Конструювання трафіку в програмно-конфігурованій мережі на основі методу прийняття рішень

One of the main control tasks in a computer network is to organize an effective system of information delivery; this task is of particular relevance in the software defined network. Conventional routing tools do not meet the requirements to service quality and the requirements for equitable distribution of congestion along communication channels. Routing in conventional networks is performed by the shortest path search based on a specified parameter, but these tools do not provide sufficient agility when changing routes in the network. Another drawback is the need to transmit regular updates of routing information by passing the service traffic, thereby dramatically increasing the congestion and reducing the throughput.At present, the most effective way to ensure the assigned quality of service parameters, as well as a promising solution to organize efficient routing under conditions of uncertainty, is a software defined network. This new networking paradigm makes it possible to simplify the process of managing the network, to significantly enhance the use of network resources, and to reduce operating costs. One of the main advantages of such a network is control at the upper levels of the reference model, which makes it possible to simplify both the process of network management and the process to manage traffic in corporate networks and data center networks.A new approach to traffic design in a software defined network has been proposed that employs the making-decision theory oriented towards routing exactly in such networks. If there is a «problematic area» and there is the need to overcome it, the decision-making theory under conditions of uncertainty is used, since the probability of selecting the best way to circumvent it accounts for the patterns in transmitted traffic. Such a method makes it possible to reduce the loss of inelastic traffic that is an important component of the overall amount of transmitted information. From a practical point of view, the algorithm constructed in this work, when compared to known algorithms for traffic engineering, improves the quality of service in software defined networksОдной из основных задач управления в компьютерной сети является организация эффективной системы доставки информации, эта задача приобретает особую актуальность в программно-конфигурируемой сети. Средства традиционной маршрутизации не удовлетворяют требованиям качества обслуживания и требованиям равномерного распределения нагрузки по каналам святи. Маршрутизация в традиционных сетях осуществляется средствами поиска кратчайшего пути по заданному параметру, но они не обеспечивают достаточной оперативности при изменении маршрутов в сети. Также недостатком является необходимость передачи регулярных обновлений маршрутной информации путем передачи служебного трафика, из-за чего загруженность резко возрастает, уменьшая полосу пропускания.В настоящее время наиболее эффективным способом обеспечения заданных параметров качества обслуживания и перспективным решением для организации эффективной маршрутизации в условиях неопределенности является програмно-конфигурируемая сеть. Это новая сетевая парадигма, позволяющая упростить процесс управления сетью, значительно повысить использование ресурсов сети и уменьшить операционные расходы. Одним из основных преимуществ такой сети является управление на верхних уровнях эталонной модели, позволяющее упростить как процесс управления сетью, так и процесс управления трафиком в корпоративных сетях и сетях центров обработки данных.Предложен новый подход конструирования трафика в програмно-конфигурируемой сети с использованием теории принятии решений ориентированній на маршрутизацию именно в таких сетях. При возникновении «проблемного участка» и необходимости его обхода используется теория принятия решений в условиях неопределенности, так как вероятность выбора оптимального пути для обхода учитывает особенности передаваемого трафика. Такой метод позволяет уменьшить потери неэластичного трафика, являющегося важной составляющей от общего количества передаваемой информации. С практической точки зрения, полученный в работе алгоритм, по сравнению с известными алгоритмами конструирования трафика, повышает уровень качества обслуживания в программно-конфигурируемых сетяхОднією з основних задач управління в комп’ютерній мережі є організація ефективної системи доставки інформації, яка набуває особливої актуальності в програмно-конфігурованій мережі. Засоби традиційної маршрутизації не задовольняють вимогам якості обслуговування та вимогам рівномірного розподілу навантаження по каналах зв'язку. Маршрутизація в традиційних мережах здійснюється засобами пошуку найкоротшого шляху по заданому параметру, але вони не забезпечують достатньої оперативності при зміні маршрутів в мережі. Ще одним недоліком є необхідність передачі регулярних оновлень маршрутної інформації шляхом передачі службового трафіку, в результаті чого навантаження різко зростає, зменшуючи смугу пропускання.В даний час найбільш ефективним способом забезпечення заданих параметрів якості обслуговування та перспективним рішенням для організації ефективної маршрутизації в умовах невизначеності являється програмно-конфігурована мережа. Це нова мережева парадигма, що надає можливість спростити процес управління мережею, значно підвищити використання ресурсів мережі та зменшити операційні витрати. Однією з основних переваг такої мережі є управління на верхніх рівнях еталонної моделі, що дозволяє спростити як процес управління мережею, так і процес управління трафіком в корпоративних мережах і мережах центрів обробки даних.Запропоновано новий підхід конструювання трафіку в програмно-конфігурованій мережі з використанням теорії прийнятті рішень орієнтований на маршрутизацію саме в таких мережах. При виникненні «проблемної ділянки» та потреби її обходу використовується теорія прийняття рішень в умовах невизначеності, так як ймовірність вибору оптимального шляху для обходу враховує особливості трафіку, що передається. Такий метод дає змогу зменшити втрати нееластичного трафіку, що є важливою складовою від загальної кількості переданої інформації. З практичної точки зору, отриманий в роботі алгоритм, в порівнянні з відомими алгоритмами конструювання трафіку, підвищує рівень якості обслуговування в програмно-конфігурованих мережа

