Autonomic management systems for future internet

Abstract

In the evolving networking environment, the operators face difficulties to deploy, manage and maintain their equipment and services in a simple, cost efficient and end-to-end way. The situation is expected to become even worse since the new systems incorporate a diverse set of heterogeneous network infrastructures. The lack of automation leads to slower and less efficient reaction procedures. Moreover, the rise of the Internet of Things (IoT), where billions of devices will be connected to the Internet, has the potential to change everything. It is evident that there is a need for advanced management systems that would be intelligent and self-adaptive so that to take fast and reliable decisions. However, the management of this intelligence cannot rely on the traditional command and control paradigm. Contrarily, it needs to be based on systems that hide technology complexity from the operator and relax him from the rather slow and error prone task of manual configuration.To overcome the ever-increasing size and complexity of network management, Autonomic Network Management (ANM) and Software Define Networking (SDN) have been recognized as emerging promising solutions. On the one hand, ANM simplifies management and control of network and services, minimizing the burden of manual operation. On the other hand, SDN make the behavior of the network devices (routers/switches) programmable and allow them to be controlled by a central element, thus offering advanced customizability of network control and forwarding behaviors. In this sense, SDN could be seen as an enabler for simplifying the introduction of autonomics into networks and network management.Considering the above, in this dissertation, we design a unified management framework that exploits both ANM and SDN in order to provide a realistic solution to the complexity of network management. The framework supports the efficient operation of multiple autonomic mechanisms. In particular, in the context of this framework, three autonomic mechanisms are designed, developed and evaluated. The first mechanism decides dynamically optimal routing configurations for core networks with respect to the operator’s policies. The second mechanism allocates traffic to the most energy-efficient optical lightpaths in core optical networks. The third mechanism decides dynamically optimal compositions of objects for service provisioning according to the requirements of the end users. The aim of this dissertation is to validate that autonomic management systems are suitable for addressing the challenges of future Internet.

Στο αναπτυσσόμενο δικτυακό περιβάλλον, οι διαχειριστές αντιμετωπίζουν δυσκολίες να αναπτύξουν, διαχειριστούν και διατηρήσουν τις υποδομές τους και τις υπηρεσίες τους με έναν τρόπο απλό, οικονομικά αποδοτικό και ολοκληρωμένο (από άκρο σε άκρο). Η κατάσταση αυτή αναμένεται να γίνει ακόμα χειρότερη καθώς τα νέα συστήματα ενσωματώνουν ένα σύνολο από ποικιλόμορφες και ετερογενής δικτυακές υποδομές. Η έλλειψη αυτοματισμών οδηγεί σε αργότερες και λιγότερο αποδοτικές διαδικασίες αντίδρασης. Επιπλέον, η έγερση του Διαδικτύου των Αντικειμένων (Internet of Things - IoT), όπου δισεκατομμύρια από συσκευές θα συνδεθούν στο Διαδίκτυο, έχει τη δυνατότητα να αλλάξει τα πάντα. Είναι εμφανές ότι υπάρχει η ανάγκη για προηγμένα συστήματα διαχείρισης, τα οποία θα είναι «έξυπνα» και αυτό-προσαρμοζόμενα έτσι ώστε να λαμβάνουν γρήγορες και αξιόπιστες αποφάσεις. Ωστόσο, η διαχείριση αυτής της ευφυΐας δεν μπορεί να βασιστεί στο παραδοσιακό παράδειγμα της εντολής και ελέγχου. Αντίθετα, χρειάζεται να βασιστεί σε συστήματα που κρύβουν την τεχνολογική πολυπλοκότητα από τον διαχειριστή και τον ανακουφίζουν από την σχετικά αργή και επιρρεπή σε λάθη διαδικασία της χειροκίνητης ρύθμισης.Για να ξεπεραστούν το διαρκώς αυξανόμενο μέγεθος και η πολυπλοκότητα της διαχείρισης των δικτύων, η αυτόνομη διαχείριση δικτύων (Autonomic Network Management - ANM) και τα δίκτυα καθοριζόμενα από λογισμικό (Software Defined Networking - SDN) έχουν αναγνωριστεί ως λύσεις αναδυόμενες και πολλά υποσχόμενες. Από την μία, η ANM απλοποιεί τη διαχείριση και τον έλεγχο των δικτύων και των υπηρεσιών, ελαχιστοποιώντας το βάρος της χειροκίνητης λειτουργίας. Από την άλλη, τα SDN κάνουν τη συμπεριφορά των δικτυακών συσκευών (δρομολογητές, μεταγωγείς) προγραμματιζόμενη και τις επιτρέπουν να ελέγχονται από ένα κεντρικό στοιχείο, προσφέροντας έτσι προηγμένη δυνατότητα προσαρμογής του δικτυακού ελέγχου και συμπεριφορών προώθησης. Με αυτή την έννοια, τα SDN μπορούν να θεωρηθούν ως καταλύτες για την απλοποίηση της εισαγωγής της αυτονομίας στα δίκτυα και στη διαχείριση των δικτύων.Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, σε αυτή τη διατριβή, σχεδιάζουμε ένα ενοποιημένο πλαίσιο διαχείρισης που αξιοποιεί τόσο την ANM όσο και τα SDN ώστε να παρέχει μία ρεαλιστική λύση στην πολυπλοκότητα της διαχείρισης των δικτύων. Το πλαίσιο υποστηρίζει την αποδοτική λειτουργία πολλαπλών αυτόνομων μηχανισμών. Ειδικότερα, σε αυτό το πλαίσιο, τρεις αυτόνομοι μηχανισμοί σχεδιάζονται, υλοποιούνται και αξιολογούνται. Ο πρώτος μηχανισμός αποφασίζει δυναμικά βέλτιστες ρυθμίσεις δρομολόγησης σε σχέση με τις πολιτικές του διαχειριστή για δίκτυα κορμού. Ο δεύτερος μηχανισμός αναθέτει το φορτίο της κίνησης στα πιο ενεργειακά αποδοτικά οπτικά μονοπάτια σε οπτικά δίκτυα κορμού. Ο τρίτος μηχανισμός αποφασίζει δυναμικά βέλτιστες συνθέσεις αντικειμένων για παροχή υπηρεσιών σύμφωνα με τις απαιτήσεις των τελικών χρηστών. Ο στόχος αυτής της διατριβής είναι να επικυρώσει ότι τα αυτόνομα συστήματα διαχείρισης είναι κατάλληλα να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις του μελλοντικού Διαδικτύου.