Retrofitting Autonomic Capabilities onto Legacy Systems

Autonomic computing - self-configuring, self-healing, self-optimizing applications, systems and networks - is a promising solution to ever-increasing system complexity and the spiraling costs of human management as systems scale to global proportions. Most results to date, however, suggest ways to architect new software constructed from the ground up as autonomic systems, whereas in the real world organizations continue to use stovepipe legacy systems and/or build 'systems of systems' that draw from a gamut of disparate technologies from numerous vendors. Our goal is to retrofit autonomic computing onto such systems, externally, without any need to understand, modify or even recompile the target system's code. We present an autonomic infrastructure that operates similarly to active middleware, to explicitly add autonomic services to pre-existing systems via continual monitoring and a feedback loop that performs, as needed, reconfiguration and/or repair. Our lightweight design and separation of concerns enables easy adoption of individual components, independent of the rest of the full infrastructure, for use with a large variety of target systems. This work has been validated by several case studies spanning multiple application domains

Multi-controller Based Software-Defined Networking: A Survey

Software-Defined Networking (SDN) is a novel network paradigm that enables flexible management for networks. As the network size increases, the single centralized controller cannot meet the increasing demand for flow processing. Thus, the promising solution for SDN with large-scale networks is the multi-controller. In this paper, we present a compressive survey for multi-controller research in SDN. First, we introduce the overview of multi-controller, including the origin of multi-controller and its challenges. Then, we classify multi-controller research into four aspects (scalability, consistency, reliability, load balancing) depending on the process of implementing the multi-controller. Finally, we propose some relevant research issues to deal with in the future and conclude the multi-controller research

A study of the applicability of software-defined networking in industrial networks

173 p.Las redes industriales interconectan sensores y actuadores para llevar a cabo funciones de monitorización, control y protección en diferentes entornos, tales como sistemas de transporte o sistemas de automatización industrial. Estos sistemas ciberfísicos generalmente están soportados por múltiples redes de datos, ya sean cableadas o inalámbricas, a las cuales demandan nuevas prestaciones, de forma que el control y gestión de tales redes deben estar acoplados a las condiciones del propio sistema industrial. De este modo, aparecen requisitos relacionados con la flexibilidad, mantenibilidad y adaptabilidad, al mismo tiempo que las restricciones de calidad de servicio no se vean afectadas. Sin embargo, las estrategias de control de red tradicionales generalmente no se adaptan eficientemente a entornos cada vez más dinámicos y heterogéneos.Tras definir un conjunto de requerimientos de red y analizar las limitaciones de las soluciones actuales, se deduce que un control provisto independientemente de los propios dispositivos de red añadiría flexibilidad a dichas redes. Por consiguiente, la presente tesis explora la aplicabilidad de las redes definidas por software (Software-Defined Networking, SDN) en sistemas de automatización industrial. Para llevar a cabo este enfoque, se ha tomado como caso de estudio las redes de automatización basadas en el estándar IEC 61850, el cual es ampliamente usado en el diseño de las redes de comunicaciones en sistemas de distribución de energía, tales como las subestaciones eléctricas. El estándar IEC 61850 define diferentes servicios y protocolos con altos requisitos en terminos de latencia y disponibilidad de la red, los cuales han de ser satisfechos mediante técnicas de ingeniería de tráfico. Como resultado, aprovechando la flexibilidad y programabilidad ofrecidas por las redes definidas por software, en esta tesis se propone una arquitectura de control basada en el protocolo OpenFlow que, incluyendo tecnologías de gestión y monitorización de red, permite establecer políticas de tráfico acorde a su prioridad y al estado de la red.Además, las subestaciones eléctricas son un ejemplo representativo de infraestructura crítica, que son aquellas en las que un fallo puede resultar en graves pérdidas económicas, daños físicos y materiales. De esta forma, tales sistemas deben ser extremadamente seguros y robustos, por lo que es conveniente la implementación de topologías redundantes que ofrezcan un tiempo de reacción ante fallos mínimo. Con tal objetivo, el estándar IEC 62439-3 define los protocolos Parallel Redundancy Protocol (PRP) y High-availability Seamless Redundancy (HSR), los cuales garantizan un tiempo de recuperación nulo en caso de fallo mediante la redundancia activa de datos en redes Ethernet. Sin embargo, la gestión de redes basadas en PRP y HSR es estática e inflexible, lo que, añadido a la reducción de ancho de banda debida la duplicación de datos, hace difícil un control eficiente de los recursos disponibles. En dicho sentido, esta tesis propone control de la redundancia basado en el paradigma SDN para un aprovechamiento eficiente de topologías malladas, al mismo tiempo que se garantiza la disponibilidad de las aplicaciones de control y monitorización. En particular, se discute cómo el protocolo OpenFlow permite a un controlador externo configurar múltiples caminos redundantes entre dispositivos con varias interfaces de red, así como en entornos inalámbricos. De esta forma, los servicios críticos pueden protegerse en situaciones de interferencia y movilidad.La evaluación de la idoneidad de las soluciones propuestas ha sido llevada a cabo, principalmente, mediante la emulación de diferentes topologías y tipos de tráfico. Igualmente, se ha estudiado analítica y experimentalmente cómo afecta a la latencia el poder reducir el número de saltos en las comunicaciones con respecto al uso de un árbol de expansión, así como balancear la carga en una red de nivel 2. Además, se ha realizado un análisis de la mejora de la eficiencia en el uso de los recursos de red y la robustez alcanzada con la combinación de los protocolos PRP y HSR con un control llevado a cabo mediante OpenFlow. Estos resultados muestran que el modelo SDN podría mejorar significativamente las prestaciones de una red industrial de misión crítica

