilit y   u n d er   r ea lis tic  co n d itio n s .     2 . 1 1 .     E v a lua t io m e t rics   Mo d el  p er f o r m an ce   is   ev alu a ted   at  b o th   p r ed ictio n   a n d   n e two r k   lev els.  Pre d ictio n   p er f o r m an ce   is   ass es s ed   u s in g   class if icatio n   m etr ics  ( ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   r ec ei v er   o p e r atin g   ch ar ac te r is tic   ( R OC ) - ar ea   u n d er   th e   cu r v e   ( AUC ) )   an d   r eg r ess io n   m etr i cs  ( MSE ,   m ea n   ab s o lu te  er r o r   ( MA E ) ,   an d   ) .   Netwo r k - lev el  p e r f o r m an ce   i s   ev alu ated   u s in g   en d - to - e n d   laten cy   im p r o v em en t,  t h r o u g h p u t   en h a n ce m en t,   p ac k et  lo s s   r atio ,   p ath   s etu p   tim e,   an d   c o n tr o ller   o v er h ea d   ( T ab le  5 ) .   T o g eth er ,   t h ese  m etr ics  p r o v id co m p r eh en s iv ass ess m en o f   Qo ef f ec tiv en ess ,   co n tr o ller   ef f icien cy ,   an d   s y s tem - lev el  im p ac t.   T ab le  5   p r esen ts   th m etr ics  u s ed   to   ev alu ate  m o d el  p er f o r m an ce   at  b o th   Qo p r ed ictio n   an d   n etwo r k   p er f o r m an ce   lev els.  C lass if icatio n   m etr ics  in clu d e   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   co n f u s io n   m atr ix ,   a n d   R OC - AU C .   R eg r es s io n   m etr ics  in clu d MSE ,   MA E ,   an d   R ².   Netwo r k - lev el   m etr ics ass es s   laten cy ,   th r o u g h p u t,  p ac k et  lo s s ,   p ath   s etu p   ti m e,   an d   c o n tr o o v er h ea d .       T ab le  5 .   E v alu atio n   m et r ics   M e t r i c   t y p e   M e t r i c   P u r p o se   C l a s si f i c a t i o n   A c c u r a c y   O v e r a l l   c o r r e c t n e s s     P r e c i s i o n   P r e d i c t i o n   q u a l i t y     R e c a l l   S e n s i t i v i t y     F1 - sc o r e   B a l a n c e d   m e t r i c     C o n f u s i o n   m a t r i x   C l a s d i s t r i b u t i o n     R O C - AUC   D i scri m i n a t i o n   a b i l i t y   R e g r e ssi o n   M S E   P e n a l i z e s   l a r g e   e r r o r s     M A E   M e a su r e s a b s o l u t e   d e v i a t i o n s     R ²  s c o r e   V a r i a n c e   e x p l a n a t i o n   N e t w o r k - l e v e l   En d - to - e n d   l a t e n c y   i m p r o v e m e n t   ( %)   Q o S   e n h a n c e me n t     Th r o u g h p u t   e n h a n c e m e n t   ( %)   Ef f i c i e n c y   g a i n     P a c k e t   l o ss ra t i o   R e l i a b i l i t y     P a t h   se t u p   t i m e   R o u t i n g   e f f i c i e n c y     C o n t r o l l e r   o v e r h e a d   S D N   p e r f o r m a n c e   i m p a c t       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   3 . 1 .     SDN  t estbed  c o nfig ura t i o n   T h ex p er im e n tal  s etu p   was  i m p lem en ted   o n   co n tr o lled   S DN  test b ed   d esig n ed   to   s im u l ate  r ea lis tic   n etwo r k   en v i r o n m e n ts   f o r   ev alu atin g   Qo o p tim izatio n   te ch n iq u es.  