T E L K O M N I K A  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.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b er   2 0 2 6 ,   p p .   1 5 1 3 ~ 1 5 2 5   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI KA. v 2 4 i 5 . 2 7 7 0 6          1513       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Predic tive a nd  fault - tole ra nt  v irt u a l ma chine mig ra tion for  energy - efficient  cl o ud da ta cen ters       Ra k s ha n G .   K . ,   P .   Vino t hiy a la k s hm i   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   S r i   V e n k a t e sw a r a   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,  Ta m i l   N a d u ,   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   10 ,  2 0 2 5   R ev is ed   Ap r   7 ,  2 0 2 6   Acc ep ted   May   25 ,  2 0 2 6       Virtu a l  m a c h in e   (VM)   m ig ra ti o n   is  a   k e y   m e c h a n ism   fo r  imp ro v i n g   e n e rg y   e fficie n c y ,   se rv ice   c o n ti n u it y   a n d   re li a b il it y   in   c lo u d   d a ta  c e n ters .   Ho we v e r,   c o n v e n ti o n a l  m ig ra ti o n   stra teg ies   a re   larg e ly   re a c ti v e   a n d   fa il   to   a c c o u n t  f o r  wo rk l o a d   flu c t u a ti o n s  a n d   p o ten ti a l  fa il u re s,  o ften   re su lt i n g   i n   i n e fficie n t  re so u rc e   u ti li z a ti o n   a n d   in c re a se d   se rv ice - lev e l  a g re e m e n t  (S LA)  v io latio n s.   Th is  p a p e r  p r o p o se s  th e   p re d ic ti v e   VM   m i g ra ti o n   m a n a g e r  ( P VMM ),   a   u n ifi e d   fra m e wo rk   th a t   in teg r a tes   wo rk lo a d   f o re c a stin g   a n d   fa il u re   p re d ictio n   fo r   p r o a c ti v e   m i g ra t io n   c o n tro l .   P V M M   c o m b i n e s  a   g a te d   re c u rre n t  u n it   (G RU) - b a se d   m o d e l  fo r  sh o rt - term   re so u rc e   p re d ict io n   wi th   a   m a c h in e - lea rn in g - b a se d   fa il u re   p re d icto r  to   i d e n ti f y   h ig h - risk   VMs.   An   a d a p ti v e   d y n a m ic  t h re sh o l d   b a se d   o n   e n e r g y   c o n su m p ti o n   (AD T - E C)  d e tec ts  h o st   o v e rlo a d   c o n d i ti o n s,   wh il e   a n   im p ro v e d   e n e rg y - a wa re   b e st - fit   (IE ABF)   h e u risti c   se lec ts  o p ti m a l  m ig ra ti o n   targ e ts.  E x p e rime n tal  re su lt s  d e m o n stra te   th a t  P VMM   re d u c e s  u n n e c e ss a ry   m ig ra ti o n ,   imp r o v e s   S LA   c o m p l ian c e   a n d   e n h a n c e s  o v e ra ll   e n e rg y   e fficie n c y   a n d   s y ste m   re li a b il it y .   T h e se   fin d in g s  h ig h li g h t  t h e   e ffe c ti v e n e ss   o f  p re d ictiv e ,   m u lt i - o b jec ti v e   m ig ra ti o n   stra teg ies   fo r  n e x t - g e n e ra ti o n   c l o u d   d a ta ce n ter m a n a g e m e n t.   K ey w o r d s :   Failu r e  p r ed ictio n   Gate d   r ec u r r e n t u n it - b ased   f o r ec asti n g   Ma ch in e  lear n in g     R eso u r ce   u tili za tio n   p r ed ictio n   Vir tu al  m ac h in e  m ig r atio n   T h is i s  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 :   R ak s h an   G.   K.   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce ,   Sri  Ven k ateswar a  C o lleg e  o f   E n g in ee r in g   Pen n alu r ,   Srip er u m b u d u r ,   T a m il Na d u ,   I n d ia.     E m ail: Rak s h an GK@ o u tlo o k . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Vir tu al  m ac h in e   ( VM )   m ig r atio n   p lay s   a   v ital  r o le  i n   a d d r ess in g   th ese  is s u es  b y   d y n am ically   r ed is tr ib u tin g   wo r k lo a d s   to   m ain tain   lo ad   b alan ce   a n d   s er v i ce   co n tin u ity   [ 1 ] – [ 4 ] .   H o wev e r ,   b alan ci n g   e n er g y   ef f icien cy ,   m i g r atio n   o v er h ea d ,   an d   r eliab ilit y   r em ain s   c h allen g in g   i n   lar g e - s ca le  clo u d   e n v ir o n m e n ts   [ 5 ] – [ 7 ] .  C o n v e n t i o n a l   m i g r at i o n   t e c h n iq u e s ,   i n c l u d i n g   s t a ti c   a n d   d y n am i c   t h r e s h o l d - b as e d   p o l i ci e s ,   r e s p o n d   r e a c t i v el y   t o   o v e r l o a d s   w i t h o u t   a n t i ci p a t i n g   f u t u r e   w o r k l o a d   c h a n g e s   o r   p o t e n t i a l   f a il u r e s   [ 8 ] – [ 1 0 ] .   S u c h   m e t h o d s   c a n   t r i g g e r   r e d u n d a n t   m i g r a t i o n s   o r   d e l a y   c r i t i c al   a c ti o n s ,   i n c r e as i n g   s e r v i c e - l e v e l   a g r ee m e n t   ( S L A )   v i o la t i o n s   [ 7 ] .   Ad v an ce d   ap p r o ac h es  lev e r a g in g   m ac h in e  lear n in g   ( ML )   h av e   im p r o v ed   d ec is io n - m ak in g   i n   m ig r atio n   co n t r o l  [ 6 ] – [ 1 2 ] .   Fo r   ex am p le,   Pau lr aj  et  a l.   [ 1 1 ]   d e v elo p e d   a  co m b in e d   f o r ec ast - lo ad - awa r e   s tr ateg y ,   wh ile  Mish r a  et  a l.   [ 8 ]   in tr o d u ce d   an   in te r q u ar tile r an g e   ( I QR ) - b ased   m o d el.   Yu an   et  a l.   [ 1 2 ]   f u r t h er   im p r o v e d   wo r k lo a d   p r ed ictio n   ac cu r ac y   u s in g   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM ) - b ased   m o d els.  Similar ly ,   B o m m ala  et  a l.   [ 1 3 ]   ap p lied   s u p er v is ed   lea r n in g   to   p r ed i ct  VM   f ailu r es.  Ho wev e r ,   th ese  m eth o d s   o f ten   o p tim ize  a  s in g le  o b jectiv e  ei th er   en er g y   o r   r eliab ilit y   with o u t  jo in tly   a d d r ess in g   b o th   u n d er   v o latile  clo u d   co n d itio n s .   T h is   s tu d y   p r esen ts   th e  p r ed ictiv e  VM   m ig r atio n   m an ag er   ( PVMM ) ,   an   in tellig en t,  f au lt - to ler an t   f r am ewo r k   t h at  in teg r ates  f o r ec asti n g   an d   f ailu r e  p r ed ictio n   to   en ab le  p r o ac tiv e  m i g r atio n   d ec is io n s .   PVMM   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 l Co n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 5 1 3 - 1 5 2 5   1514   em p lo y s   a   g ated   r ec u r r en t  u n i t  ( GR U)   m o d el  f o r   s h o r t - ter m   r eso u r ce   u tili za tio n   f o r ec asti n g   an d   a   ML - b ased   f ailu r e  p r ed icto r   to   id e n tify   h ig h - r is k   VM s .   An   ad ap tiv e  d y n am ic  th r esh o ld   b ased   o n   en er g y   co n s u m p tio n   ( ADT - E C )   co n tin u o u s ly   class i f ies h o s ts   as u n d er lo ad ed   o r   o v er lo ad ed ,   wh ile  an   im p r o v ed   en er g y - awa r e  b est - f it ( I E AB F)  alg o r ith m   s elec ts   o p tim al  m ig r atio n   tar g ets,  en s u r in g   e f f icien t r eso u r ce   u s e  an d   SLA  co m p lian ce .   T h e  p r o p o s ed   PVMM   f r am e wo r k   in tr o d u ce s   a   m u lti - o b jectiv e,   p r ed ictiv e   m ig r atio n   s tr ateg y   th a t   u n if ies  r eliab ilit y ,   en er g y   e f f i cien cy   an d   o p er atio n al  s tab ilit y .   