Nature-inspired survivability: Prey-inspired survivability countermeasures for cloud computing security challenges

As cloud computing environments become complex, adversaries have become highly sophisticated and unpredictable. Moreover, they can easily increase attack power and persist longer before detection. Uncertain malicious actions, latent risks, Unobserved or Unobservable risks (UUURs) characterise this new threat domain. This thesis proposes prey-inspired survivability to address unpredictable security challenges borne out of UUURs. While survivability is a well-addressed phenomenon in non-extinct prey animals, applying prey survivability to cloud computing directly is challenging due to contradicting end goals. How to manage evolving survivability goals and requirements under contradicting environmental conditions adds to the challenges. To address these challenges, this thesis proposes a holistic taxonomy which integrate multiple and disparate perspectives of cloud security challenges. In addition, it proposes the TRIZ (Teorija Rezbenija Izobretatelskib Zadach) to derive prey-inspired solutions through resolving contradiction. First, it develops a 3-step process to facilitate interdomain transfer of concepts from nature to cloud. Moreover, TRIZ’s generic approach suggests specific solutions for cloud computing survivability. Then, the thesis presents the conceptual prey-inspired cloud computing survivability framework (Pi-CCSF), built upon TRIZ derived solutions. The framework run-time is pushed to the user-space to support evolving survivability design goals. Furthermore, a target-based decision-making technique (TBDM) is proposed to manage survivability decisions. To evaluate the prey-inspired survivability concept, Pi-CCSF simulator is developed and implemented. Evaluation results shows that escalating survivability actions improve the vitality of vulnerable and compromised virtual machines (VMs) by 5% and dramatically improve their overall survivability. Hypothesis testing conclusively supports the hypothesis that the escalation mechanisms can be applied to enhance the survivability of cloud computing systems. Numeric analysis of TBDM shows that by considering survivability preferences and attitudes (these directly impacts survivability actions), the TBDM method brings unpredictable survivability information closer to decision processes. This enables efficient execution of variable escalating survivability actions, which enables the Pi-CCSF’s decision system (DS) to focus upon decisions that achieve survivability outcomes under unpredictability imposed by UUUR