Over provisioning-centric QoS-routing mechanism for the communication paradigm of future internet 4WARD proposal

The FP7 4WARD clean-slate Project envisions overcoming the limitations of current Internet by redefining it to efficiently support complex value-added sessions and services, such as location-based, health-care, critical-mission, and geo processing. The list of networking innovations from 4WARD’s Future Internet (FI) proposal includes a new connectivity paradigm called Generic Path (GP), a common representation for all communications. From the networking point of view, a GP is mapped to a communication path for data propagation. For that, GP architecture relies on routing mechanism for selecting best communication paths. In order to assure reliable communications, the routing mechanism must efficiently provision QoS-aware multi-party capable paths, with robustness functions, while keeping network performance. Therefore, this paper proposes the QoS-Routing and Resource Control (QoS-RRC) mechanism to deal with the hereinabove requirements by means of an over provisioning-centric (bandwidth and paths) approach. QoS-RRC achieves scalability by avoiding per-flow operations (e.g., signaling, state storage, etc.). Initial QoS-RRC performance evaluation was carried out in Network Simulator v.2 (NS-2), enabling drastic reduction of overall signaling exchanges compared to per-flow solutions

QoS-RRC: Integrated QoS routing and resource provisioning mechanism for future internet

Generic Path (GP) is a new connectivity paradigm proposed to facilitate the inclusion of new applications and services abstracting communications between entities, regardless of their location or architectural layer. This paper enhances the GP architecture with a new mechanism integrating QoS-Routing and Resource Control (QoS-RRC) strategies to dynamically control GP session requirements regarding QoS and connectivity. This solution uses over-provisioning and admission control, and is aimed at multi-party time-sensitive sessions. Initial performance evaluation was carried out in Network Simulator v.2 (NS-2), showing capabilities in reducing overall signaling load in comparison with a value-added per-flow approach

Application of service composition mechanisms to Future Networks architectures and Smart Grids

Aquesta tesi gira entorn de la hipòtesi de la metodologia i mecanismes de composició de serveis i com es poden aplicar a diferents camps d'aplicació per a orquestrar de manera eficient comunicacions i processos flexibles i sensibles al context. Més concretament, se centra en dos camps d'aplicació: la distribució eficient i sensible al context de contingut multimèdia i els serveis d'una xarxa elèctrica intel·ligent. En aquest últim camp es centra en la gestió de la infraestructura, cap a la definició d'una Software Defined Utility (SDU), que proposa una nova manera de gestionar la Smart Grid amb un enfocament basat en programari, que permeti un funcionament molt més flexible de la infraestructura de xarxa elèctrica. Per tant, revisa el context, els requisits i els reptes, així com els enfocaments de la composició de serveis per a aquests camps. Fa especial èmfasi en la combinació de la composició de serveis amb arquitectures Future Network (FN), presentant una proposta de FN orientada a serveis per crear comunicacions adaptades i sota demanda. També es presenten metodologies i mecanismes de composició de serveis per operar sobre aquesta arquitectura, i posteriorment, es proposa el seu ús (en conjunció o no amb l'arquitectura FN) en els dos camps d'estudi. Finalment, es presenta la investigació i desenvolupament realitzat en l'àmbit de les xarxes intel·ligents, proposant diverses parts de la infraestructura SDU amb exemples d'aplicació de composició de serveis per dissenyar seguretat dinàmica i flexible o l'orquestració i gestió de serveis i recursos dins la infraestructura de l'empresa elèctrica.Esta tesis gira en torno a la hipótesis de la metodología y mecanismos de composición de servicios y cómo se pueden aplicar a diferentes campos de aplicación para orquestar de manera eficiente comunicaciones y procesos flexibles y sensibles al contexto. Más concretamente, se centra en dos campos de aplicación: la distribución eficiente y sensible al contexto de contenido multimedia y los servicios de una red eléctrica inteligente. En este último campo se centra en la gestión de la infraestructura, hacia la definición de una Software Defined Utility (SDU), que propone una nueva forma de gestionar la Smart Grid con un enfoque basado en software, que permita un funcionamiento mucho más flexible de la infraestructura de red eléctrica. Por lo tanto, revisa el contexto, los requisitos y los retos, así como los enfoques de la composición de servicios para estos campos. Hace especial hincapié en la combinación de la composición de servicios con arquitecturas Future Network (FN), presentando una propuesta de FN orientada a servicios para crear comunicaciones adaptadas y bajo demanda. También se presentan metodologías y mecanismos de composición de servicios para operar sobre esta arquitectura, y posteriormente, se propone su uso (en conjunción o no con la arquitectura FN) en los dos campos de estudio. Por último, se presenta la investigación y desarrollo realizado en el ámbito de las redes inteligentes, proponiendo varias partes de la infraestructura SDU con ejemplos de aplicación de composición de servicios para diseñar seguridad dinámica y flexible o la orquestación y gestión de servicios y recursos dentro de la infraestructura de la empresa eléctrica.This thesis revolves around the hypothesis the service composition methodology and mechanisms and how they can be applied to different fields of application in order to efficiently orchestrate flexible and context-aware communications and processes. More concretely, it focuses on two fields of application that are the context-aware media distribution and smart grid services and infrastructure management, towards a definition of a Software-Defined Utility (SDU), which proposes a new way of managing the Smart Grid following a software-based approach that enable a much more flexible operation of the power infrastructure. Hence, it reviews the context, requirements and challenges of these fields, as well as the service composition approaches. It makes special emphasis on the combination of service composition with Future Network (FN) architectures, presenting a service-oriented FN proposal for creating context-aware on-demand communication services. Service composition methodology and mechanisms are also presented in order to operate over this architecture, and afterwards, proposed for their usage (in conjunction or not with the FN architecture) in the deployment of context-aware media distribution and Smart Grids. Finally, the research and development done in the field of Smart Grids is depicted, proposing several parts of the SDU infrastructure, with examples of service composition application for designing dynamic and flexible security for smart metering or the orchestration and management of services and data resources within the utility infrastructure

