Contribution to an efficient and resilient embedding of virtual networks under various constraints
Contribution à une instanciation efficace et robuste des réseaux virtuels sous diverses contraintes
Résumé
Network virtualization allows to create logical or virtual networks on top of a shared physical or substrate network. The resource allocation problem is an important issue in network virtualization. It corresponds to a well known problem called virtual network embedding (VNE). VNE consists in mapping each virtual node to one substrate node and each virtual link to one or several substrate paths in a way that the objective is optimized and the constraints verified. The objective often corresponds to the optimization of the node computational resources and link bandwidth whereas the constraints generally include geographic location of nodes, CPU, bandwidth, etc. In the multi-domain context where the knowledge of routing information is incomplete, the optimization of node and link resources are difficult and often impossible to achieve. Moreover, to ensure service continuity even upon failure, VNE should cope with failures by selecting the best and resilient mappings. Inthisthesis,westudytheVNEresourceallocationproblemunderdifferentrequirements. To embed a virtual network on multi-domain substrate network, we propose a joint peering and intra domain link mapping method. With reduced and limited information disclosed by the domains, our downsizing algorithm maps the intra domain and peering links in the same stage so that the resource utilization is optimized. To enhance the reliability of virtual networks, we propose a failure avoidance approach that minimizes the failure probability of virtual networks. Exact and heuristic solutions are proposed and detailed for the infinite and limited bandwidth link models. Moreover, we combine the failure avoidance with the failure protection in our novel protection-level-aware survivable VNE in order to improve the reliability. With this last approach, the protectable then the less vulnerable links are first selected for link mapping. To determine the protectable links, we propose a maxflow based heuristic that checks for the existence of backup paths during the primary mapping stage. In case of insufficient backup resources, the failure probability is reduced.
La virtualisation de réseau permet de créer des réseaux logiques, dits virtuels sur un réseau physique partagé dit substrat. Pour ce faire, le problème d’allocation des ressources aux réseaux virtuels doit être résolu efficacement. Appelé VNE (Virtual Network Embedding), ce problème consiste à faire correspondre à chaque nœud virtuel un nœud substrat d’un côté, et de l’autre, à tout lien virtuel un ou plusieurs chemins substrat, de manière à optimiser un objectif tout en satisfaisant un ensemble de contraintes. Les ressources de calcul des nœuds et les ressources de bande passante des liens sont souvent optimisées dans un seul réseau substrat. Dans le contexte multi-domaine où la connaissance de l’information de routage est incomplète, l’optimisation des ressources de nœuds et de liens est difficile et souvent impossible à atteindre. Par ailleurs, pour assurer la continuité de service même après une panne, le VNE doit être réalisé de manière à faire face aux pannes. Dans cette thèse, nous étudions le problème d’allocation de ressources (VNE) sous diverses exigences. Pour offrir la virtualisation dans le contexte de réseau substrat multi-domaines, nous proposons une méthode de mappage conjoint des liens inter-domaines et intra-domaines. Avec une information réduite et limitées annoncées par les domaines, notre méthode est capable de mapper simultanément les liens intra-domaines et les liens inter-domaines afin d’optimiser les ressources. De plus, pour améliorer la robustesse des réseaux virtuels, nous proposons un algorithme d’évitement des pannes qui minimise la probabilité de panne des réseaux virtuels. Des solutions exactes et heuristiques sont proposées et détaillées pour des liens à bande passante infinie ou limitée. En outre, nous combinons l’algorithme d’évitement des pannes avec la protection pour proposer un VNE robuste et résistant aux pannes. Avec cette nouvelle approche, les liens protégeables puis les liens les moins vulnérables sont prioritairement sélectionnés pour le mappage des liens. Pour déterminer les liens protégeables, nous proposons une heuristique qui utilise l’algorithme du maxflow afin de vérifier etdedéterminerlesliensprotégeablesàl’étapedumappagedesliensprimaires. Encasd’insuffisance de ressources pour protéger tous les liens primaires, notre approche sélectionne les liens réduisant la probabilité de panne.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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