T h test b ed   co n s is ted   o f   Op en Flo w - en ab led   s witch es c o n n ec ted   to   ce n tr al  SDN  co n tr o ller ,   im p lem en ted   o n   h ig h - p er f o r m an ce   s er v er   eq u ip p ed   with   an   NVI DI GPU   to   ac ce ler ate  L STM   m o d el  tr ain in g .   Ho s ts   in   th n etwo r k   g en er ated   m ix ed   tr af f i c   p atter n s ,   in clu d i n g   h y p er te x tr an s f er   p r o to c o l   ( HT T P ) v o ice  o v er   in ter n et  p r o to co l   ( Vo I P ) ,   a n d   v id e o   s tr ea m in g   f lo ws,  to   em u late  r e al - wo r ld   n etwo r k   co n d itio n s .   Key   co m p o n en ts   o f   t h test b ed   in clu d e d :     SDN  C o n tr o ller : O NOS  an d   R y u   p latf o r m s   wer u s ed   f o r   r u l en f o r ce m en t a n d   f lo m o n it o r in g .     Switch es: Op en   v Switch   ( OVS)   in s tan ce s   im p lem en ted   o n   v ir tu alize d   m ac h in es.     T r af f ic  Gen er atio n iPer f   a n d   cu s to m   Py th o n   s cr ip ts   g en er ated   v ar iab le  tr af f ic  lo a d s   to   s im u late  b o th   n o r m al  an d   co n g ested   n etwo r k   s ce n ar io s .     Mo n ito r in g   T o o ls : Wi r esh ar k   an d   th co n tr o ller s   No r th b o u n d   API   co llected   p ac k et - lev el  s tatis t ics,  s u ch   as f lo d u r atio n ,   in ter ar r iv al  tim es,  b an d wid th   u s ag e,   an d   p a ck et  lo s s .   T h test b ed   s u p p o r ted   d y n am ic  ev alu atio n   o f   m o d el  p r ed ic tio n s ,   en ab lin g   r ea l - tim co m p ar is o n   o f   s tatic  r o u tin g ,   s u p p o r v ec t o r   m ac h in es  ( SVM ) - b ased   r o u t in g ,   an d   L STM - b ased   Qo o p tim izatio n .   T h is   d esig n   en s u r ed   r ep r o d u cib ilit y   an d   s ca lab ilit y   f o r   v ar io u s   tr af f ic  lo ad s   an d   n etwo r k   t o p o lo g ies.   Fig u r 3   illu s tr ates  th en d - to - en d   wo r k f lo o f   th p r o p o s ed   L STM - b ased   Qo p r e d ictio n   a n d   S DN  co n tr o s y s tem .   Netwo r k   tr af f ic   d ata  is   c o llected   f r o m   th e   d ata  p lan e,   e n co m p ass in g   f ea tu r es  s u ch   as  p ac k et  co u n t,  f lo w   d u r atio n ,   in ter ar r i v al  tim es,  T C win d o s ize,   an d   p r o t o co in f o r m atio n .   T h f ea tu r ex tr ac to r   m o d u le  tr an s f o r m s   r aw  tr a f f ic  in to   s tr u ctu r ed   v ec to r s   s u itab le  f o r   n e u r al  n etwo r k   in p u t.  Pre p r o ce s s ed   f ea tu r es  ar f ed   in to   an   L STM   n etwo r k ,   wh ic h   ca p tu r es  tem p o r al   p atter n s   an d   d e p en d e n cies  in   tr a f f ic  f l o ws  to   p r e d ict  Qo S   p ar am eter s   s u ch   as late n cy ,   t h r o u g h p u t,  o r   o p tim al  r o u tin g   p ath s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         N eu r a l n etw o r a p p r o a ch es fo r   q u a lity - of - s ervice  o p timiz a tio n   in   s o ftw a r e - d efin ed     ( Mu q a mu d d i n   Mu h ib )   831   T h SDN  co n t r o ller   r ec eiv es  th ese  p r e d ictio n s   v ia   th e   s o u th b o u n d   API   an d   d y n am ical ly   u p d ates   f lo r u les  o n   n etwo r k   d ev ice s ,   cr ea tin g   clo s ed - lo o p   s y s tem   th at  co n tin u o u s ly   ad ap ts   to   ch an g in g   n etwo r k   co n d itio n s .   