Un lik e  co n v e n tio n al  r ea cti v e  m o d els,  PVMM   an ticip ates  o v er lo ad   an d   f ailu r e  co n d itio n s   b ef o r e  th ey   o cc u r ,   th er eb y   r ed u cin g   u n n e ce s s ar y   m ig r atio n s ,   lo wer in g   en er g y   co n s u m p tio n   ( E C )   an d   im p r o v in g   o v er all  d ata  ce n ter   r esil ien ce .   T h ese  r esu lts   co n tr ib u te  t o   ad v an cin g   in tellig en t  an d   s u s tain ab le  clo u d   r eso u r ce   m an ag em en t  f o r   n e x t - g en er atio n   co m p u tin g   en v ir o n m en ts .       2.   L I T E R AT U RE   SU RVE Y   VM   m ig r atio n   is   a  f u n d am en t al  m ec h an is m   i n   clo u d   d ata  ce n ter s   f o r   im p r o v in g   r eso u r ce   u tili za tio n ,   en s u r in g   s er v ice  co n tin u ity ,   a n d   r e d u cin g   EC .   E ar ly   s tu d ies  p r im ar ily   f o c u s ed   o n   p er f o r m an ce   m o d elin g   a n d   en er g y - ef f icien t  co n s o lid atio n .   Kh az ae i  et  a l.   [ 1 ]   in tr o d u c ed   q u eu i n g - b ased   an aly tical  m o d els  to   ev alu ate   p er f o r m an ce   in   clo u d   en v ir o n m en ts ,   wh ile  B elo g lazo v   a n d   B u y y a   [ 2 ]   p r o p o s ed   ad a p tiv e  h eu r is tics   f o r   d y n am ic  VM   co n s o lid atio n ,   f o r m in g   th e  b asis   f o r   m an y   en er g y - awa r e  m ig r atio n   s tr ateg ies.  T h ese   f o u n d atio n al  wo r k s   estab lis h ed   th e  im p o r tan ce   o f   b alan ci n g   r eso u r ce   u tili za tio n   a n d   SLA   c o m p lian ce .   Su b s eq u en t  r esear ch   s h if ted   to war d   en er g y - awa r e  an d   o p tim izatio n - d r iv en   m i g r atio n   t ec h n iq u es.     Ma  et  a l.   [ 3 ]   p r o v i d ed   a   co m p r eh en s iv e   r ev iew  o f   VM   m i g r atio n   s tr ateg ies  f o r   en er g y   m in im izatio n ,   wh ile  W an g   et  a l.   [ 4 ] ,   Mu s taf a  et  a l.   [ 7 ]   p r o p o s ed   en er g y -   a n d   SLA - awa r e  co n s o lid atio n   ap p r o ac h es  to   im p r o v e   o p er atio n al  ef f icien c y .   R ein f o r ce m en t  lear n in g   a n d   o p tim iz atio n - b ased   m eth o d s   f u r th er   a d v an ce d   th is   ar ea .   Fo r   in s tan ce ,   Z h an g   et  a l.   [ 5 ]   in tr o d u ce d   a  d ee p   Q - lear n in g   m o d el  f o r   en er g y - ef f icien t  s ch ed u lin g ,   a n d   Go m ath i  et  a l.   [ 6 ]   ex p lo r ed   m u lti - o b jectiv e  VM   p lace m en t  s tr ateg ies  co n s id er in g   en er g y   an d   r eso u r ce   u tili za tio n .   A d a p t i v e   a n d   t h r es h o l d - b a s e d   m i g r a t i o n   m e c h a n is m s   h a v e  a ls o   b e e n   w i d el y   s t u d i e d .   M is h r a   e t   a l .   [ 8 ]   p r o p o s e d   a   d y n a m i c   t h r e s h o l d - b a s e d   l o a d   b a l a n c i n g   t e c h n i q u e ,   w h i l e   J i a n g   a n d   C h e n   [ 9 ]   d e v e l o p e d   a   s e l f - a d a p t i v e   V M   p la c e m e n t   s t r a te g y   t o   i m p r o v e   e n e r g y   e f f i c i e n c y   u n d e r   d y n a m i c   w o r k l o a d s .   S im i l a r l y ,   W a n g   e t   a l.   [ 1 0 ]   d e m o n s t r a t e d   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   d e e p   r e i n f o r c e m e n t   l e a r n i n g   f o r   e n e r g y - e f f i c i e n t   V M   s c h e d u l i n g .   A l t h o u g h   t h e s e   a p p r o a c h e s   i m p r o v e   a d a p t a b i l i t y ,   t h e y   l a r g e l y   r e l y   o n   r e a c t i v e   d e ci s i o n - m a k i n g   b a s e d   o n   c u r r e n t  s y s te m   s ta t es .   T o   o v e r c o m e   r e a c t i v e  l i m i t a ti o n s ,   p r e d i c ti v e   a n d   m a c h i n e - l e a r n i n g - b a s e d   a p p r o a c h es   h a v e   b e e n   i n t r o d u c e d .   P a u l r a j   e t   a l .   [ 1 1 ]   p r o p o s e d   a   f o r e c a s t - b a s e d   m i g r a t i o n   s t r a te g y   t h a t   i n t e g r a t es   w o r k l o a d   p r e d i c t i o n   w i t h   m i g r a ti o n   c o n t r o l .   Y u a n   e t   a l .   [ 1 2 ]   f u r t h e r   i m p r o v e d   w o r k l o a d   p r e d i c t i o n   a c c u r a c y   u s i n g   L S T M - b as e d   m o d e l s ,   c a p t u r i n g   t e m p o r a l  d ep e n d e n c i e s   i n   l a r g e - s c a le   d a t a  c e n t e r s .   I n   a d d i t i o n ,   B o m m al a   e t   a l .   [ 1 3 ]   d e v el o p e d   a   m a c h i n e - l e a r n i n g - b a s e d   f a i lu r e   p r e d i c t i o n   m o d e l   t o   i d e n t i f y   p o t e n t i a l   s y s t e m   a n o m a l ie s .   T h e s e   s t u d i es  h i g h l i g h t   t h e   g r o w i n g   r o l e   o f   p r e d i c t i v e   a n a l y t i cs   i n   e n a b l i n g   p r o a c t i v e   m i g r a t i o n   d e ci s i o n s .   R ec en t  wo r k s   h av e  also   ex p lo r ed   in tellig en t  an d   h eu r is tic - b ased   s ch ed u lin g   f r am ewo r k s .   Ab d u llah     et  a l.   [ 1 4 ]   p r o p o s ed   a  h e u r is tic - b ased   VM   co n s o lid atio n   ap p r o ac h ,   wh ile  B u y y a  et  a l.   [ 1 5 ]   o u tlin ed   th e  v is io n   o f   au t o n o m ic   clo u d   s y s tem s   ca p ab le  o f   s elf - m an ag in g   r es o u r ce s .   Su r v ey   s tu d ies  [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ]   em p h asize  t h e  in cr ea s in g   in teg r atio n   o f   a r tific ial  in tellig en ce   an d   f a u lt - to ler an ce   m ec h an is m s   in   clo u d   r eso u r ce   m an ag em en t,   wh ile  also   n o tin g   th e  lim itatio n s   o f   e x is tin g   r e ac tiv e  ap p r o ac h es.   Mu lti - o b jectiv e  an d   s u s tain ab ilit y - awa r e  m ig r atio n   s tr ateg ies  h av e  g ain e d   atten tio n   in   r ec en t  y ea r s .   Sin g h   et  a l.   [ 1 8 ]   p r o p o s ed   a  Qo S - awa r e  task   co n s o lid atio n   m eth o d   to   r ed u ce   SLA  v io latio n s ,   wh ile  Kh o s r av i  et  a l.   [ 1 9 ]   in tr o d u ce d   a   ca r b o n -   an d   en e r g y - awa r e  VM   p lace m en t  s tr ateg y   f o r   g eo g r a p h ica lly   d is tr ib u ted   d ata   ce n ter s .   Similar ly ,   Far ah n ak ian   et  a l.   [ 2 0 ]   a p p lied   a n t   co lo n y   o p tim izatio n   f o r   e n er g y - ef f icien t  VM   co n s o lid atio n .   C o m p ar ativ e  a n aly s es,  s u ch   as  Nag m a  et   a l .   [ 2 1 ] ,   f u r th er   h ig h li g h t  th e  tr ad e - o f f s   b etwe en   d if f er en t m i g r atio n   a n d   c o n s o l id atio n   s tr ateg ies u n d er   v ar y i n g   wo r k lo a d s .   Mo r e  r ec e n t  s tu d ies  h a v e  em p h asized   p o wer - awa r e   an d   co m m u n icatio n - awa r e  o p tim izatio n   in   VM   p lace m en t.  Ar s h ad   et  a l.   [ 2 2 ]   an d   Su n il  an d   Patel  [ 2 3 ]   d em o n s tr ated   im p r o v em e n ts   in   en er g y   ef f icien c y   th r o u g h   d y n a m ic  p o wer   u tili za tio n   m o d elin g .   I n   ad d itio n ,   F ar za i  et  a l.   [ 2 4 ]   p r o p o s ed   a  co m m u n icatio n - awa r e   m u lti - o b jectiv e  o p tim izatio n   m o d el,   h ig h lig h tin g   t h e  im p o r tan ce   o f   n etwo r k   co n s id er atio n s   in   VM   p lace m en t  d ec is io n s .   