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Enabling large scale cloud services by software defined wide area network

Sassi, Haifa (2017). Enabling large scale cloud services by software defined wide area network. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Interconnecting data centers (DCs) efficiently and using the fully available capacity of existing resources in Wide Area Network (WAN) seems to be one of the most challenging issues for service providers (SPs). In this master memory, we investigate a new approach to optimize traffic engineering in WAN which interconnects DCs (Inter-DC WAN) using Software Defined Networking (SDN). We propose a model to optimize bandwidth allocation to flows belonging at different Classes of Services (CoS) according to their priority and the current network state. The proposed model aims to maximize the throughput in the network and to minimize the overall energy consumption. The proposed model takes into account inter-domain communication and respects underlying technology specifications such as Multi-Protocol Label Switching (MPLS).

To build our model, we consider four mathematical expressions for energy consumption of the topology nodes and links namely: the idle, the fully proportional, the agnostic and the step increasing models, and we adopt the MPLS model for Inter-DC WAN. We propose a deterministic algorithm to solve the optimization problem using Linear Programming (LP) solvers and we compare its performances with two existing models: Microsoft solutions’ SWAN which focuses on throughput maximization, and a base line model which aims to minimize energy consumption while allocating bandwidth to different flows. Experiments in the simulation environment show that the proposed solution can optimally exploit available physical capacity in the network to afford users demand in terms of bandwidth and uses the minimum energy to carry traffic. The proposed optimization model is NP-hard, so we propose a greedy heuristic to improve the runtime of the proposed solution.

Titre traduit

Approvisionnement à grande échelle des services basés sur le nuage informatique à travers SDN dans les réseaux étendus

Résumé traduit

Interconnecter les centres des données (DC) d’une manière efficace et utiliser la totalité des ressources disponibles dans le réseau étendu (WAN) présentent les challenges les plus difficiles pour les fournisseurs de services (SP). Dans ce mémoire, nous présentons une nouvelle approche pour optimiser l’ingénierie de trafic dans le réseau WAN qui interconnecte les centres des données (Inter-DC WAN) en utilisant le nouveau concept de réseaux programmables (SDN). Nous formulons un modèle mathématique pour l’optimisation de l’allocation de la bande passante aux différents flux appartenant aux différentes classes de services (CoS) en se basant sur la priorité des services et l’état actuel du réseau. L’objectif de notre formulation mathématique est de maximiser l’utilisation des ressources dans le réseau et de minimiser la consommation d’énergie. En outre, le modèle proposé prend en considération la communication entre les domaines avec différentes spécifications et respecte les spécifications techniques sous-jacentes telles que MPLS.

Afin de construire notre modèle, nous considérons quatre formulations mathématiques pour la consommation d’énergie des noeuds et liens existants dans la topologie : le modèle au repos, le modèle entièrement proportionnel, le modèle agnostique et le modèle en escalier et nous adoptons le modèle MPLS pour le réseau WAN qui interconnecte les centres des données. Nous proposons un algorithme déterministe qui se base sur les solveurs de programmation linéaire pour résoudre notre problème d’optimisation et nous comparons la performance de notre algorithme avec celle de deux modèles existants : SWAN, le modèle proposé par Microsoft, qui s’intéresse à la maximisation de l’utilisation des ressources et un autre modèle qui vise à minimiser la consommation d’énergie pendant la procedure d’allocation de la bande passante aux différentes flux. Les expérimentations effectuées dans l’environnement de simulation montrent que la solution proposée est capable d’une part d’exploiter la capacité physique existante dans le réseau afin de répondre à la demande de l’utilisateur en termes de bande passante et d’autre part de minimiser l’énergie consommé pour router le trafic. Comme le problème d’optimisation proposé est NP-difficile, nous proposons également une heuristique de type glouton pour améliorer le temps d’exécution de la solution proposée.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master' degree with thesis in electrical engineering". Bibliographie : pages 97-101.
Mots-clés libres: Réseaux d'ordinateurs Trafic Modèles mathématiques. Réseaux à grande distance (Informatique) Réseaux SDN. Réseaux d'ordinateurs Trafic Consommation d'énergie. Centres de traitement de l'information. MPLS (Norme) Programmation linéaire. débit, Inter-DC WAN, réseau programmables (SDN), ingénierie de trafic centralisée, consommation d’énergie, maximisation de l’utilisation des ressources
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Cheriet, Mohamed
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Nguyen, Kim Khoa
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 25 sept. 2017 20:01
Dernière modification: 25 sept. 2017 20:01
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1938

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