Algorithms for implementing network services with a guaranteed quality of service in an SDN-NFV environment

par Cédric Morin

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Géraldine Texier.

Soutenue le 18-11-2020

à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Advanced technologies for operated networks (laboratoire) , Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique (laboratoire) et de Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) (laboratoire) .

Le président du jury était Guillaume Pierre.

Le jury était composé de Géraldine Texier, Bernardetta Addis, Frédéric Giroire, Jean-Louis Rougier, Stefano Secci.

Les rapporteurs étaient Bernardetta Addis, Frédéric Giroire.

  • Titre traduit

    Algorithmes pour la mise en oeuvre de services réseau avec une qualité de service garantie dans un environnement SDN-NFV


  • Résumé

    Le trafic réseau ne cesse de croître et de nouveaux besoins font aujourd’hui leur apparition avec de très fortes contraintes en termes de ressources et de qualité de service. Pour y faire face la 5G propose une centralisation du contrôle et une abstraction des ressources basées sur SDN et NFV ce qui permet une automatisation du déploiement des services, une optimisation de l’usage des ressources et une réduction des coûts. SDN centralise le plan de contrôle du réseau et gère les ressources des liens tandis que NFV virtualise les ressources des nœuds et transforme les fonctions réseau en VNFs. Dans cette thèse, nous analysons et proposons de résoudre certaines difficultés que pose la mise en place de services réseau dans cet écosystème. Nous abordons d’abord la mise en place d’un service de connectivité à qualité de service garantie. Afin d’éviter un afflux de messages vers le contrôleur et un délai dans l’application de la politique d’accès nous transférons son exécution dans le plan de données. Nous proposons ensuite de rajouter des fonctions réseau à nos services. Nous formulons un algorithme de placement visant à épargner les ressources là où elles sont rares pour placer un maximum de services. Nous doublons cet algorithme d’une technique d’abstraction de la topologie du réseau afin de permettre aux entités tierces d’exposer et vendre leurs ressources sans divulguer les détails de leurs infrastructures. Enfin, pour permette à l’opérateur réseau d’acheter les ressources nécessaires à l’établissement de ses services pour un coût minimal nous proposons un algorithme d’optimisation des réservations basé sur les offres des opérateurs de datacenters ainsi que sur des prévisions de trafic.


  • Résumé

    Network traffic keep growing and newneeds are emerging today with strong requirements in terms of resources and quality of service. To face them 5G relies on control plane centralization and abstraction of resources based on SDN and NFV which allow network services deployment automation, resources utilization optimization and cost reductions. SDN centralizes the network control plane and manages link resources while NFV virtualizes node resources and turns network functions into VNFs. In this thesis we analyze some of the difficulties raised by the establishment of a network service in this context and we propose solutions to solve them. We first tackle the setup of a connectivity service with guaranteed quality of service. To avoid a massive flow of monitoring information to the controller and a delay in the enforcement of the policy we transfer the policy’s execution to the data plane. Then our goal is to add network functions to our services. We design a placement algorithm that spare resources where they are scarce to save them for services that need them to place a maximum of services. We develop a topology abstraction technique to allow other tenants to expose and sell their resources without disclosing the details of their infrastructures. Finally, to help the network operator to buy the resources required to instantiate its network services at a minimal cost we propose an algorithm that optimizes resource reservations based on cloud operators’ commercial offers and network operator’s traffic predictions.


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