Acc u r ate  p o wer   m o d elin g   h as  also   b ee n   r ec o g n i ze d   as  a  k ey   f ac to r   in   e v alu at in g   en er g y - e f f icien t  clo u d   s y s tem s .   L in   et  a l.   [ 2 5 ]   p r esen ted   a  q u a n titativ e  s er v er   p o wer   m o d el  wid ely   u s ed   f o r   esti m atin g   EC   in   clo u d   d ata  ce n ter s ,   en ab lin g   m o r e  r ea lis tic  s im u latio n   an d   e v alu atio n   o f   m ig r atio n   s tr ateg ies.   Desp ite  th ese  ad v an ce m en ts ,   m o s t  ex is tin g   ap p r o ac h es  ad d r ess   eith er   en er g y   ef f icien c y   o r   r eliab ilit y   in d ep en d en tly   a n d   o f ten   r ely   o n   r ea cti v e  o r   s in g le - o b jectiv e  o p tim izatio n   s tr ateg ies.  Ho wev er ,   lim ited   wo r k   h as  f o cu s ed   o n   in teg r atin g   wo r k lo ad   f o r ec asti n g ,   f ailu r e  p r e d ictio n ,   a n d   e n er g y - awa r e   d ec is io n - m ak in g   in to   a  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           P r ed ictive  a n d   fa u lt - to lera n t  virt u a l m a ch in e  mig r a tio n   fo r   en erg y - efficien t c lo u d   …  ( R a k s h a n   G.   K . )   1515   u n if ied   m ig r atio n   f r a m ewo r k .   T o   ad d r ess   th is   g ap ,   th is   s tu d y   p r o p o s es  th e  PVMM ,   wh ich   in teg r ates  GR U - b ased   wo r k lo ad   f o r ec asti n g ,   m ac h in e - lear n i n g - b ased   f ailu r e  p r ed ictio n ,   a d ap tiv e  en er g y - awa r e  th r esh o ld in g ,   an d   o p tim ize d   h o s t  s elec tio n .   T h is   u n if ied   a p p r o ac h   en a b les  p r o ac tiv e,   m u lti - o b jecti v e  VM   m ig r atio n ,   im p r o v in g   en e r g y   e f f icien cy ,   SLA  co m p lian ce ,   an d   s y s tem   r eliab ilit y   in   d y n am ic  clo u d   en v ir o n m e n ts .       3.   M E T H O DO L O G Y   T h e  p r o p o s ed   PVMM   in tr o d u ce s   a  p r o ac tiv e  an d   f au lt - t o ler an t  VM   m ig r atio n   f r am e wo r k   th at  ad d r ess es  th e  lim itatio n s   o f   r e ac tiv e  ap p r o ac h es.   Un lik e  c o n v en tio n al   m eth o d s ,   PVMM   i n teg r ates  wo r k lo ad   f o r ec asti n g ,   f ailu r e  p r ed ictio n   an d   en er g y - awa r e  d ec is io n - m ak in g   to   en ab le  in tellig e n t  m ig r atio n   u n d er   d y n am ic  clo u d   co n d itio n s .   T h e  PVMM   ar ch itectu r e  co n s is ts   o f   s ix   m o d u les  ( Fig u r e  1 ) ,   ea ch   r esp o n s ib le  f o r   a   s p ec if ic  s tag e  o f   p r ed ictiv e   m ig r atio n :  d ata  p r e p r o ce s s in g ,   ad ap tiv e  th r esh o ld in g ,   f o r ec asti n g ,   f ailu r e   p r ed ictio n ,   r is k - b ased   VM   s elec tio n ,   h o s t  s elec tio n   an d   m ig r atio n   e x ec u tio n .   T h ese   m o d u les  o p er ate  p er io d ically   to   e n s u r e  co n tin u o u s   m o n ito r i n g   a n d   d ec is io n - m ak in g .           Fig u r e  1 .   Ar c h itectu r e  o f   th e  p r o p o s ed   wo r k       3 . 1 .     Da t a   c o llect io n a nd   prepro ce s s ing   m o du le   T h is   m o d u le  co llects  tim e - s er ies  d ata  f o r   ea c h   VM ,   in clu d in g   ce n tr al  p r o ce s s in g   u n it  ( C PU) ,  m em o r y ,   d is k   u tili za tio n ,   SL A  v io latio n s   an d   h o s t - lev el  EC .   Data   i s   n o r m alize d   an d   s eg m en ted   in to   s lid in g   win d o ws  f o r   m o d el  in p u t.  A d d itio n al  f ea tu r es  s u ch   as  task   p r io r ity ,   r etr y   c o u n t  an d   s ch ed u lin g   d elay   ar e   ex tr ac ted   f o r   f ailu r e  p r ed ictio n .     3 . 1 . 1 .   ADT - EC   T h e  ADT - E C   m ec h an is m   d y n am ically   class if ies   h o s t  en er g y   s tates  to   d etec t   o v er lo ad   c o n d itio n s .   Un lik e  s tatic  th r esh o ld s ,   it a d a p ts   b ased   o n   r ea l - tim e  EC .   A  h o s t is cla s s if ied   as:     ( ℎ ) < × max ⇒ B L UE   × max ≤ ( ℎ ) ≤ × max ⇒ GR E E N   ( ℎ ) > × max ⇒ R E D     wh er e  ( ℎ )   :  cu r r en t  h o s t  en er g y ,   max :  m ax im u m   allo wab le  en er g y ,   , :  ad ap tiv e  th r esh o ld   f ac to r s   ( 0 . 6   ≤   a   <  b   ≤   0 . 9 ) .   T h ese  v alu es  wer e  s elec ted   b ased   o n   p r io r   th r esh o ld - b ased   s tu d ies  an d   em p ir ic al  tu n in g   to   b alan ce   m ig r atio n   s en s itiv ity   an d   s tab i lity .   T h e  co m p lete  ADT - E C   alg o r ith m   is   p r esen ted   in   Alg o r i th m   1 ,   w h en   a  h o s t  en ter s   th e  R E D  s tate,   m ig r atio n   is   tr ig g er ed .   B L UE   h o s ts   ar e  p r eser v ed   t o   av o i d   u n n ec ess ar y   m ig r atio n s .     Alg o r ith m   1.   ADT - EC   Input:   : Set of all hosts in the data center   ( ℎ ) : Current energy consumption of host  ℎ   max : Maximum allowable energy for host  ℎ   ℎ : Load history of host  ℎ   Threshold factors  , (0.6 ≤ a < b ≤ 0.9)   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 l Co n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 5 1 3 - 1 5 2 5   1516   Output :   Host energy state classification  Level ( ℎ ) ∈ { BLUE, GREEN, RED }   Updated migration threshold values for each host   Steps:   1.   Initialize:   Energy Status List (ESL) = Null and Migration Threshold List (MTL) =  Null   2.   For each host   ℎ ∈ :   a. Retrieve  ( ℎ ) and  ℎ .   b. Compute the average energy utilization  ‾ ( ℎ ) over the monitoring window.   3.   Classify energy consumption level:                   i.  If   ( ℎ ) < × max :   - Set  Level ( ℎ ) = BLUE   // Host is idle or underutilized.   ii.  Else if   × max ≤ ( ℎ ) ≤ × max :   - Set  Level ( ℎ ) = GREEN   // Host is in normal range.   iii.  Else if   ( ℎ ) > × max :   - Set  Level ( ℎ ) = RED   // Host is overloaded.   4.   Adjust migration threshold (MT)   based on the classified level:   - For  BLUE , increase MT to avoid unnecessary migrations.   - For  GREEN , maintain MT at nominal value.   - For  RED , lower MT to trigger immediate VM migration.   5.   Update  ESL   and  MTL   with  Level ( ℎ ) and corresponding threshold.   6.   Identify hosts as:   Overloaded   if  Level ( ℎ ) = RED   Underutilized   if  Level ( ℎ ) = BLUE   7.   End For   8.   Return   [ ESL , MTL ] to the VM Selection Module.   9.   End     3 . 2 .     G RU - ba s ed  re s o urce   f o re ca s t ing   m o du le   A  GR U  m o d el  is   u s ed   to   p r ed ict  s h o r t - ter m   VM   r eso u r ce   u t ilizatio n   ( C PU,  m em o r y ,   d is k ) .   GR U  is   s elec ted   d u e  t o   its   ef f icien cy   in   ca p tu r in g   tem p o r al  d e p en d en cies  with   lo wer   co m p u tatio n al  o v e r h ea d   th an   L STM .   T h e  m o d el  is   tr ain ed   o n   h is to r ical  wo r k lo ad   tr ac es  an d   p r ed icts   f u tu r e  u tili za tio n   to   en ab le  p r o ac tiv e   o v er lo ad   d etec tio n .     3 . 3 .     