T h is   in teg r atio n   h ig h lig h ts   th e   p r ed ictiv e   an d   a d ap tiv ca p ab ilit ies  o f   t h f r a m ewo r k ,   en s u r in g   ef f icien t tr af f ic  r o u tin g   an d   r eso u r ce   allo ca tio n   in   r ea l - tim e.           Fig u r 3 .   L STM - b ased   Qo p r ed ictio n   wo r k f lo w       3 . 2 .     SDN  t estbed  co nfig ura t i o n   T h ex p er im en ts   wer c o n d u cted   o n   co n tr o lled   SDN  test b ed   co n s is tin g   o f   Op en Flo w - en ab led   s witch es  an d   ONO S/ R y u   co n tr o ller s   r u n n in g   o n   GPU - eq u ip p e d   s er v er .   Ho s ts   g en er ated   h eter o g en e o u s   tr af f ic,   in clu d i n g   HT T P,  Vo I P,  m u ltime d ia  s tr ea m in g ,   a n d   I o T   f lo ws.  W ir esh ar k   a n d   c o n tr o ller   API s   wer e   u s ed   to   co llect  f lo s tatis tics .   T h is   s etu p   s u p p o r ts   r ea l - tim ev alu atio n   o f   s tatic  r o u tin g ,   SVM - b ased   ad ap tiv e   r o u tin g ,   an d   L STM - b ased   p r e d ictiv r o u tin g ,   en a b lin g   r e p r o d u cib ilit y   an d   s ca lab ilit y   ac r o s s   tr af f ic  s ce n ar io s .     3 . 3 .     P er f o r m a nce  m e t rics e v a lua t io n   T o   ass ess   th ef f ec tiv en ess   o f   th L STM - b ased   Qo p r e d ictio n ,   s ev er al  p er f o r m a n ce   m et r ics  wer ev alu ated   at  b o th   th m o d el  an d   n etwo r k   lev els.  T h ese  m etr ics  p r o v id ed   in s ig h ts   in to   p r ed ictiv ac cu r ac y ,   tr af f ic  m an ag e m en t e f f icien cy ,   an d   o v er all  n etwo r k   p e r f o r m an ce .   T ab le  6   p r o v id es  an   o v er all  c o m p ar is o n   ac r o s s   all  tr af f ic  f lo ws,  h ig h lig h tin g   h o th L S T M - b ased   p r ed ictiv r o u tin g   o u tp er f o r m s   s tatic  an d   SV M - b ased   ap p r o ac h es.  C lass if icat io n   m etr ics  s h o th at  L STM   ac h iev es 9 4 . 3 % a cc u r ac y   an d   0 . 9 3 9   F1 - s co r e,   d em o n s tr atin g   its   s tr o n g   tr af f ic  s tate  d is cr im in atio n .   R eg r ess io n   m etr ics  ( MSE ,   MA E ,   R ²)   co n f ir m   L STM s   s u p er io r   ab ilit y   to   p r ed ict  Qo p ar am eter s   ac cu r ately .   At  th n etwo r k   lev el,   laten cy   is   r e d u ce d   b y   m o r e   th an   5 0 %,  th r o u g h p u i m p r o v es  b y   o v e r   5 0 %,  an d   p ac k et  lo s s   is   m in im ized ,   all  wh ile  k ee p in g   co n tr o ller   o v er h ea d   lo ( 8 . 3 % ) .   T h is   tab le  s u m m ar izes a g g r eg ated   p er f o r m an ce   f o r   th e n tire   n etwo r k ,   s er v in g   as th b aselin ev alu atio n .       T ab le  6 .   