Nouar, Nour (2022) A cost-driven approach for virtualized network Services Life-cycle Management. École doctorale Mathématiques, Informatique et Télécommunications (Toulouse).

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Abstract

Les systèmes réseaux actuels doivent répondre à un certain nombre de défis nouveaux tels que l’agilité, ou encore la rentabilité. À ce dessein, la virtualisation des fonctions réseaux (NFV) prend une place de plus en plus importante. Là où, chaque fonction réseau s’exécutait sur un équipement matériel dédié, NFV permet aujourd’hui d’exécuter plusieurs fonctions réseaux sur un seul et même matériel générique. De telles fonctions réseaux, sont appelées fonctions réseaux virtualisées (VNF) et peuvent être exécutées à tout moment et à tout endroit du réseau. L'Institut Européen des Normes de Télécommunications (ETSI) a établi le cadre architectural pour la mise en oeuvre du concept de NFV et de ses composants. Cette architecture, aussi appelée le standard ETSI-NFV, décrit d’une part, les principales phases qui constituent le cycle de vie des VNFs notamment la conception, le déploiement, la gestion..., et d’autre part la connectivité entre les VNFs via le concept de service réseau (NS). Cependant, l’écosystème considéré étant dynamique, flexible et sujet à des exigences ultra-changeantes des utilisateurs, les solutions actuelles opérationnelles qui se reposent sur le standard ETSI-NFV pour fournir des services réseaux (NS) ne sont encore pas suffisamment matures pour garantir pleinement l’agilité, la flexibilité, etc. En effet, les VNFs sont propriétaires et spécifiques aux fournisseurs de VNFs. Les modèles de description de VNF existants incluent des détails sur le déploiement de VNFs mais négligent les spécifications fonctionnelles et non fonctionnelles des VNFs. Cette description empêche d’une part une sélection efficace des VNFs les plus pertinents et d’autre part l'automatisation complète de l'approvisionnement du service réseau (NS). Au-delà des limites de la description et de la découverte des modèles actuels, les fournisseurs de services réseau (NS) doivent anticiper et préparer tous les scénarios de chainages de VNFs possibles pour un approvisionnement approprié de la composition du service réseau (NS), même ceux qui sont rarement, voire jamais utilisés. Cette composition du service réseau (NS) aboutit à une topologie de connectivité volumineuse, complexe et statique, qui doit être gérée à chaque phase du cycle de vie du service réseau. Le chainage des VNFs peut être facilement réalisé pour des services réseaux (NS) simples, mais peut s'avérer fastidieux, coûteux et chronophage pour des services réseaux (NS) complexes avec un nombre considérable de VNFs et des workflows sophistiqués. Enfin, ces services réseaux (NS) peuvent être déployés sur des domaines multi-administratifs étendus sur de larges zones (par exemple, différents pays) ou une zone précise où le service ne peut être garanti qu'en combinant les ressources de différents opérateurs administratifs. Ces services nécessitent des ressources réseau qui ne peuvent être fournies que par un opérateur administratif particulier pour atteindre ses capacités. Par conséquent, le déploiement de service réseau (NS) à travers des domaines multi-administratifs nécessite un placement optimal et un chaînage efficace et le moins coûteux pour satisfaire toutes les exigences des utilisateurs sur une combinaison de ressources fédérées. Dans le but de relever ces défis pratiques pour la réalisation des principes NFV, cette thèse propose d'utiliser un langage de domaine standard et pratique à travers des approches ontologiques pour décrire et découvrir les composants NFV. En outre, nous proposons une nouvelle approche qui permet un câblage dynamique et reconfigurable entre VNF dans un NS donné en tant qu'extension du cadre architectural ETSI NFV. De plus, un modèle de déploiement de service réseau rentable dans un environnement fédéré est proposé. Ce modèle satisfait aux accords de niveau de service, garantit les contraintes d'application et effectue des allocations judicieuses des ressources du réseau.

Network Function Virtualization (NFV) is widely expected to be a backbone of the future service providers by allowing to run Virtualized Network Functions (VNF)on top of generic Commercial-Off-The-Shelf (COTS) hardware, anytime and anywhere in the network. This revolutionary concept transforms how VNFs, along with their connectivity through the Network Service (NS) concept, are designed, deployed, and managed. Intuitively, the agility and cost-effectiveness aim to decrease CAPital EXpenditure (CAPEX) and OPrational EXpenditure (OPEX). However, in order to accomplish such a goal, both technological, conceptual, and management advances are required. At present, operational NS provisioning and management solutions are not mature enough. On the one hand, a lack of a shared understanding of VNF descriptions and automated discovery mechanisms, which can undoubtedly be observed due to the heterogeneity of technologies and providers, make the NS design phase non-efficient and time-consuming. On the other hand, following the standards specification, NS provision necessarily implies instantiating all the involved VNFs and configuring all connectivity mentioned in the description template. This rigid instantiation obliges NS providers to anticipate, compose, and configure all possible VNFs and connectivities. Moreover, optimal and automatic placement of the composed VNFs and mapping them to the available resources over the multi-domain environment while considering QoS and SLA constraints can be evenly essential. This thesis intends to address the aforementioned practical challenges and propose using a standard and convenient domain language through ontological approaches to describe and discover NFV components. Further, we introduce a novel approach that enables dynamic and re-configurable wiring among VNF in a given NS. Besides, a lazy resources allocation solution to the Network Service Embedding problem is proposed. This solution optimizes both VNF placement for each network service along with traffic routing across VNFs while satisfying constraints like location and latency.