Service differentiation in virtual service - based network architectures
Authors: Κατσαλής Κωνσταντίνος 
Published: September 2021

Νέες αρχιτεκτονικές δικτύων που υιοθετούν τις αρχές της εικονικής σχεδίασης (virtualization) και τον έλεγχο της υποδομής σύμφωνα με το Software Defined Networking (SDN) παράδειγμα, σε όλους τους τομείς της τεχνολογίας, είναι απολύτως απαραίτητες προς το όραμα της οικοδόμησης οικοσυστημάτων τεχνολογίας σύννεφου (cloud computing). Μια υποδομή end-to-end διευκολύνει τη διασύνδεση των κέντρων δεδομένων με σταθερούς και κινητούς τελικούς χρήστες μέσω ετερογενών δικτύων σε πολλούς τομείς, ενσωματώνοντας οπτικά δίκτυα με τεχνολογίες ασύρματου δικτύου πρόσβασης. Με δεδομένη την εμφάνιση των τεχνολογιών υπολογιστικού νέφους, καθώς και τις διαφορετικές ανάγκες σε ποιότητα υπηρεσίας (QoS) των μελλοντικών κινητών υπηρεσιών, οι νέες αρχιτεκτονικές απαιτείταινα διευκολύνουν τον προγραμματισμό και έλεγχο των δικτύων. Οι σχετικοί μηχανισμοί διαχείρισης και ελέγχου που είναι σε θέση να παρέχει εγγυήσεις εξυπηρέτηση σε κάθε εικονικό δίκτυο, δεν έχουν αναλυθεί επαρκώς, ενώ είναι απολύτως αναγκαίοι για την λειτουργία των δικτύων και ζωτικής σημασίας για να πετύχει η SDN προσέγγιση.Ο κύριος στόχος της διατριβής αυτής είναι να διερευνήσει και να αναπτύξει βασικές λειτουργίες διαχείρισης δικτύου για τη διαφοροποίηση των υπηρεσιών μεταξύ τάξεων πελατών σε εικονικά end-to-end περιβάλλοντα δικτύου. Χρησιμοποιώντας την κλασική ορολογία, μια διαφοροποιημένη υπηρεσία δεν δίνει εγγυήσεις υπηρεσιών ανά ενοικιαστήδικτύου, αλλά διαφοροποιεί την κυκλοφορία και επιτρέπει την προνομιακή μεταχείριση της μιας τάξης κυκλοφορίας σε σχέση με την άλλη. Λόγω των επιπτώσεων πολλαπλών μισθώσεων και την επίδραση του χρόνου στις μεταβαλλόμενες συνθήκες φόρτου εργασίας, η εφαρμογή της θεωρίας στοχαστικού ελέγχου απαιτείται προκειμένου να αναλυθεί με αυστηρότητα η απόδοση των πολιτικών που είναι σε θέση να επιτύχει τους στόχους της διαφοροποίησης.Παρόλη την θεωρητική ανάλυση υπάρχει πάντα ο κίνδυνος η μελέτη να γίνεται σε πλαίσια που δεν έχουν την προοπτική δυνατότητα εφαρμογής. Προς αυτή την κατεύθυνση, ένας άλλος στόχος της παρούσας διατριβής ήταν να καταλήξει με το σχεδιασμό μιας ρεαλιστικής, multi-domain end-to-end SDN αρχιτεκτονικής, που εκτείνεται από το δίκτυο ασύρματης πρόσβασης μέχρι το virtualized data-center που μπορεί να χρησιμεύσει ως το έδαφος στοοποίο μελετήθηκαν τα προβλήματα της διαφοροποίησης των υπηρεσιών. Σε αυτή την εργασίαπαρουσιάζουμε το σχεδιασμό αυτής της multi-domain αρχιτεκτονικής SDN, που εκτείνεται από το δίκτυο ασύρματης πρόσβασης μέχρι το virtualized data-center. Παρουσιάζουμε τη γενική έννοια, όπου η έρευνα μας επικεντρώνεται στο ασύρματο κομμάτι της αρχιτεκτονικής. Επιπλέον, αναπτύσσονται και αναλύονται αλγόριθμοι κλειστού βρόχου με ανάδραση και αλγόριθμοι που βασίζονται στην θεωρία ουρών, που χρησιμοποιούνται για την εγγυημένη διαφοροποίηση των υπηρεσιών. Το πλαίσιο που αναπτύχθηκε μπορεί να εφαρμοστεί σε διάφορα σημεία ελέγχου στην αρχιτεκτονική (π.χ. http δρομολογητές, ουρές οδήγησης ασύρματου μέσου, συστήματα server) και διάφορα προβλήματα όπου απαιτείται υπηρεσία εγγύησης ανά κατηγορία πελατών. Στοχαστική ανάλυση είναι το εργαλείο που χρησιμοποιήσαμε για να αποδειχθεί μια σειρά από ιδιότητες από την τάξη των πολιτικών, όπως ανάλυση σταθερής κατάστασης και ταχύτητα σύγκλισης. Επιπλέον, παρουσιάσαμε ένα μαθηματικό πλαίσιο για την αποτελεσματική τοποθέτηση περιεχόμενου με την σχετική προσέγγιση βελτιστοποίησης για δίκτυα αρχιτεκτονικής με περιβάλλοντα πολλαπλών τομεων. Οι προτεινόμενες πολιτικές αξιολογήθηκαν τόσο θεωρητικά όσο και από προσομοιώσεις, ενώ επίσης και με εφαρμογή σε περιβάλλον πλατφόρμας δοκιμών.