A Problem Statement of Availability Optimization in Corporate Software-Defined Networks
Authors: Матвеева А.П. 
Published: July 2024

Увеличение структурной сложности корпоративных телекоммуникационных сетей актуализирует вопросы обеспечения доступности предоставляемых ими сетевых сервисов. На данный момент основным способом повышения сетевой доступности является наращивание пропускной способности за счет внедрения в существующую сеть новых сетевых устройств и сегментов, что является неэффективной мерой, поскольку при этом не учитываются структурно-топологические характеристики сети. Цель данной работы – сформулировать задачу оптимизации доступности корпоративных программно-определенных телекоммуникационных сетей для разработки такого алгоритма перестройки топологии SDN, который будет адаптироваться под характеристики трафика внутри сети и обеспечивать оптимальный уровень доступности сети при существующих ограничениях. В результате работы алгоритма предлагается находить такую оптимальную виртуальную топологию (набор узлов и ребер), при которой при фиксированных значениях критериев доступности каналов связи значения доступности сети, рассчитываемые по описываемой методике оценки критерия доступности сети, были бы максимальными. Проведенный по описываемой методике оценки расчет показал, что увеличение количества ребер графа сети повышает доступность всей сети при фиксированном значении критерия доступности каналов связи, однако существует вероятность того, что бесконтрольное добавление связей внесет существенную нелинейность в изменении доступности уже существующих каналов связи, что требует дальнейшего исследования. Для того, чтобы выработать эффективный алгоритм оптимизации в условиях неопределенности и нелинейности, задача оптимизации была детерминирована путем ввода некоторых предположений. Ключевые слова: доступность, программно-определяемая сеть, SDN, OpenFlow, топология сети.

The increase in the structural complexity of corporate telecommunication networks actualizes the ensuring the availability of the network services they provide issues. For the present, the primary way to increase network availability is to increase bandwidth by introducing new network devices and segments into the existing network, which is an ineffective measure since it does not take into account the structural and topological characteristics of the network. The purpose of this work is to formulate the problem of optimizing the availability of corporate software-defined telecommunication networks to develop such an algorithm for rearranging the SDN topology, which will adapt to the characteristics of traffic within the network and ensure the optimal level of network availability under existing constraints. As a result of the algorithm operation, it is proposed to find such an optimal virtual topology (a set of nodes and edges) for which, with fixed values of the availability criteria of communication channels, the values of the network availability calculated according to the described method of assessing the network availability criterion would be maximum. The calculation performed according to the described assessment method showed that an increase in the number of edges of the network graph increases the availability of the entire network with a fixed value of the availability criterion of communication channels. However, there is a possibility that the uncontrolled addition of links will introduce significant nonlinearity in changing the availability of existing communication channels, which requires further research. To develop an effective optimization algorithm in conditions of uncertainty and nonlinearity, the improvement problem was determined by introducing certain assumptions.