F a ilu re   predict io n m o du le   A  s u p er v is ed   lear n i n g   m o d el  ( r an d o m   f o r est  ( R F)  /  ex tr em e  g r ad ien t  b o o s tin g   ( XGBo o s t ) )   p r e d icts   VM   f ailu r e  p r o b ab ilit y :     FR ( ) ∈ [ 0 , 1 ]     Featu r e  v ec to r s   in clu d e  C PU  p r ess u r e  lev els,  task   r etr y   f r e q u en cy ,   r eso u r ce   q u eu e   len g t h ,   r ec en t  h ar d war e   er r o r   lo g s ,   a n d   s ch e d u lin g   an o m aly   in d icato r s .   I t   is   tr ain ed   o n   lab elled   clo u d   tr ac e  d atasets   to   class if y   VM s   in to   lo w - r is k   an d   h ig h - r is k   ca t eg o r ies b ased   o n   lik elih o o d   o f   f ailu r e.     3 . 4 .     O v er lo a d  risk   s co ring   a nd   VM   prio rit iza t io n m o du le   Fo r   ev er y   VM     ,   a  co m p o s ite  r is k   s co r e  is   co m p u ted :     = ∗  ( ) + ∗ Û + z ∗  ( )   ( 1 )     wh er e ,   ( )   is   th e  p r ed icted   f ailu r e   r is k ,   Û   is   th e  f o r ec asted   r eso u r ce   u tili za tio n   ( av er ag e  o f   C PU,  m em o r y   ( ME M) ,   an d   d is k   ( DI SK) ) ,    ( )   is   th e  r ec en t  SLA  v io latio n   f r e q u en cy ,   [ , , ]   ar e  th e  e m p ir ically   tu n ed   weig h tin g   p ar am eter s .   T h e  weig h ts   ar e  d eter m in ed   th r o u g h   em p ir ical  tu n in g   an d   s en s itiv ity   an aly s is   to   b alan ce   r eliab ilit y   a n d   en er g y   ef f icien cy .   T h e   VM s   ar e  s o r t ed   b y   d escen d i n g   s co r e    an d   th e  ca n d i d ates  ar e   s elec ted   f o r   m ig r atio n .     3 . 4 . 1 .   Co rr ela t io n - ba s ed   VM   ca nd ida t e  s elec t io n  ( SS - CA U)   T h e  SS - C AU  s tr ateg y   s elec ts   VM s   co n tr ib u tin g   m o s t to   o v e r lo ad   u s in g   co r r elatio n :     = co r r ( C P U , ℎ C P U )     VM s   with   > 0 . 6   ar e  s elec ted   an d   s o r ted   b y   ascen d in g   u tili za tio n   to   m in im ize  m ig r atio n   o v er h ea d .   T h e   co m p lete  SS - C AU  p r o ce d u r e   is   p r esen ted   i n   Alg o r ith m   2 .   T h is   en s u r es  tar g eted   l o ad   r ed u ctio n   with   m in im al   d ata  tr an s f er   co s 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           P r ed ictive  a n d   fa u lt - to lera n t  virt u a l m a ch in e  mig r a tio n   fo r   en erg y - efficien t c lo u d   …  ( R a k s h a n   G.   K . )   1517   Alg o r ith m   2.   SS - C AU   Input:   o v e r : Set of overloaded hosts identified by ADT - EC   ( ℎ ) : Set of VMs residing on host  ℎ   CPU : CPU utilization history of VM    ℎ CPU : CPU utilization history of host  ℎ   Correlation threshold  min = 0 . 6   Output :   Candidate VM list for migration  VM   Steps:   1.   Initialize:   VM = ∅   and    is the Correlation coefficient for VM    2.   For each overloaded host   ℎ ∈ o v e r :   a. Retrieve all VMs  ( ℎ ) associated with host  ℎ .   b. For each VM  ∈ ( ℎ ) :     i. Compute the correlation coefficient    between VM and host CPU utilization using  regression:   = corr ( CPU , ℎ CPU )     ii.  If   > min :     -   Add    to candidate list  VM .   c.  End For   3.   Sort   all candidate VMs  ∈ VM in  ascending order of current CPU utilization   CPU ( ) .   4.   Select   VMs sequentially for migration starting from lowest CPU utilization, as  smaller workloads migrate faster and with less data transfer overhead.   5.   Continue migration  until the host’s utilization   ℎ CPU   drops below the adaptive  threshold   determined by the ADT - EC algorithm.   6.   End For   7.   Return   the final candidate list  VM   to the  Host Selection (IEABF)   module.   8.   End     3 . 5 .     I E AB F   ho s t   s elec t io n m o du le   T h e  I E AB F a lg o r ith m   s elec ts   o p tim al  d esti n atio n   h o s ts .   Fo r   ea ch   VM :     Δ ( ℎ ) = pos t ( ℎ ) − c ur r e nt ( ℎ )   ( 2 )     T h e  h o s t  with   th e  m in im u m   Δ ( ℎ ) v alu e  an d   s u f f icien t  av ailab le  ca p ac ity   is   s elec ted   as   th e  d esti n atio n .   Alg o r ith m   3   s u m m ar izes  th e   I E AB F  h o s t  s elec tio n   p r o ce d u r e.   T h is   b est - f it  h eu r is tic  en s u r es  o p tim al  lo ad   d is tr ib u tio n   an d   r e d u ce d   p o wer   o v er h ea d   wh ile   m ain tai n in g   SLA  co m p lian ce .   B y   p r io r itizin g   e n er g y   ef f icien cy   an d   o p er atio n al  s t ab ilit y ,   I E AB F  en h an ce s   th e  o v er all  ef f ec tiv e n ess   o f   th e  P VM M  f r am ewo r k ,   lead in g   to   im p r o v ed   r eso u r ce   u tili za tio n ,   lo wer   m ig r atio n   f r eq u en c y   an d   ex ten d ed   d ata  c en ter   life s p an .   T h e  alg o r ith m   o p er ates   with   p o ly n o m ial  tim e  co m p le x ity   r elat iv e  to   th e  n u m b er   o f   h o s ts   an d   VM s ,   m ak in g   it   s u itab le  f o r   s ca lab le  clo u d   en v ir o n m en ts .     Alg o r ith m   3.   I E AB F  h o s t s elec tio n   Input:   VM : List of VMs selected for migration (from SS - CAU)   : Set of all available hosts in the data center   ( ℎ ) : Current energy consumption of host  ℎ   max : Maximum allowable energy for host  ℎ   ℎ : Available computing capacity (CPU, memory, disk) of host  ℎ   SLA ( ℎ ) : Current SLA violation rate of host  ℎ   Thresholds for utilization and SLA compliance   Output :   Optimized VM - to - host mapping list  = { ( , ℎ t a r g e t ) }   Steps:   1.   Initialize:  = ∅   and  v a l i d = ∅   2.   Preprocessing:   a. Exclude hosts that are  overloaded or underloaded   according to the ADT - EC classification.   b. Retain only hosts satisfying  ( ℎ ) < max and  SLA ( ℎ ) < threshold .   c. Add all such hosts to  v a l i d .   3.   Sort   VMs in  VM by  descending CPU utilization , prioritizing high - demand VMs for  placement first.   4.   For each VM   ∈ VM :   a. Initialize  Δ min = ∞ ;  ℎ b e s t = null .   b.  For each candidate host   ℎ ∈ v a l i d :     i. Check resource capacity constraint:  ℎ ≥ ResourceDemand ( ) .     ii. Estimate the expected post - placement energy:   post ( ℎ ) = c u r r e n t ( ℎ ) + EnergyIncrement ( )     iii. Compute energy difference:   Δ ( ℎ ) = p o s t ( ℎ ) − c u r r e n t ( ℎ )     iv.  If   Δ ( ℎ ) < Δ min and capacity constraints are satisfied:     -   Update  Δ min = Δ ( ℎ )   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 l Co n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 5 1 3 - 1 5 2 5   1518     -   Set  ℎ best = ℎ   c. Assign VM    to  ℎ best and update host energy state.   d. Add mapping  ( , ℎ b e s t ) to  .   e. Remove  ℎ best   from  v a l i d   if capacity becomes saturated.   5.   End For   6.   Return   final mapping list  for migration execution.   7.   End     3 . 6 .     M ig ra t i o n  s cheduli ng   a nd   ex ec utio n m o du le   T h is   m o d u le  c o o r d i n ates m ig r atio n   d ec is io n s   an d   e x ec u tio n .     3 . 6 . 1 .   M ig ra t io n  t rig g er ing   A  m ig r atio n   r ea d in ess   in d ex   ( MRI)   is   d ef in ed :     MRI ( ) = ⋅ f or e c a s t ( ) + ⋅ r is k ( ) + ⋅ s tate ( ℎ )     wh er e  f or e c a s t ( )   r ep r esen ts   th e  f o r ec a s ted   r eso u r ce   d e m an d   g r o wt h   r ate,   r is k ( )   th e  p r e d icted   f ailu r e  p r o b a b ilit y   an d   s tate ( ℎ )   th e  cu r r e n t   en er g y   lev el  o f   th e   h o s t  ℎ .   