C o m p r eh en s iv e   p er f o r m an ce   co m p ar is o n   o f   s tatic  r o u tin g ,   SVM - b ased   a d ap tiv r o u tin g ,   a n d   L STM - b ased   p r ed ictiv r o u tin g   M e t r i c   c a t e g o r y   M e t r i c   S t a t i c   r o u t i n g   S V M   LSTM   ( o u r s)   I mp r o v e m e n t   v s.   s t a t i c   ( %)   C l a s si f i c a t i o n   A c c u r a c y   ( %)   7 8 . 2   8 5 . 6   9 4 . 3   + 1 6 . 1     P r e c i s i o n   ( %)   7 6 . 5   8 4 . 1   9 3 . 7   + 1 7 . 2     R e c a l l   ( %)   7 7 . 0   8 5 . 0   9 4 . 1   + 1 7 . 1     F1 - sc o r e   0 . 7 6 7   0 . 8 4 5   0 . 9 3 9   + 2 2 . 4     R O C - AUC   0 . 8 1   0 . 8 9   0 . 9 6   + 1 8 . 5   R e g r e ssi o n   M S E       0 . 0 1 2   0 . 0 0 4   6 6 . 7     M A E       0 . 0 8 9   0 . 0 3 2   6 4 . 0           0 . 8 7   0 . 9 5   + 9 . 2   N e t w o r k - l e v e l   La t e n c y   ( ms)   1 4 5 . 7   1 0 2 . 3   6 7 . 4   5 3 . 7     Th r o u g h p u t   ( M b p s)   8 5 0   1 0 2 5   1 2 8 0   + 5 0 . 6     P a c k e t   l o ss (%)   3 . 4   2 . 1   0 . 8   7 6 . 5     P a t h   se t u p   t i m e   ( ms)   1 8 . 7   1 4 . 5   9 . 2   5 0 . 8     C o n t r o l l e r   o v e r h e a d   ( %)   1 2 . 5   1 0 . 1   8 . 3       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 8 2 5 - 8 3 9   832   Fig u r 4   v is u alize s   r eg r ess io n   m etr ics  ( MSE ,   MA E ,   R 2 ) ,   h i g h lig h tin g   L STM s   s u p er io r   p r ed ictiv e   ac cu r ac y   co m p a r ed   to   SVM.   Hig h   R ²  v alu es   in d icate   t h at  L STM   ef f ec tiv ely   ca p tu r es   tr a f f ic  v a r ian ce ,   w h ich   is   cr u cial  f o r   o p tim izin g   laten cy   an d   th r o u g h p u t.   T h L ST m o d el  ac h iev e d   s ig n if ican t ly   lo wer   MSE   an d   MA E   co m p ar ed   to   SVM,   in d icatin g   m o r p r ec is Qo p r ed ictio n .   Hig h   R ²  v alu es  co n f ir m   th at  L STM   ca p tu r es  v ar ia n ce   in   n etwo r k   tr af f ic  b etter   th an   s tatic  o r   S VM   ap p r o ac h es,  wh ich   is   cr itical  f o r   laten c y   a n d   th r o u g h p u o p tim izatio n .           Fig u r 4 .   R eg r ess io n   m etr ics  f o r   Qo p r e d ictio n       3 . 4 .     Co m pa ra t iv a na ly s is s t a t ic  v s .   SVM   v s .   L ST M   Fig u r e   5   p r esen ts   c o m p ar ati v ev alu atio n   o f   s tatic  r o u tin g ,   SVM - b ased   r o u tin g ,   an d   L S T M - b ased   p r ed ictiv r o u tin g   in   th e   SDN  en v ir o n m en t.   Static  r o u tin g   r elies  o n   p r e d ef in ed   p ath s ,   wh i ch   d o   n o t   ad ap t o   ch an g in g   tr af f ic   co n d itio n s ,   r esu ltin g   in   lo wer   ac cu r ac y   an d   h ig h er   laten cy .   SVM  in tr o d u ce s   lim ited   ad ap tab ilit y   b y   lear n in g   n o n li n ea r   r elatio n s h ip s   b etwe en   tr af f ic  f ea tu r es  an d   Qo o u tco m es;  h o wev er ,   it  lack s   tem p o r al  m o d elin g ,   w h ich   r est r icts   its   p er f o r m an ce   u n d er   d y n am ic  tr af f ic  p atter n s .           Fig u r 5 .   