Design of Robust Programmable Networks with Bandwidth-optimal Failure Recovery Scheme

Autor: Thierry Turletti, Issam Tahiri, Ruslan Sadykov, Giuseppe Di Lena, Andrea Tomassilli, François Vanderbeck, Stéphane Pérennes, Frédéric Giroire, Damien Saucez, Chidung Lac
Přispěvatelé: Combinatorics, Optimization and Algorithms for Telecommunications (COATI), Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-COMmunications, Réseaux, systèmes Embarqués et Distribués (Laboratoire I3S - COMRED), Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S), Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Orange Labs [Meylan], Orange Labs, Design, Implementation and Analysis of Networking Architectures (DIANA), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Université de Bordeaux (UB), Reformulations based algorithms for Combinatorial Optimization (Realopt), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, EfDyNet, ANR-15-IDEX-0001,UCA JEDI,Idex UCA JEDI(2015), ANR-17-EURE-0004,UCA DS4H,UCA Systèmes Numériques pour l'Homme(2017), COMmunications, Réseaux, systèmes Embarqués et Distribués (Laboratoire I3S - COMRED), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Computer Networks
Computer Networks, Elsevier, 2021, 192 (108043), ⟨10.1016/j.comnet.2021.108043⟩
Computer Networks, Elsevier, 2021, 192, ⟨10.1016/j.comnet.2021.108043⟩
Computer Networks, 2021, 192 (108043), ⟨10.1016/j.comnet.2021.108043⟩
ISSN: 1389-1286
DOI: 10.1016/j.comnet.2021.108043⟩
Popis: International audience; More than ever, data networks have demonstrated their central role in the world economy, but also in the well-being of humanity that needs fast and reliable networks. In parallel, with the emergence of Network Function Virtualization (NFV) and Software Defined Networking (SDN), efficient network algorithms considered too hard to be put in practice in the past now have a second chance to be considered again. In this context, as new networks will be deployed and current ones get significant upgrades, it is thus time to rethink the network dimensioning problem with protection against failures. In this paper, we consider a path-based protection scheme with the global rerouting strategy in which, for each failure situation, there may be a new routing of all the demands. Our optimization task is to minimize the needed amount of bandwidth. After discussing the hardness of the problem, we develop two scalable mathematical models that we handle using both Column Generation and Benders Decomposition techniques. Through extensive simulations on real-world IP network topologies and on randomly generated instances, we show the effectiveness of our methods: they lead to savings of 40 to 48% of the bandwidth to be installed in a network to protect against failures compared to traditional schemes. Finally, our implementation in OpenDaylight demonstrates the feasibility of the approach. Its evaluation with Mininet shows that our solution provides sub-second recovery times, but the way it is implemented may greatly impact the amount of signaling traffic exchanged. In our evaluations, the recovery phase requires only a few tens of milliseconds for the fastest implementation, compared to a few hundreds of milliseconds for the slowest one.
Databáze: OpenAIRE
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