T h e  weig h tin g   p ar a m eter s   ( , , ) ar e  em p ir ically   tu n ed   to   p r io r itize   eith er   f ailu r e   av o id a n ce   o r   en er g y   ef f icien cy .   Mig r atio n   is   t r ig g er ed   o n ly   w h en   th e  co m p u ted   MRI  ex ce ed s   a  d ef in ed   ac tiv atio n   th r esh o l d ,   p r ev en tin g   u n n ec ess ar y   VM   r el o ca tio n s .     3 . 6 . 2 .   M ig ra t io n  ex ec utio n   On ce   a  m ig r atio n   d ec is io n   is   ap p r o v ed ,   liv e  VM   m ig r atio n   is   p er f o r m ed   u s in g   a   p r e - co p y   m ec h an is m ,   wh er e  m em o r y   p ag es  ar e  iter ativ ely   tr an s f er r e d   to   th e  d esti n atio n   h o s t  wh ile  th e  VM   r em ain s   ac tiv e,   m in im izin g   s er v ice  d o wn tim e.   Prio r   to   m ig r atio n ,   th e  s ch ed u ler   v er if ies  th e  s u itab ilit y   o f   th e  d esti n atio n   h o s t  b ased   o n   ca p ac ity ,   en er g y   co n s tr ain ts   an d   SLA  r eq u ir em en ts   d ef in ed   b y   th e  I E AB F  m o d u le.   T h e  m ig r atio n   p r o ce s s   co n s is ts   o f   th r ee   p h ases :   ( i)   p r e - co p y ,   wh e r e  m em o r y   p ag es   ar e  p r o g r ess iv ely   tr an s f er r ed ;   ( ii)  s to p - an d - co p y ,   wh er e  th e  VM   is   b r ief ly   p au s ed   to   tr an s f er   r em ain in g   s tate ;   an d   ( iii)  s tat e   u p d ate,   wh e r e  VM   m ap p i n g s   ar e  u p d ate d   an d   p o s t - m ig r atio n   en er g y    is   r ec alcu lated .   T o   en s u r e  n etwo r k   s tab ilit y   d u r in g   co n c u r r e n t  m ig r atio n s ,   th e  s ch ed u ler   ap p lies   ad ap tiv e  b an d wid t h   co n tr o l,  t h r o ttli n g   m ig r atio n   tr af f ic  wh en   n etwo r k   u tili za tio n   ex ce ed s   p r e d ef in e d   th r esh o ld s .   Af ter   m ig r atio n ,   v alid atio n   ch ec k s   ar e  p er f o r m ed   to   en s u r e  s y s tem   co n s is ten cy   an d   SLA  co m p lian c e.   T h ese  in clu d e   v er if icatio n   o f   VM   s tate  in teg r ity   an d   m o n ito r i n g   o f   r esp o n s e  tim e  an d   t h r o u g h p u t.  I f   p e r f o r m an ce   d eg r ad atio n   ex ce ed s   ac ce p tab l e  lim its ,   a  r o llb ac k   m ec h a n is m   is   tr ig g er ed .     3 . 6 . 3 .   M ig ra t io n  co s t   a nd   o v er hea d m ini m iza t io n   Mig r atio n   o v er h ea d   is   ev alu at ed   u s in g   th e  c o s t f u n ctio n :     mig ( , ℎ s r c , ℎ ds t ) = 1 mig + 2 mi g + 3 Δ ( ℎ ds t )     wh er e  mi g   is   m ig r atio n   tim e,   m ig   is   b an d wid t h   u s ag e   an d   Δ ( ℎ ds t )   is   th e  in cr em en tal  e n er g y   co s t  o f   t h e  d esti n atio n   h o s t.  T h e  weig h tin g   f ac to r s   ( 1 , 2 , 3 )   tu n ed   to   b ala n ce   laten cy   an d   en er g y   ef f i cien cy .   Mig r atio n   is   ex ec u ted   o n ly   wh en   th e  b en ef it - to - co s t  r atio   ex ce ed s   a  d ef i n ed   th r esh o ld ,   p r e v en tin g   u n n ec ess ar y   m ig r atio n s .     3 . 6 . 4 .   Su m m a r y   o f   o pera t io n   T h e  s ch ed u ler   in teg r ates  d ec is io n s   f r o m   ADT - E C ,   SS - C AU  an d   I E AB F  to   p e r f o r m   co o r d i n ated   VM   m ig r atio n .   I t  h an d les  m ig r ati o n   tr ig g er in g ,   ex ec u tio n   an d   v alid atio n   wh ile  m i n im izin g   o v er h e ad   th r o u g h   p r ed ictiv e  s ch ed u lin g   an d   n etwo r k - awa r e  c o n tr o l.   T h is   i n teg r ated   a p p r o ac h   e n s u r es  r ed u ce d   d o wn tim e ,   im p r o v e d   en er g y   ef f icien cy   a n d   s u s tain ed   SLA  co m p lian ce .       4.   E XP E R I M E N T A L   SE T UP   T h e  p r o p o s ed   PVMM   f r am e wo r k   was  ev alu ated   u s in g   b o th   r ea l - wo r ld   clo u d   wo r k lo ad   tr ac es  an d   s im u latio n - b ased   en v ir o n m en t s   to   as s ess   its   p er f o r m an ce   in   en er g y   ef f icien cy ,   m ig r atio n   f r eq u en c y   an d   f au lt - to ler an t  p r ed ictio n   ac cu r ac y .   T h e  f r am ewo r k   in te g r ates  en e r g y - awa r e   m ig r atio n   co n tr o l,  GR U - b ased   r eso u r ce   f o r ec asti n g   an d   m ac h i n e - lear n in g - d r iv en   f ailu r e  p r ed ictio n   to   en a b le  p r o ac tiv e  an d   i n tellig en t  m ig r atio n   d ec is io n s   with in   d y n am ic  cl o u d   in f r astru ctu r es.     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           P r ed ictive  a n d   fa u lt - to lera n t  virt u a l m a ch in e  mig r a tio n   fo r   en erg y - efficien t c lo u d   …  ( R a k s h a n   G.   K . )   1519   4 . 1 .     Sim ula t i o n  env iro nm en t   E x p er im en ts   wer e  co n d u cted   u s in g   th e  C lo u d Sim  3 . 0 . 3   to o lk it,  a  well - estab lis h ed   s im u latio n   f r am ewo r k   f o r   ev alu atin g   en er g y - awa r e  r eso u r ce   m an a g e m en t  an d   VM   m ig r atio n   s tr ateg ies  in   clo u d   d ata   ce n ter s .   T h e   s im u lated   en v ir o n m en t  c o m p r is ed   1 0 0   h eter o g en eo u s   p h y s ical  h o s ts   m o d ele d   af ter   SP E C p o wer   b en ch m ar k   s er v er s   with   HP  P r o L ian t  ML 1 1 0   G4   ( I n tel  Xeo n   3 0 4 0 ,   2   co r es,  1 . 8 6   GHz ,   4   GB   R AM )   an d   HP   Pro L ian t  ML 1 1 0   G5   ( I n tel  Xeo n   3 0 7 5 ,   2   c o r es,  2 . 6 6   GHz ,   4   GB   R AM )   s p ec if icatio n s .   T h e  p o wer   co n s u m p tio n   p r o f iles   o f   th ese  h o s ts   wer e  d er iv ed   f r o m   e s tab lis h ed   s er v er   p o wer   m o d elin g   ap p r o ac h es  in   clo u d   d ata  ce n ter s   [ 2 5 ] ,   wh ic h   ar e  wid ely   u s ed   to   ap p r o x im a te  en er g y   u tili za tio n   b ased   o n   wo r k lo ad   in te n s ity .   E ac h   h o s t  s u p p o r ted   1 0   to   1 5   VM s   wi th   v ar iab le  r eso u r ce   d em an d s   an d   lo ad   p atter n s   d er i v ed   f r o m   Plan etL ab   wo r k lo ad   tr ac es,  en s u r in g   r e alis tic  tem p o r al  u tili za tio n   f l u ctu atio n s   th at  em u late  r ea l - wo r ld   o p er atio n al   co n d itio n s .   E ac h   s im u latio n   r e p r esen ted   2 4   h o u r s   o f   co n tin u o u s   o p er at io n ,   d u r in g   wh ich   t h e  C lo u d S im   en er g y   m o d el  was  ex ten d ed   to   co m p u te  d y n am ic  EC   s tates  f o r   ea ch   h o s t,  r ep r esen ted   as    an d    ,   to   ca p tu r e  p r e -   a n d   p o s t - m ig r ati o n   en e r g y   v ar iatio n s .   T h e  AD T - E C   m ec h an is m   was  in teg r a ted   to   class if y   h o s t   en er g y   s tates a n d   d y n am ically   ad ju s t m ig r atio n   t h r esh o ld s   b ased   o n   lo ad   h is to r y   a n d   p o we r   u tili za tio n   tr en d s .   