Towards A Future Internet Architecture

In this paper we describe the architectural approaches taken in the 4WARD project to address the challenges of the network of the future. Our main hypothesis is that the Future Internet must allow for the rapid creation of diverse network designs and paradigms and must also support their coexistence at run-time. A novel network design process and deployment architecture is needed that enables new interoperable network architectures on top of established infrastructure. To enable this flexibility, networking resources need to be described in a uniform way. We outline the generic path architecture in this paper as our approach to this challenge. Moreover, the Internet's focus on interconnecting hosts and delivering bits has to be replaced by a more holistic vision of a network of information and content. This is a natural evolution of scope requiring a re-design of the architecture. To make this flexibility economically viable, a radically new management architecture has to be designed. We describe all these architectural elements that together form a framework for diversified but interoperable networks of the future

A proposal for secured, efficient and scalable layer 2 network virtualisation mechanism

El contenidos de los capítulos 3 y 4 está sujeto a confidencialidad. 291 p.La Internet del Futuro ha emergido como un esfuerzo investigador para superar estas limitaciones identificadas en la actual Internet. Para ello es necesario investigar en arquitecturas y soluciones novedosas (evolutivas o rompedoras), y las plataformas de experimentación surgen para proporcionar un entorno realista para validar estas nuevas propuestas a gran escala.Debido a la necesidad de compartir la misma infraestructura y recursos para testear simultáneamente diversas propuestas de red, la virtualización de red es la clave del éxito. Se propone una nueva taxonomía para poder analizar y comparar las diferentes propuestas. Se identifican tres tipos: el Nodo Virtual (vNode), la Virtualización posibilitada por SDN (SDNeV) y el overlay.Además, se presentan las plataformas experimentales más relevantes, con un foco especial en la forma en la que cada una de ellas permite la investigación en propuestas de red, las cuales no cumplen todos estos requisitos impuestos: aislamiento, seguridad, flexibilidad, escalabilidad, estabilidad, transparencia, soporte para la investigación en propuestas de red. Por lo tanto, una nueva plataforma de experimentación ortogonal a la experimentación es necesaria.Las principales contribuciones de esta tesis, sustentadas sobre tecnología SDN y NFV, son también los elementos clave para construir la plataforma de experimentación: la Virtualización de Red basada en Prefijos de Nivel 2 (Layer 2 Prefix-based Network Virtualisation, L2PNV), un Protocolo para la Configuración de Direcciones MAC (MAC Address Configuration Protocol, MACP), y un sistema de Control de Acceso a Red basado en Flujos (Flow-based Network Access Control, FlowNAC).Como resultado, se ha desplegado en la Universidad del Pais Vasco (UPV/EHU) una nueva plataforma experimental, la Plataforma Activada por OpenFlow de EHU (EHU OpenFlow Enabled Facility, EHU-OEF), para experimentar y validar estas propuestas realizadas

A proposal for secured, efficient and scalable layer 2 network virtualisation mechanism