C o m p a r ativ n etwo r k - lev el  p er f o r m a n ce : static ,   SVM  an d   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   f r am ewo r k   ( L STM F )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         N eu r a l n etw o r a p p r o a ch es fo r   q u a lity - of - s ervice  o p timiz a tio n   in   s o ftw a r e - d efin ed     ( Mu q a mu d d i n   Mu h ib )   833   T h L STM - b ased   r o u tin g   a p p r o ac h   d em o n s tr ates  s u p er io r   p er f o r m a n ce   ac r o s s   all  m etr ics.  I ts   ab ilit y   to   ca p tu r tem p o r al  d e p en d en cies  allo ws  f o r   p r ed ictiv e   Qo m an ag em en t,   en ab lin g   th co n t r o ller   t o   p r o ac tiv ely   r er o u te   f lo ws  b ef o r co n g esti o n   o cc u r s .   T h is   r esu lts   in   1 6 . 1 im p r o v em e n in   ac cu r ac y   o v er   s tatic  r o u tin g   a n d   a n   8 . 7 i m p r o v e m en o v er   SVM.   E n d - to - en d   laten c y   is   r ed u ce d   b y   m o r t h an   5 0 co m p ar ed   to   s tatic  r o u tin g ,   a n d   th r o u g h p u t   in cr ea s es  b y   o v e r   2 5 %   r elativ to   SVM.   Pack e lo s s   is   m in im ized   to   0 . 8 %,  r e f lectin g   e f f icien t   co n g esti o n   a v o id an ce ,   wh i le  co n tr o ller   o v er h ea d   r em a in s   lo at   8 . 3 %,   co n f ir m in g   th m o d el’ s   p r ac tical  d ep lo y   ab ilit y .   Ov er all,   L STM - b ased   r o u tin g   s ig n if i ca n tly   o u tp e r f o r m s   co n v en tio n al  an d   SVM  m eth o d s ,   p r o v id in g   b o th   p r e d ictiv in tellig en ce   an d   ef f icien SDN  r eso u r ce   m an ag em en t.   Fig u r es  5   an d   6   p r esen t h n etwo r k - lev el  c o m p ar is o n   o f   s tatic  r o u tin g ,   SVM - b ased   r o u tin g ,   an d   L STM - b ased   p r ed ictiv r o u ti n g .   Static  r o u tin g ,   r ely in g   o n   p r ed ef in e d   p ath s ,   e x h ib its   th h ig h est  laten cy   an d   lo west  th r o u g h p u t,  wh ile  S VM   p r o v id es  m o d er ate  im p r o v em e n b y   m o d elin g   n o n lin ea r   tr af f ic - Q o r elatio n s h ip s   b u t la ck s   tem p o r al  awa r en ess .   T h L STM - b ased   ap p r o ac h   co n s is ten tly   o u tp er f o r m s   b o th   alter n ativ es:     Pre d ictiv in tellig en ce : te m p o r al  m o d elin g   allo ws p r o ac tiv r er o u tin g   b ef o r co n g esti o n   o c cu r s .     Per f o r m an ce   g ain s a cc u r ac y   im p r o v es  b y   1 6 . 1 o v er   s t atic  r o u tin g   a n d   8 . 7 o v er   SVM;  laten cy   d ec r ea s es b y   m o r th an   5 0 %,  an d   th r o u g h p u t r is es ~2 5 % a b o v SVM.     E f f icien cy p ac k et   lo s s   is   m in im ized ,   p ath   s etu p   tim es  ar r e d u ce d ,   an d   co n tr o ller   o v er h ea d   r em ain s   lo at  8 . 3 %,  en s u r in g   p r a ctica l d e p lo y ab ilit y .   Fig u r 6   co m p ar es  n etwo r k - l ev el  p er f o r m a n ce   f o r   s tatic  r o u tin g ,   SVM - b ased   r o u tin g ,   a n d   L STM - b ased   p r ed ictiv r o u ti n g   in   th SDN  en v ir o n m en t.  Static  r o u tin g   ex h ib its   th h ig h est  laten cy   an d   lo west  th r o u g h p u t   b ec au s it  r elies  o n   p r e - d ef in e d   p ath s   t h at  ca n n o ad ju s to   r ea l - tim n etwo r k   co n d itio n s .   