T h e  GR U - b ased   r eso u r ce   f o r ec asti n g   an d   RF - b ased   f ailu r e  p r ed ictio n   m o d els  wer e  p r e - tr ain ed   ex ter n ally   in   Py th o n   u s in g   t h e   Go o g le  C lu s ter ,   L ANL   Mu s tan g   an d   T r in ity   tr ac es  an d   th e n   em b ed d ed   with in   C lo u d Sim  f o r   in f er en ce   d u r i n g   r u n tim e.   Pre d ictio n s   wer e  ex ch an g e d   b etwe en   th e  ML   m o d els  an d   th e   s im u lato r   th r o u g h   a  lig h tweig h t  J av aScr ip t  O b ject  N o tatio n   ( J SON ) - b ased   in ter f ac e,   en a b lin g   C lo u d Sim   to   r eq u est  f o r ec ast  a n d   f ailu r e  p r o b ab ilit y   v al u es  at  ea ch   s ch ed u lin g   in ter v al.   T h e   in f er e n ce   l aten cy   o f   th e  ML   m o d els  is   ass u m ed   to   b e  n e g lig ib le  in   th e  s im u latio n   e n v ir o n m e n t,  as  p r ed ictio n s   ar e   p r e - co m p u ted   a n d   in v o k e d   at  d is cr ete  s ch ed u lin g   in ter v als  r ath er   th an   ex ec u ted   as  r ea l - tim e  s tr ea m i n g   in f er en ce .   T h is   ab s tr ac tio n   allo ws th e  s tu d y   to   f o cu s   o n   m ig r atio n   d ec is io n   e f f ec tiv en ess   r ath er   th a n   r u n tim e  ML   o v er h ea d .   T o   en s u r e   r ep r o d u cib ilit y   an d   r ed u ce   s to ch asti c  b ias,  ea ch   e x p er im en t   was  r ep ea ted   f iv e  t im es  with   d if f er en t  r a n d o m   s ee d s   an d   av er ag e  r esu lts   wer e  r ep o r te d   f o r   all  ev al u atio n   m etr ics.   T h e  f r am ewo r k   is   d esig n ed   to   s ca le  with   in cr ea s in g   n u m b er s   o f   h o s ts   an d   VM s ,   as   th e  m o d u lar   ar ch itectu r e  d is tr ib u tes  f o r ec asti n g ,   p r ed ictio n   a n d   s ch ed u lin g   task s   in d e p en d e n tly .   Ho wev er ,   c o m p u tatio n al  o v er h ea d   ass o ciate d   with   lar g e - s ca le  in f er en ce   a n d   m i g r atio n   co o r d in atio n   is   n o t   ex p licitly   m o d ele d   in   C lo u d Sim   an d   th u s   s ca lab ilit y   is   ev alu ated   p r im ar ily   in   ter m s   o f   s y s tem   b e h av io r   r ath er   th a n   ex ec u tio n   tim e.     4 . 2 .     Da t a s et   a nd   wo r k lo a d t ra ce s   T h r ee   p u b licly   a v ailab le  clo u d   wo r k lo a d   d atasets   wer e  u tili ze d   f o r   tr ain in g   an d   v ali d atin g   th e   p r ed ictiv e  m o d els  in teg r ate d   in to   th e   PVMM   f r am ewo r k .   T h e  G o o g le  C lu s ter   T r ac e   was  em p lo y e d   to   r ep r esen t  p r o d u ctio n - s ca le,   h eter o g en eo u s   wo r k lo a d s   ty p i ca l  o f   lar g e  clo u d   in f r astru c tu r es.  T h e  L ANL   Mu s tan g   an d   T r i n ity   tr ac es  wer e  u s ed   t o   ca p tu r e   h ig h - p er f o r m a n ce   c o m p u tin g   wo r k l o ad   c h ar ac ter is tics ,   in clu d in g   v ar y in g   task   co m p l ex ities ,   ex ec u tio n   d u r atio n s   a n d   r eso u r ce   c o n ten tio n   b e h av io r s .   E ac h   d ataset  co n tain ed   d etailed   in f o r m ati o n   o n   C PU  u tili za tio n ,   m e m o r y   co n s u m p tio n ,   d is k   in p u t/o u tp u t   ( I /O ) ,   task   p r io r ity ,   r etr y   c o u n t a n d   ex it c o d es.   All d atasets   wer e  clea n ed   an d   p r ep r o ce s s ed   to   r em o v e  d u p lic ates,  in co m p lete  r ec o r d s   an d   a n o m alies,  f o llo win g   s tan d a r d ized   p r o ce d u r es  d escr ib ed   in   r ec e n t  m ac h i n e - lear n in g - b ased   f ailu r e  p r ed ictio n   s tu d ies  [ 1 3 ] .   T h e  p r ep r o ce s s ed   d ata  wer e  p ar titi o n ed   in to   tr ain in g   an d   test in g   s ets  in   th e  r atio   o f   7 0 :3 0   f o r   f o r ec asti n g   an d   8 0 :2 0   f o r   f ailu r e   p r ed ictio n .   T h ey   wer e   th en   u s ed   t o   d e v el o p   th e   GR U - b ased   r eso u r ce   f o r ec asti n g   an d   RF - b ased   f ailu r e   p r ed ictio n   m o d e ls   in   T en s o r Flo w  v 2 . 1 2   an d   S cik it - lear n   v 1 . 4 ,   r esp ec tiv ely .   T h e  tr ain ed   m o d els   wer e  th en   ex p o r ted   an d   i n ter f a ce d   with   C lo u d Sim  3 . 0 . 3   to   p r o v id e  r ea l - tim e  p r ed ictio n s   d u r in g   s im u latio n .   Fo r   s im u latio n   wo r k l o ad s ,   Plan etL ab   tr ac es  wer e  em p l o y ed   to   g e n er ate  tim e - v a r y in g   u tili za tio n   in p u ts   f o r   th e  VM s   h o s ted   o n   ea ch   s im u lated   s er v er .   T h ese  tr ac es  ef f ec tiv ely   r ep r o d u ce   d y n am ic  clo u d   co n d itio n s   b y   in t r o d u cin g   r ea lis tic  f lu ctu atio n s   in   C PU  an d   m em o r y   d em an d .   T h is   co m b in ed   u s e  o f   r ea l - wo r ld   tr ac e  d ata  f o r   m o d el  tr ain in g   an d   Plan etL ab - b ased   wo r k lo ad   e m u latio n   e n s u r ed   th at  th e  s im u latio n   en v ir o n m en t  ac c u r ately   r ef lec ted   b o t h   o p er atio n al   u n p r e d ictab ilit y   an d   p r e d ictiv e  d ec is io n - m ak in g   b eh av io r   with in   lar g e - s ca le  clo u d   d ata  c en ter s .     4 . 3 .     M o del  t ra ini ng   a nd   pa r a m et er   c o nfig ura t io n   T h e  r eso u r ce   f o r ec asti n g   m o d el  was  im p lem en ted   u s in g   a  GR U  n eu r al  n etwo r k   d e v elo p ed   in   T en s o r Flo w  v 2 . 1 2 .   T h e  GR U  was  tr ain ed   o n   7 0 %  o f   th e  h is to r ical  tim e - s er ies  d ata,   w h ich   in clu d ed   C PU,  m em o r y   an d   d is k   u tili za tio n   m etr ics,  wh ile  th e  r em ain in g   3 0 %  was  r eser v ed   f o r   test in g   an d   v alid atio n .   E ac h   in p u t  s eq u en ce   was  co n s tr u cted   u s in g   a   1 0 - s tep   s lid in g   win d o w,   co r r esp o n d in g   to   5 - m in u te   s am p lin g   in ter v als,  en ab lin g   th e  m o d el  to   ca p tu r e  tem p o r al  d ep e n d en cies  ac r o s s   s h o r t - ter m   wo r k lo ad   f lu ctu atio n s .   T h e   n etwo r k   ar c h itectu r e  co n s is ted   o f   two   h id d e n   lay er s   with   6 4   n eu r o n s   ea ch   an d   was  o p tim iz ed   u s in g   th e   Ad am   o p tim izer   with   a  lear n in g   r at e  o f   0 . 0 0 1 .   T h e  m ea n   s q u ar ed   er r o r   ( MSE )   lo s s   f u n ctio n   was  em p lo y ed   to   m in im ize  p r ed ictio n   er r o r   d u r in g   tr ain in g .   T h is   co n f i g u r ati o n   allo wed   th e  GR U  m o d el  t o   ef f ec tiv ely   lear 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 l Co n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 5 1 3 - 1 5 2 5   1520   d y n am ic   u tili za tio n   p atter n s   an d   f o r ec ast  n ea r - f u tu r e   w o r k lo ad   tr en d s ,   f ac ilit atin g   p r o ac tiv e  m ig r atio n   d ec is io n s   b ef o r e  o v er lo a d   co n d itio n s   o cc u r r e d .   T h e  f ailu r e  p r e d ictio n   m o d el  was  im p lem en ted   u s in g   s u p er v is ed   ML  tech n iq u es  in   Scik it - lear n   v 1 . 4 ,   em p lo y in g   an   8 0 :2 0   s p lit  f o r   tr ain in g   an d   test in g .   