Development of dynamic resource management mechanisms for virtualized network environments

Lahlou, Laaziz (2021). Development of dynamic resource management mechanisms for virtualized network environments. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The unprecedented and extreme cloud computing growth, virtualization of network functions, and software-defined networking paradigms have driven and guided many technological developments. These advances made it possible to significantly and somewhat radically review the design, deployment, and management of network services.

Despite the promises in terms of reduced operating costs, automated operations, and increased revenue, several challenges remain to overcome to be able to make the transition to full automation of network and service management. Among the challenges, the placement and chaining of virtualized network functions and the dynamic adaptation of these remain among the most studied. In practice, these two problems are considered very promising for making this transition successful. Simultaneously, they are interconnected and require effective and practical solutions that meet the demands of the applications and services they are intended for when deployed and reconfigured to accommodate specific changes at a lower cost.

In this thesis, the two problems are studied, and different techniques have been proposed to solve them. We have considered different scenarios for each research problem and evaluated using several performance metrics. Furthermore, it contains four contributions: First, FASTCALE, a scalable cultural genetic algorithm is proposed for the placement and chaining of complex virtual network services; Second, ARTIMIS a suite of optimization techniques for the selection of VNFs, given their different performances and configurations, for delay-sensitive services and a chemical reaction based meta-heuristic for their placement and chaining. Third, VALKYRIE a set of clustering techniques enabling the deployment of service function chains across on-demand clusters and the reduction of the search space toward guaranteed feasible solutions; Forth, DAVINCI a dynamic adaptation approach that incorporates elasticity mechanisms as a set of decisions to adapt the service function chains with least cost quickly. The evaluation results are presented to show the effectiveness of the proposed models and algorithms.

Titre traduit

Développement de mécanismes de gestion dynamique des ressources pour les environnements de virtualisation de réseau

Résumé traduit

La croissance sans précédent et extrême de l’informatique dans les nuages, la virtualisation des fonctions réseau et les paradigmes de gestion de réseau définis par logiciel ont conduit et guidé de nombreuses développements technologiques. Ces avancées ont permis de revoir la conception, le déploiement et la gestion des services réseau de manière significative et -quelque peu- radicale. Malgré les promesses en termes de réduction des coûts d’exploitation, d’automatisation des opérations et d’augmentation des revenus, plusieurs défis restent à relever pour pouvoir assurer une transition vers l’automatisation complète de la gestion du réseau et des services.

Parmi ces enjeux, le placement et le chaînage des fonctions réseau virtualisées ainsi que l’adaptation dynamique de celles-ci restent parmi les plus étudiés et traités dans la literature. En pratique, ces deux problèmes sont considérés comme très prometteurs pour réussir cette transition. En même temps, ils sont interconnectés et nécessitent des solutions efficaces qui répondent à la fois aux demandes des applications et des services auxquels ils sont destinés, lorsqu’ils sont déployés et reconfigurés pour s’adapter à certaines évolutions à moindre coût.

Dans cette thèse, les deux problèmes sont étudiés et différentes techniques ont été proposées pour les résoudre. Nous avons envisagé différents scénarios pour chaque problème et évalué à l’aide de plusieurs mesures de performance. En outre, cette dissertation contient quatre contributions: Premièrement, FASTCALE, un algorithme génétique culturel évolutif est proposé pour le placement et le chaînage de services de réseaux virtuels complexes; Deuxièmement, ARTIMIS une suite de techniques d’optimisation pour la sélection des VNF, compte tenu de leurs différentes performances et configurations, en ce qui concerne les services sensibles aux délais et une méta-heuristique basée sur le principe de réactions chimiques pour leur placement et chaînage. Troisièmement, VALKYRIE un ensemble de techniques de partionnement permettant le déploiement de chaînes de fonctions virtualisées à travers des grappes de noeuds à la demande afin de pouvoir assurer la réduction de l’espace de recherche vers des solutions réalisables garanties; Quatrièmement, DAVINCI une approche d’adaptation dynamique qui intègre des mécanismes d’élasticité comme un ensemble de décisions pour adapter rapidement les chaînes de fonctions de service à moindre coût. Les résultats de l’évaluation sont présentés pour montrer l’efficacité des modèles et algorithmes proposés.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 187-200).
Mots-clés libres:	virtualisation de fonctions réseaux, allocation de ressources, chaînes de service dynamiques, placement de fonction réseaux, algorithmes exacte et stochastique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kara, Nadjia
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	11 févr. 2025 20:42
Dernière modification:	11 févr. 2025 20:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2921

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