SVM - b ased   r o u tin g   p r o v id es  m o d er ate  im p r o v em en ts   b y   lear n in g   n o n - lin ea r   tr af f ic - Q o r elatio n s h ip s   b u lack s   th e   tem p o r al  m o d elin g   n ec ess ar y   f o r   p r ed ictiv f lo m an ag em e n t.   T h L STM - b ased   ap p r o ac h   co n s is ten tly   o u tp er f o r m s   b o th   alt er n ativ es  ac r o s s   all  n etwo r k   m etr ics.  I ts   p r ed ictiv ca p a b ilit y   allo ws  p r o ac tiv r er o u tin g ,   r ed u ci n g   e n d - to - en d   laten cy   b y   m o r t h an   5 0 co m p ar ed   t o   s tatic  r o u tin g   an d   ac h iev in g   th r o u g h p u g ain s   o f   ~2 5 o v er   SVM.   Pack et  lo s s   is   m in im ized   to   0 . 8 %,  r ef lectin g   ef f icien co n g esti o n   av o id an ce .   Fas ter   p ath   s etu p   tim es  f u r th er   im p r o v r o u t in g   ef f icien cy ,   a n d   co n tr o ller   o v er h ea d   r em ai n s   lo w,   d em o n s tr atin g   p r ac tical   d ep lo y a b ilit y .   T h ese  r esu lts   h ig h lig h L STM s   s tr en g th   in   co m b in in g   tem p o r al  s eq u en ce   m o d elin g   with   r e al - tim SDN  co n tr o to   o p tim ize  Qo S,  m ak in g   it   h ig h ly   s u itab le  f o r   d y n am ic,   h eter o g en eo u s   n etwo r k   en v ir o n m en ts .           Fig u r 6 .   Netwo r k - lev el  p e r f o r m an ce   co m p ar is o n : static,  SVM,   an d   L STM   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 8 2 5 - 8 3 9   834   3 . 5 .     P er - t ra f f ic - t y pe  a na ly s is   T ab le  7   f o cu s es  o n   p er - tr a f f ic - ty p an al y s is ,   s h o win g   h o th L STM - b ased   r o u tin g   h an d les  h eter o g en e o u s   f lo ws  in d i v id u ally .   Vo I f lo ws,  wh ich   a r d elay - s en s itiv e,   ac h iev e   th h ig h est  laten cy   r ed u ctio n   ( 5 5 . 1 %)  a n d   th r o u g h p u im p r o v em en ( 5 2 . 3 %),   w h ile  m u ltime d ia  tr af f ic  b en ef it s   f r o m   b an d wid th - awa r p r ea llo ca tio n ,   r e d u cin g   laten cy   b y   5 3 . 8 an d   in cr ea s in g   th r o u g h p u b y   5 0 . 5 %.  HT T an d   I o T   f lo ws   also   d em o n s tr ate  co n s is ten im p r o v e m en ts ,   m ain tain in g   p a ck et  lo s s   b elo 1 %.  T h is   T ab le   7   co m p lem e n ts   T ab le  6   b y   p r o v i d in g   tr a f f ic - s p ec if ic  in s ig h ts ,   h ig h lig h tin g   th f r am ew o r k s   ca p ab ilit y   t o   ad ap t o   d iv e r s f lo ch ar ac ter is tics   r ath er   th a n   ag g r e g ated   av e r ag es.       T ab le  7 .   Per - tr a f f ic - ty p e   Qo p er f o r m an ce   ( L STM - b ased   r o u tin g )   Tr a f f i c   t y p e   La t e n c y   r e d u c t i o n   ( %)   Th r o u g h p u t   i n c r e a se   ( %)   P a c k e t   l o ss   ( %)   H TTP   5 1 . 2   4 8 . 7   0 . 9   V o I P   5 5 . 1   5 2 . 3   0 . 7   M u l t i me d i a   5 3 . 8   5 0 . 5   0 . 8   I o T   5 0 . 3   4 9 . 8   1 . 0       3 . 6 .     