Fairness Centred Framework for the ONOS SDN Controller

Abstract

Nos últimos anos, atividades que ocorrem na internet explodiram em uso. A migração de serviços para a nuvem e novos casos de uso emergentes aumentaram o número de utilizadores e trouxeram mais tráfego para as redes com cargas ainda mais pesadas. Atividades de gestão e otimização tornaram-se imprescindíveis para garantir a qualidade da experiência dos utilizadores em redes tão congestionadas. O paradigma de redes definidas por software (Software Defined Networks, SDN) pode facilitar a vida dos administradores de rede no que diz respeito à sua gestão e otimização, apresentando toda a rede como uma entidade programável.A evolução das tecnologias SDN trouxe mais opções para construir e orquestrar redes, mas também aumenta constantemente a barreira de conhecimento para os administradores de rede. Além disso, os desafios de gerenciamento começam a acumular-se quando consideramos tendências recentes, por exemplo conexões mesh ou dispositivos alimentados por bateria, usados para ajudar a aumentar a confiabilidade ou eficiência computacional dos dispositivos, mas que são difíceis de gerir adequadamente.Para combater isso, revemos as plataformas de orquestração na literatura e pesquisamos atividades comuns de gerenciamento para desenvolver uma estrutura de gestão e otimização para o controlador SDN ONOS com mecanismos de encaminhamento úteis.A nossa intenção é facilitar a interação entre a complexa pilha tecnológica e os administradores de rede. Ao manter uma coleção de algoritmos de encaminhamento na nossa estrutura, os utilizadores podem simplesmente escolher o mais adequado para orientar o comportamento da rede segundo a maneira pretendida. Para dar resposta às novas propriedades de redes modernas, que são difíceis de gerenciar, também propomos um novo mecanismo de justiça entre serviços que considera atraso do serviço, consumo de energia e probabilidade de perda.O nosso objetivo é que a nossa estrutura seja compatível com cenários sem fio para que possa ser implantada em ambientes 5G. A avaliação da plataforma, com suporte para diversos algoritmos, revela que a mesma consegue suportar de forma satisfatória topologias complexas, baseadas em redes de cenários realistas. Este documento serve o propósito de compilar a nossa pesquisa, bem como as principais decisões e etapas de implementação que levam à estrutura alvo.

In the last years, internet activity has exploded in use. Migration of services to the cloud and emerging new use cases increased the number of users and brought more network traffic with heavier loads. Management and optimisation activities became imperative to assure the quality of experience of users in such information-clogged networks. The SDN paradigm can facilitate the life of network administrators regarding network management and optimisation by presenting the whole network as a programmable entity. The evolution of SDN technologies brought more options to build and orchestrate networks but also increased the complexity of solutions, raising the knowledge barrier for new network administrators. Furthermore, management challenges start to build up when we consider recent network trends, e.g. mesh connections, battery-powered devices, used to help increase the reliability or computational efficiency of devices, but that are arduous to manage properly.To combat this, we reviewed orchestration platforms in the literature and researched common management activities to develop a management and optimisation framework for the ONOS SDN controller with helpful forwarding mechanisms.Our intent is to close the gap between the complex technological stack and network administrators. By maintaining a collection of forwarding algorithms in the framework, users can simply choose the more adequate to use to steer network behaviour in the desired way. To provide an answer for trendy network features, that are difficult to manage, we also propose a novel service fairness mechanism that considers service delay, energy consumption and loss probability. We aim for our framework to be compatible with wireless scenarios so it can be deployed in emerging 5G. The results achieved in the evaluation of the proposed framework supporting different algorithms reveal good performance indicators of the framework to tackle complex topologies, close to real networks. This document serves the purpose of compiling our research, as well as the main decisionsand implementation steps that lead to the target framework.