T h e  f ea t u r e  s et  in clu d ed   k e y   b eh a v io r al  an d   s y s tem - lev el   in d icato r s   s u ch   as  task   r etr y   co u n t,  r eso u r ce   co n ten tio n   in d ex ,   SLA  v io latio n   f r e q u en c y   an d   C PU  q u eu e   len g th .   Mu ltip le   class if ier s ,   in clu d in g   RF   an d   XGBo o s t,  wer e  ev alu ated   to   d eter m in e   o p t im al  p er f o r m an ce .   Am o n g   th ese,   th e  RF   m o d el,   co n f ig u r ed   with   2 0 0   esti m ato r s ,   d em o n s tr ated   s u p e r io r   p r ed ictiv e  ca p ab ilit y ,   ac h iev in g   an   F1 - s co r e  o f   0 . 9 4 ,   co n s is ten t  with   p r io r   f in d in g s   in   h ig h - co n f id e n ce   co m p u tin g   B o m m ala  et  a l.   [ 1 3 ] .   T h e  f ailu r e   p r o b ab ilit y   s co r es  g en er ated   b y   th is   m o d e l  wer e  in teg r ated   in to   t h e  PVMM   f r am ewo r k   t o   p r io r itize  m ig r atio n   o f   h ig h - r is k   VM s ,   th er eb y   e n h an ci n g   s y s tem   f au lt to ler an ce   a n d   s er v ice   co n tin u ity .     4 . 4 .     P er f o r m a nce  m e t rics   T h e  p er f o r m a n ce   o f   th e   p r o p o s ed   f r am ew o r k   was  ass ess ed   u s in g   a   s et  o f   q u a n titativ e  m etr ics  th at  co llectiv ely   m ea s u r e  en er g y   ef f icien cy ,   r eliab ilit y   an d   o p e r atio n al  s tab ilit y .   E C   r ep r esen ts   th e  to tal  en er g y   u tili ze d   b y   all  ac tiv e   h o s ts   d u r in g   s im u latio n .   SLA  v io lat io n   d en o tes  th e   r atio   o f   SL A   b r ea ch es   s u ch   as  m is s ed   r esp o n s e  d ea d li n es  o r   laten cy   v io latio n s   to   th e   to tal   n u m b er   o f   e x ec u ted   task s .   T h e  Nu m b e r   o f   VM   m ig r atio n s   r ef lects  th e  f r eq u e n cy   o f   liv e  m ig r atio n   ev e n ts   p er   s im u latio n   cy cle  an d   s er v es  as  an   in d icato r   o f   s y s tem   s tab il ity .   Failu r e  p r ed ictio n   ac cu r ac y   was  q u an tifie d   th r o u g h   p r ec is io n ,   r ec all  an d   F1 - s co r e  m etr ics   o b tain ed   f r o m   th e  ML - b ased   f ailu r e  p r e d icto r .   Fin ally ,   av er ag e  C PU  u tili za tio n   r ep r esen ts   th e  m ea n   h o s t   u tili za tio n   lev el  af ter   m ig r atio n ,   p r o v id in g   in s ig h t in to   o v er a ll lo ad   b alan cin g   ef f icien c y .     4 . 5 .     B a s eline  co m pa riso n met ho ds   T o   v alid ate  t h e  ef f ec tiv e n ess   o f   th e  p r o p o s ed   f r am ewo r k ,   c o m p ar ativ e  ex p er im e n ts   wer e  co n d u cte d   ag ain s t  f o u r   estab lis h ed   VM   m ig r atio n   ap p r o ac h es:  s tatic  t h r esh o ld - b ased   m ig r atio n   [ 2 ] ,   d y n am ic  I QR - b ased   m ig r atio n   [ 8 ] ,   co m b in ed   f o r e ca s t  lo ad - awa r e  ( C F - L A)   mi g r atio n   [ 1 1 ]   an d   th e   E AB F  a lg o r ith m   [ 3 ] .   T h ese  b aselin e  m eth o d s   en co m p ass   a  s p ec tr u m   o f   s tr ateg ies  r an g in g   f r o m   s tatic  an d   d y n am ically   ad ju s ted   th r esh o ld s   to   p r e d ictiv e,   lo ad - awa r e  an d   en e r g y - o p tim ized   m ig r atio n   p o licies,  en ab lin g   a  co m p r eh en s iv e   ev alu atio n   o f   th e  im p r o v e m en ts   ac h iev ed   b y   t h e  p r o p o s ed   p r ed ictiv e  an d   f a u lt - to ler an t  m ig r atio n   f r am ew o r k .     4 . 6 .     T hrea t s   t o   v a lid it y   T h e  ex p er im en tal   s etu p   h as   ce r tain   lim itatio n s .   C lo u d Sim   a b s tr ac ts   lo w - lev el  s y s tem   f ac to r s   s u ch   as  n etwo r k   laten cy ,   h ar d war e  h eter o g en eity   an d   v ir tu aliza tio n   o v er h ea d ,   wh ic h   m ay   af f ec t  r ea l - wo r ld   p er f o r m an ce .   ML   in f er e n ce   l aten cy   is   n o t  e x p licitly   m o d e led ,   as  p r ed ictio n s   ar e  p r e - tr ain ed   an d   in v o k ed   d u r in g   s im u latio n .   Ad d itio n al ly ,   th e   d atasets   u s ed   ( G o o g le   C lu s ter   an d   L ANL   tr ac es)  m ay   n o t  ca p t u r e  al l   wo r k lo ad   v ar iatio n s ,   p o ten tia lly   af f ec tin g   g en e r aliza tio n .   Scalab ilit y   is   ev alu ated   at  th e  s y s tem   lev el,   as   co m p u tatio n al  o v er h ea d   o f   la r g e - s ca le  in f er en ce   a n d   m ig r a tio n   co o r d in atio n   is   n o t  f u lly   r ep r esen ted   in   th e   s im u latio n .   Desp ite  th ese  lim itatio n s ,   th e  s etu p   p r o v id es  a   co n s is ten t  an d   r e p r o d u cib le  b asis   f o r   ev alu atin g   p r ed ictiv e  an d   en er g y - awa r e   VM   m ig r atio n .       5.   P E RF O RM A NCE  E VA L U AT I O N   T h e  p er f o r m an ce   o f   th e  PVMM   was  an aly ze d   u s in g   th e  s etu p   d escr ib ed   ab o v e,   with   em p h asis   o n   en er g y   ef f icien cy ,   m ig r atio n   f r eq u en c y ,   SLA  co m p lian ce   an d   f ailu r e  p r ed ictio n   ac cu r ac y .   T h e  d ata  s h o wn   is   f r o m   5   r u n s   ea ch   with   th e  m ea n   v alu es sh o wn .     5 . 1 .     E v a lua t i o n  o bje ct iv es   T h e  ex p er im en tal  e v alu atio n   was  d esig n ed   to   c o m p r e h e n s iv ely   ass ess   th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e   p r o p o s ed   f r a m ewo r k   ac r o s s   it s   k ey   f u n ctio n al   co m p o n e n ts .   Sp ec if ically ,   th e   o b jectiv es  wer e  to   v ali d ate  th e   ADT - EC   m ec h an is m   in   m in i m izin g   u n n ec ess ar y   m ig r atio n s   an d   s tab ilizin g   h o s t  wo r k lo a d s .   T o   ev alu ate  t h e   ac cu r ac y   o f   th e  GR U - b ased   f o r ec asti n g   m o d el  u n d er   d y n a m ically   v ar y in g   clo u d   wo r k lo ad s .   T o   m ea s u r e  th e  ca p ab ilit y   o f   th e   f ailu r e   p r ed ic tio n   m o d el  in   id en tif y in g   h ig h - r is k   VM s   b ef o r e  p o ten tial  f ai lu r e  ev e n ts .   An d   to   q u an tify   th e  im p r o v em en ts   in   en er g y   e f f icien cy   a n d   SL A  co m p lian ce   ac h iev ed   th r o u g h   th e  I E AB F  h o s t  s elec tio n   alg o r ith m .   All  r ep o r ted   r esu lts   r ep r esen t  m ea n   v a lu es  o v er   f iv e  in d ep en d en t  s im u latio n   r u n s .   T h e   o b s er v ed   p e r f o r m an ce   tr en d s   r em ain ed   co n s is ten t  ac r o s s   r u n s   with   lo w  v ar ian ce ,   in d icatin g   s tab ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k .     5 . 2 .     EC   a na ly s is   Fig u r e  2   illu s tr ates  av er ag e  EC   ac r o s s   m ig r atio n   s tr ateg i es.   T h e  ADT - E C +I E AB F  co m b in atio n   r ed u ce d   to tal  en e r g y   u s ag e  b y   ap p r o x im ately   1 5 - 1 8 %  r elati v e  to   d y n a m ic  I QR - b ased   m et h o d s   an d   u p   to   2 2 %   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           P r ed ictive  a n d   fa u lt - to lera n t  virt u a l m a ch in e  mig r a tio n   fo r   en erg y - efficien t c lo u d   …  ( R a k s h a n   G.   