Vis ua liza t io o f   t hro ug hp ut  a nd   la t ency   Fig u r 7   p r esen ts   d u al - ax is   co m p ar is o n   o f   th r o u g h p u ( Mb p s ,   s h o wn   as  b ar s )   an d   laten cy   ( m s ,   s h o wn   as  a   lin e)   f o r   th r ee   r o u tin g   ap p r o ac h es  in   t h SDN  e n v ir o n m en t:  Static  r o u tin g ,   S VM - b ased   ad ap tiv e   r o u tin g ,   an d   L STM - b ased   p r ed ictiv r o u tin g .   T h e   r esu lts   d em o n s tr ate  clea r   p er f o r m a n ce   h ier ar c h y .   T h e   L STM - b ased   m eth o d   ac h iev e s   th h ig h est  th r o u g h p u at  1 2 8 0   Mb p s ,   r e p r esen tin g   s ig n i f ican in cr ea s o v er   b o th   th e   SVM  ( 1 0 2 5   Mb p s )   an d   Static  ( 8 5 0   Mb p s )   b aselin es.  C o n cu r r e n tly ,   L STM   m a in tain s   th lo west  av er ag laten c y   at  6 7 . 4   m s ,   in   s tar k   co n tr ast  to   th h ig h er   laten cies  o f   SVM  ( 1 0 2 . 3   m s )   an d   Static  r o u tin g   ( 1 4 5 . 7   m s ) .   T h is   in v er s r elat io n s h ip   wh er h ig h er   th r o u g h p u co in cid es  with   lo wer   laten cy   f o r   th L STM   ap p r o ac h   u n d er s co r es  th e f f i cien cy   o f   p r ed ictiv e   in tellig en ce .   W h ile  s tatic  r o u tin g   s u f f er s   f r o m   co n g esti o n   d u to   n o n - ad ap tiv p ath s ,   a n d   SVM  o f f e r s   m o d er ate   im p r o v em e n b y   r ea ctin g   to   cu r r en co n d itio n s ,   th L STM   m o d el' s   ab ilit y   to   f o r e ca s tr af f ic  p atter n s   en ab les  p r o ac tiv lo ad   b alan cin g .   T h is   p r ee m p tiv e   ac tio n   p r ev en ts   q u eu e   b u ild u p ,   th er eb y   s im u ltan e o u s ly   m a x i m izin g   lin k   u tili za tio n   ( h ig h   th r o u g h p u t)   an d   m in im izin g   p ac k et  q u eu in g   d elay s   ( lo laten cy ) .   T h v is u aliza tio n   co n cr etely   v alid ates  th co r th esis   th at   n eu r al  n etwo r k - d r iv en   p r e d ic tiv co n tr o o p tim izes  m u ltip le,   o f te n   co m p etin g ,   Qo m etr ics  in   tan d em ,   lead in g   to   s u p er io r   o v er all  n etwo r k   s tate  co m p ar e d   to   co n v en tio n al  o r   s h allo lear n in g   te ch n iq u es.           Fig u r 7 .   T h r o u g h p u an d   laten cy   p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   f o r   s tatic ,   SVM,   an d   L STM - b a s ed   r o u tin g   ap p r o ac h es       3 . 7 .     Abla t io s t ud y ,   g ener a li za t io n,  a nd   s t a t is t ica l r o bu s t nes s   T o   r ig o r o u s ly   v alid ate   th e   r el iab ilit y ,   r o b u s tn ess ,   an d   d e p lo y ab ilit y   o f   th p r o p o s ed   L STM - b ased   Qo o p tim izatio n   f r am ew o r k ,   we  co n d u cte d   a   co m p r eh en s iv ev alu atio n   alo n g   f iv e   d im en s io n s s tatis tical   s ig n if ican ce ,   h y p e r p ar am eter   ab latio n ,   to p o lo g y   g en e r aliza tio n ,   r esil ien ce   u n d er   d y n a m ic  co n d itio n s ,   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.