Adaptive traffic management in heterogeneous communication networks

Abstract Communication networks are experiencing a significant growth of data traffic posing new challenges to the overall systems that should become more reactive and adaptive towards dynamically changing traffic, connections and network conditions. This thesis examines adaptive traffic management solutions within heterogeneous communication networks, which can be utilized to improve network performance, provide Quality of Service (QoS) for traffic paths and share resources in a fair way. The developed adaptive methods include solutions for fuzzy flow scheduling (AWFQ, FWQ) and regressive admission control (REAC) to provide stable network performance and efficient resource control. Such techniques for adaptive traffic management continuously balance and control traffic usage and recover from network faults and attacks. The results utilize traffic monitoring for estimating the overall network conditions, applying cognition to learn from previous actions, and adapting to the current traffic conditions for resource optimization. The thesis researches how to distribute these computing mechanisms towards network edges closer to the actual application users for more efficient resource usage, and to provide better performance for delay-sensitive applications. The methods developed have been applied to vehicular communications to assess and improve the messaging between vehicles and vulnerable road users (VRUs). These mechanisms are able to react faster to data traffic changes and guarantee better quality for prioritized traffic and users while at the same time they preserve fairness to other flows compared to traditional control and scheduling methods without adaptive characteristics. The overall system reacts to changes in the network QoS by determining decision-making procedures on possible flow rejection, marking, or allowed bandwidth weight assignment, thus bringing cognition to the network path.Tiivistelmä Merkittävä liikennemäärien kasvu aiheuttaa tietoverkoille uusia haasteita, minkä vuoksi niiden täytyy tukea reaktiivisuutta ja adaptiivisuutta vastatakseen muuttuviin liikenne- sekä verkko-olosuhteisiin että yhteyksiin. Väitöskirjassa kehitetään heterogeenisten tietoverkkojen adaptiivisia liikenteenhallintaratkaisuja, joita voidaan hyödyntää verkon suorituskyvyn parantamiseen, tarjoamaan liikenteen palvelunlaatua (QoS) sekä tasapuolista resurssien jakoa. Kehitetyt adaptiiviset menetelmät sisältävät ratkaisuja sumeaan logiikkaan perustuvaan skedulointiin sekä regressiiviseen verkon pääsynhallintaan pohjautuen, jotka takaavat vakaamman verkon suorituskyvyn ja resurssien hallinnan. Nämä menetelmät tasapainottavat ja kontrolloivat liikennettä sekä pyrkivät palautumaan verkon häiriöistä ja hyökkäyksistä. Tulokset hyödyntävät liikenteen monitorointia verkon tilan arviointiin, soveltavat kognitiivisuutta oppiakseen aiemmista toiminnoista sekä adaptoituvat nykytilanteeseen resurssien optimoimiseksi. Väitöskirja tutkii, miten kyseisiä laskentamenetelmiä voidaan hajauttaa verkon reunoille lähemmäksi sovellusten käyttäjiä resurssien käytön tehostamiseksi sekä tarjoamaan parempaa suorituskykyä viiveherkille sovelluksille. Kehitettyjä menetelmiä sovelletaan autoverkkoihin autojen sekä suojattomien tienkäyttäjien viestinnän määrittämiseen sekä parantamiseen. Nämä menetelmät reagoivat nopeammin dataliikenteen muutoksiin, takaavat paremman laadun priorisoidulle liikenteelle sekä samalla tasapuolisuutta muulle liikenteelle verrattuna perinteisiin kontrollointi- ja skedulointimenetelmiin. Kehitetty järjestelmä reagoi verkon palvelunlaadun muutoksiin määrittelemällä päätöksentekomalleja mahdolliseen tietovuon hylkäämiseen, merkitsemiseen tai kaistankäytön painokertoimen määrittämiseen, täten luoden kognitiivisuutta verkon reitille