K . )   1521   co m p ar ed   with   s tatic  th r esh o l d   m ig r atio n .   T h ese  f in d in g s   alig n   with   Ma   et  a l.   [ 3 ] ,   w h e r e  ad ap tiv e  en e r g y   th r esh o ld s   ac h ie v ed   a n   a v er ag e  1 5 . 4 9 %  r ed u ctio n .   T h e  im p r o v em e n t  s tem s   f r o m   d y n am ic   h o s t  r ec lass if icatio n   to   B L UE ,   G R E E N,   an d   R E D  s tates,  wh ich   m in im izes  r ed u n d a n t  m ig r atio n s   an d   co n s o lid ates  wo r k lo ad s   o n ly   wh e n   EC   ex ce ed s   th e  ad ap tiv e  lim it  o f   · max .   T h is   im p r o v em en t  is   p r im a r ily   d u e  t o   p r o ac tiv e  co n s o lid atio n   en a b l ed   b y   wo r k lo ad   f o r ec asti n g ,   wh ich   p r ev e n ts   u n n ec ess ar y   h o s t  ac tiv atio n   an d   r ed u ce s   en er g y   s p ik es.             Fig u r e  2 .   C o m p a r is o n   o f   av er a g e  E C   ( in   k W h )   am o n g   d if f er e n t V M  m ig r atio n   s tr ateg ies       5 . 3 .     M ig ra t i o n f re qu ency   a nd   s t a bil it y   As  s h o wn   in   Fig u r e  3 ,   th e  p r o p o s ed   m et h o d   r e d u ce d   th e  n u m b e r   o f   VM   m ig r atio n s   b y   ap p r o x im ately   8 0 %  co m p ar e d   with   d y n a m ic  th r esh o ld   tec h n iq u es  an d   b y   o v er   8 3 %  co m p ar ed   with   s tatic   p o licies,  clo s ely   m atch in g   th e   8 3 . 3 2 %  r e d u ctio n   o b s er v ed   b y   Ma   et  a l.   [ 3 ] .  T h e  SS - C AU  co r r elatio n - b ased   s elec tio n   alg o r ith m   co n tr ib u te d   s ig n if ican tly   b y   p r io r itizin g   VM s   m o s t  co r r elate d   with   h o s t  o v er lo ad   wh ile  m in im izin g   d ata  tr a n s f er   o v er h ea d .   T h is   r e d u ce d   o s cillato r y   m ig r atio n s   a n d   im p r o v ed   h o s t  u tili za tio n   s tab ilit y .   T h e  r ed u ctio n   is   f u r t h er   attr ib u ted   to   p r e d ictiv e  m ig r atio n   tim in g ,   wh ich   a v o id s   r ea ctiv e  o s cillatio n s   co m m o n l y   o b s er v ed   in   t h r esh o ld - b ased   a p p r o ac h es.           Fig u r e  3 .   C o m p a r is o n   o f   th e  n u m b er   o f   VM   m ig r ati o n s   p er   2 4 - h o u r   s im u latio n   p er io d   ac r o s s   d if f er en t  m ig r atio n   s tr ater g ies       5 . 4 .     SL A  v io la t io n r a t e  ( SL AV)   T h e  SLA V ,   d ef i n ed   as  t h e  p e r ce n tag e  o f   task s   ex ce e d in g   p er f o r m a n ce   co n s tr ain ts ,   was  r ed u ce d   b y   7 %  to   9 %  co m p ar ed   with   ex is tin g   ap p r o ac h es  as  s h o wn   i n   F ig u r e  4 .   T h e  im p r o v em en t  r esu lts   f r o m   p r o ac tiv e   m ig r atio n   tr ig g er s   en ab led   b y   f o r ec asted   u tili za tio n   an d   f ailu r e  r is k   s co r es,  en s u r in g   t h at  h o s ts   r em ain   b elo w   th e  s af e  en er g y   th r esh o ld   max   af ter   r ea llo ca tio n .   T h e  I E AB F  h o s t  s elec tio n   p r o ce s s   f u r th e r   m ain tain ed   SLA  ad h er en ce   b y   p r ev e n tin g   o v e r lo ad   p r o p a g atio n   d u r in g   co n s o lid atio n .   B y   an ticip atin g   o v er lo ad   c o n d itio n s ,   PVMM   r ed u ce s   d elay ed   m ig r atio n s ,   wh ich   ar e  a  p r im ar y   ca u s e  o f   SLA  v io latio n s   in   r ea ctiv e  s y s tem s .       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 l Co n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 5 1 3 - 1 5 2 5   1522       Fig u r e  4 .   Sh o ws th e  SLA  v io l atio n   r ates f o r   v ar io u s   m i g r atio n   p o licies       5 . 5 .     F a ilu re   predict io n per f o rm a nce   T h e  RF   an d   XGBo o s t   m o d els,  tr ain ed   o n   th e  Go o g le,   Mu s tan g   an d   T r in ity   tr ac es,  d em o n s tr ated   s u p er io r   p r e d ictiv e  ac cu r ac y   co m p ar ed   t o   b aselin e  class if i er s ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  5 .   Am o n g   th em ,   th e  RF   m o d el  ac h ie v ed   a n   ac cu r ac y   o f   9 4 . 1 %,  p r ec is io n   o f   9 2 . 8 %,  r ec all  o f   9 4 . 8 %  a n d   a n   F1 - s co r e  o f   9 3 . 6 %.  T h ese   r esu lts   v alid ate  th e  ef f ec ti v en e s s   o f   m u lti - tr ac e  tr ai n in g   i n   ca p tu r in g   d iv er s e  w o r k lo a d   b e h a v io r s ,   en a b lin g   th e   m o d el  to   ac cu r atel y   an ticip ate   VM - lev el  f ailu r es.  T h e   r esu ltin g   f ailu r e  r is k   p r e d ictio n s   f ac i litated   p r e - em p tiv e   m ig r atio n s ,   th er e b y   r e d u cin g   p o ten tial ser v ice  in ter r u p tio n s   a n d   im p r o v in g   o v e r all  s y s tem   r esil ien ce .           Fig u r e  5 .   Sh o ws th e  co m p a r is o n   o f   f ailu r e  p r ed ictio n   m o d el  p er f o r m an ce   ac r o s s   class if ier s       5 . 6 .     Reso urce   f o re c a s t ing   a c cura cy   T h e  GR U - b ased   f o r ec asti n g   m o d u le  o u tp er f o r m e d   tr ad itio n al  tim e - s er ies  m o d els  s u ch   as   au to r eg r ess iv e  in teg r ated   m o v in g   av er a g e  ( AR I MA )   an d   Ho lt - W in ter ’ s   ex p o n en tial  s m o o th in g .   T h e  m ea n   ab s o lu te  p er ce n tag e  er r o r   ( MA PE)   was  3 . 8 %  f o r   C PU   an d   4 . 6 %  f o r   m em o r y   u til izatio n   p r ed ictio n s ,   co m p ar ed   with   7 %  to   9 %  f o r   AR I MA .   Acc u r ate  s h o r t - ter m   f o r ec asti n g   f ac ilit ated   tim ely   ac tiv atio n   o f   th e  m ig r atio n   s ch ed u ler ,   im p r o v in g   lo ad   b alan ce   an d   p r ev en tin g   o v er lo a d   p r o p a g atio n .   T h is   im p r o v e m en t  is   d u e   to   th e   GR U  m o d el’ s   ab ilit y   t o   ca p t u r e  tem p o r al   d e p en d e n c ies  in   wo r k lo ad   p atter n s ,   en a b lin g   m o r e   ac cu r ate   s h o r t - ter m   p r ed ictio n s .     5 . 7 .     Co m pa ra t iv e  perf o r m a nce  s um m a ry   T ab le  1   p r esen ts   a  co m p ar ativ e  s u m m ar y   o f   th e  p r o p o s ed   PVMM   f r am ewo r k   ag ain s t  th r e e  b aselin e   s tr ateg ies - Static  T h r esh o ld   [ 2 ] ,   Dy n am ic  I QR - b ased   m ig r a tio n   [ 8 ]   an d   C F - L A  m ig r atio n   [ 1 1 ] .   T h e   r esu lts   clea r ly   d em o n s tr ate  th e  s u p er io r   p er f o r m a n ce   o f   PVMM   ac r o s s   all  ev alu ated   m etr ics.  S p ec if ically ,   PVMM   ac h iev es  th e  h ig h est  en er g y   r ed u ctio n   o f   1 8 . 2 %,  o u t p er f o r m in g   C F - L A  an d   I QR - b ased   ap p r o ac h es  b y   4 . 4 %  an d   6 . 7 %,  r esp ec tiv el y .   T h e  f r am ewo r k   also   r ed u ce s   th e  f r e q u en cy   o f   VM   m ig r atio n s   b y   8 3 . 3 %  c o m p ar e d   to   s tatic  th r esh o ld   m eth o d s ,   in d ic atin g   im p r o v ed   s y s tem   s tab ilit y   an d   f ewe r   r ed u n d a n t m ig r ati o n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.