El contenidos de los capítulos 3 y 4 está sujeto a confidencialidad. 291 p.La Internet del Futuro ha emergido como un esfuerzo investigador para superar estas limitaciones identificadas en la actual Internet. Para ello es necesario investigar en arquitecturas y soluciones novedosas (evolutivas o rompedoras), y las plataformas de experimentación surgen para proporcionar un entorno realista para validar estas nuevas propuestas a gran escala.Debido a la necesidad de compartir la misma infraestructura y recursos para testear simultáneamente diversas propuestas de red, la virtualización de red es la clave del éxito. Se propone una nueva taxonomía para poder analizar y comparar las diferentes propuestas. Se identifican tres tipos: el Nodo Virtual (vNode), la Virtualización posibilitada por SDN (SDNeV) y el overlay.Además, se presentan las plataformas experimentales más relevantes, con un foco especial en la forma en la que cada una de ellas permite la investigación en propuestas de red, las cuales no cumplen todos estos requisitos impuestos: aislamiento, seguridad, flexibilidad, escalabilidad, estabilidad, transparencia, soporte para la investigación en propuestas de red. Por lo tanto, una nueva plataforma de experimentación ortogonal a la experimentación es necesaria.Las principales contribuciones de esta tesis, sustentadas sobre tecnología SDN y NFV, son también los elementos clave para construir la plataforma de experimentación: la Virtualización de Red basada en Prefijos de Nivel 2 (Layer 2 Prefix-based Network Virtualisation, L2PNV), un Protocolo para la Configuración de Direcciones MAC (MAC Address Configuration Protocol, MACP), y un sistema de Control de Acceso a Red basado en Flujos (Flow-based Network Access Control, FlowNAC).Como resultado, se ha desplegado en la Universidad del Pais Vasco (UPV/EHU) una nueva plataforma experimental, la Plataforma Activada por OpenFlow de EHU (EHU OpenFlow Enabled Facility, EHU-OEF), para experimentar y validar estas propuestas realizadas

Towards a cloud enabler : from an optical network resource provisioning system to a generalized architecture for dynamic infrastructure services provisioning

This work was developed during a period where most of the optical management and provisioning system where manual and proprietary. This work contributed to the evolution of the state of the art of optical networks with new architectures and advanced virtual infrastructure services. The evolution of optical networks, and internet globally, have been very promising during the last decade. The impact of mobile technology, grid, cloud computing, HDTV, augmented reality and big data, among many others, have driven the evolution of optical networks towards current service technologies, mostly based on SDN (Software Defined Networking) architectures and NFV(Network Functions Virtualisation). Moreover, the convergence of IP/Optical networks and IT services, and the evolution of the internet and optical infrastructures, have generated novel service orchestrators and open source frameworks. In fact, technology has evolved that fast that none could foresee how important Internet is for our current lives. Said in other words, technology was forced to evolve in a way that network architectures became much more transparent, dynamic and flexible to the end users (applications, user interfaces or simple APIs). This Thesis exposes the work done on defining new architectures for Service Oriented Networks and the contribution to the state of the art. The research work is divided into three topics. It describes the evolution from a Network Resource Provisioning System to an advanced Service Plane, and ends with a new architecture that virtualized the optical infrastructure in order to provide coordinated, on-demand and dynamic services between the application and the network infrastructure layer, becoming an enabler for the new generation of cloud network infrastructures. The work done on defining a Network Resource Provisioning System established the first bases for future work on network infrastructure virtualization. The UCLP (User Light Path Provisioning) technology was the first attempt for Customer Empowered Networks and Articulated Private Networks. It empowered the users and brought virtualization and partitioning functionalities into the optical data plane, with new interfaces for dynamic service provisioning. The work done within the development of a new Service Plane allowed the provisioning of on-demand connectivity services from the application, and in a multi-domain and multi-technology scenario based on a virtual network infrastructure composed of resources from different infrastructure providers. This Service Plane facilitated the deployment of applications consuming large amounts of data under deterministic conditions, so allowing the networks behave as a Grid-class resource. It became the first on-demand provisioning system that at lower levels allowed the creation of one virtual domain composed from resources of different providers. The last research topic presents an architecture that consolidated the work done in virtualisation while enhancing the capabilities to upper layers, so fully integrating the optical network infrastructure into the cloud environment, and so providing an architecture that enabled cloud services by integrating the request of optical network and IT infrastructure services together at the same level. It set up a new trend into the research community and evolved towards the technology we use today based on SDN and NFV. Summing up, the work presented is focused on the provisioning of virtual infrastructures from the architectural point of view of optical networks and IT infrastructures, together with the design and definition of novel service layers. It means, architectures that enabled the creation of virtual infrastructures composed of optical networks and IT resources, isolated and provisioned on-demand and in advance with infrastructure re-planning functionalities, and a new set of interfaces to open up those services to applications or third parties.Aquesta tesi es va desenvolupar durant un període on la majoria de sistemes de gestió de xarxa òptica eren manuals i basats en sistemes propietaris. En aquest sentit, la feina presentada va contribuir a l'evolució de l'estat de l'art de les xarxes òptiques tant a nivell d’arquitectures com de provisió d’infraestructures virtuals. L'evolució de les xarxes òptiques, i d'Internet a nivell mundial, han estat molt prometedores durant l'última dècada. L'impacte de la tecnologia mòbil, la computació al núvol, la televisió d'alta definició, la realitat augmentada i el big data, entre molts altres, han impulsat l'evolució cap a xarxes d’altes prestacions amb nous serveis basats en SDN (Software Defined Networking) i NFV (Funcions de xarxa La virtualització). D'altra banda, la convergència de xarxes òptiques i els serveis IT, junt amb l'evolució d'Internet i de les infraestructures òptiques, han generat nous orquestradors de serveis i frameworks basats en codi obert. La tecnologia ha evolucionat a una velocitat on ningú podria haver predit la importància que Internet està tenint en el nostre dia a dia. Dit en altres paraules, la tecnologia es va veure obligada a evolucionar d'una manera on les arquitectures de xarxa es fessin més transparent, dinàmiques i flexibles vers als usuaris finals (aplicacions, interfícies d'usuari o APIs simples). Aquesta Tesi presenta noves arquitectures de xarxa òptica orientades a serveis. El treball de recerca es divideix en tres temes. Es presenta un sistema de virtualització i aprovisionament de recursos de xarxa i la seva evolució a un pla de servei avançat, per acabar presentant el disseny d’una nova arquitectura capaç de virtualitzar la infraestructura òptica i IT i proporcionar serveis de forma coordinada, i sota demanda, entre l'aplicació i la capa d'infraestructura de xarxa òptica. Tot esdevenint un facilitador per a la nova generació d'infraestructures de xarxa en el núvol. El treball realitzat en la definició del sistema de virtualització de recursos va establir les primeres bases sobre la virtualització de la infraestructura de xarxa òptica en el marc de les “Customer Empowered Networks” i “Articulated Private Networks”. Amb l’objectiu de virtualitzar el pla de dades òptic, i oferir noves interfícies per a la provisió de serveis dinàmics de xarxa. En quant al pla de serveis presentat, aquest va facilitat la provisió de serveis de connectivitat sota demanda per part de l'aplicació, tant en entorns multi-domini, com en entorns amb múltiples tecnologies. Aquest pla de servei, anomenat Harmony, va facilitar el desplegament de noves aplicacions que consumien grans quantitats de dades en condicions deterministes. En aquest sentit, va permetre que les xarxes es comportessin com un recurs Grid, i per tant, va esdevenir el primer sistema d'aprovisionament sota demanda que permetia la creació de dominis virtuals de xarxa composts a partir de recursos de diferents proveïdors. Finalment, es presenta l’evolució d’un pla de servei cap una arquitectura global que consolida el treball realitzat a nivell de convergència d’infraestructures (òptica + IT) i millora les capacitats de les capes superiors. Aquesta arquitectura va facilitar la plena integració de la infraestructura de xarxa òptica a l'entorn del núvol. En aquest sentit, aquest resultats van evolucionar cap a les tendències actuals de SDN i NFV. En resum, el treball presentat es centra en la provisió d'infraestructures virtuals des del punt de vista d’arquitectures de xarxa òptiques i les infraestructures IT, juntament amb el disseny i definició de nous serveis de xarxa avançats, tal i com ho va ser el servei de re-planificació dinàmicaPostprint (published version

