Dynamic resource allocation and quality of service management in Network Virtualization
Allocation dynamique des ressources et gestion de la qualité de service dans la virtualisation des réseaux
Résumé
Internet has been successful in the recent years. The critical infrastructure of the internet
has become stagnant due to the absence of changes in the core networks and stiffness of deployed
equipment. It has become difficult and expensive to deploy new network services. Network virtualization
is a new paradigm to overcome this problem.
In this thesis, we present network virtualization and Software Defined Networking (SDN) as
a solution that can be used by service providers. It enables them to provide new services to
users through virtual networks (VNs) with better quality of service while optimizing the use of
physical network resources.
Firstly, we demonstrate the potential of SDN in the QoS management of a virtualized home
network (VN). We propose and implement ”FlowQoS”, a mechanism that can be deployed by
an Internet Service Provider in the last-mile hop or in the home gateway. Performance measurements
show that this solution can share bandwidth between applications according to userdefined
configuration to guarantee QoS for each active traffic.
The second contribution is modeling the interaction between service providers and infrastructure
providers using game theoretic framework to offer dynamic sharing of physical infrastructure
across multiple VN with different QoS requirements. We present a set of non-cooperative games
to model the negotiation phase and the dynamic allocation of nodes and physical links for each
deployed VN.
Finally we focus on a predictive approach that allows an adaptive control of bandwidth allocation
in order to reduce the packet delays for a given VN on each physical link.
The last two contributions offer dynamic sharing models of physical infrastructure resources
while guaranteeing the QoS for each VN.
Bien qu’Internet soit considéré comme le grand succès de ces dernières années, il est devenu une
infrastructure critique à cause de l’absence de changements dans le réseau coeur et de la rigidité
des équipements déployés. La mise en place et le déploiement des nouveaux services réseau sont
devenus difficiles et coûteux. La virtualisation des réseaux a été présentée comme un nouveau
paradigme pour palier aux problèmes de l’architecture actuelle de l’Internet.
Dans ce travail de thèse, nous présentons la virtualisation des réseaux et les réseaux définis par
logiciels (SDN) comme solution avec laquelle les fournisseurs de services peuvent offrir, au travers
des réseaux virtuels (VN), des nouveaux services aux utilisateurs avec une meilleure qualité
de service, tout en optimisant l’utilisation des ressources réseaux physiques.
La première contribution consiste à démontrer le potentiel de SDN dans la gestion de la QoS
dans le contexte d’un réseau domestique virtualisé. Nous proposons et implémentons le mécanisme
”FlowQoS” qui peut être déployé par un fournisseur d’accès Internet au niveau de la
boucle locale ou bien dans la passerelle domestique. Les mesures des performances montrent
que cette solution permet de partager la bande passante entre plusieurs applications selon la
configuration définie par l’utilisateur pour garantir la QoS pour chaque trafic actif.
La seconde contribution est une modélisation, par la théorie des jeux, de l’interaction entre les
fournisseurs de services et les fournisseurs de l’infrastructure pour le partage dynamique de l’infrastructure
physique entre plusieurs VN avec différents besoins en QoS. Il s’agit d’un ensemble
de jeux non-coopératifs pour modéliser la phase de négociation et celle de l’allocation dynamique
des noeuds et des liens physiques pour chaque VN déployé.
La troisième contribution porte sur une approche prédictive qui permet d’offrir un contrôle
adaptatif de l’allocation de bande passante dans le but de réduire les délais des paquets d’un
VN sur chaque lien physique.
Ces deux dernières contributions offrent des modèles de partage dynamique des ressources d’une
infrastructure physique tout en garantissant la QoS pour chaque VN.
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