Actas da 10ª Conferência sobre Redes de Computadores

Universidade do MinhoCCTCCentro AlgoritmiCisco SystemsIEEE Portugal Sectio

A Resource Publication and Discovery Framework and Broker-Based Architecture for Network Virtualization Environment

The Internet has received a phenomenal success over the past few decades. However, the increasing demands on the Internet usage and the rapid evolution of the applications and services provided over the Internet have demonstrated that the current Internet architecture is unsuitable for supporting many types of applications. Moreover, its ubiquity and multi-provider nature make nearly impossible the introduction of radical changes or improvements without coordination and consensus between many providers. Thus, any technological changes in the current Internet architecture could result in unintended consequences on the overall Internet usage. Network virtualization is considered as promising, yet challenging, solution to overcome these limitations. It commonly refers to the creation of several isolated logical networks that can coexist on the same shared physical network infrastructures. Its key concept is to enable several network architectures to run concurrently in a multi-role-oriented environment in which the role of the traditional Internet Service Provider (ISP) is decoupled into several roles such as infrastructure provider (InP), virtual network provider (VNP) and service provider (SP). Despite the promising benefits, this concept is associated with many challenges. These, among others, include the description and publication as well as discovery of resources on which virtual networks are deployed. In this thesis, we define a broker-based architecture that provides functions for publishing, discovering and negotiating as well as instantiating and managing resources in network virtualization environment. We proposed an information model that assists various providers in describing the resources and services they offer and we implemented a proof of concept prototype to demonstrate the feasibility of the proposed architecture. Moreover, we have conducted extensive experiments to evaluate the performance and the scalability of the implemented system