A scalable heuristic for hybrid IGP/MPLS traffic engineering - Case study on an operational network

peer reviewedIn current IP networks, a classical way to achieve traffic engineering is to optimise the link metrics. This operation cannot be done too often and can affect the route of a lot of traffic. Multiprotocol Label Switching (MPLS) opens new possibilities to address the limitations of IP systems concerning traffic engineering thanks to explicit label-switched paths (LSPs). This paper proposes a new method based on simulated annealing meta-heuristic to compute a set of LSPs that optimise a given operational objective. The hybrid IGP/MPLS approach takes advantage of both IP and MPLS technologies and provides a flexible method to traffic engineer a network on a day to day basis. We illustrate the capabilities of our method with some simulations and a comparison with other techniques on an existing operational network. The results obtained by setting up a small number of LSPs are nearly optimal and better than by engineering the IGP weights. Moreover, although it could be combined with a static setting of the latter, SAMTE alone gives already the same results as this combination in much less CPU time, which thus allows an administrator to keep its initial and meaningful IGP metrics in his network.DGTRE TOTE

Combined Intra- and Inter-domain Traffic Engineering using Hot-Potato Aware Link Weights Optimization

A well-known approach to intradomain traffic engineering consists in finding the set of link weights that minimizes a network-wide objective function for a given intradomain traffic matrix. This approach is inadequate because it ignores a potential impact on interdomain routing. Indeed, the resulting set of link weights may trigger BGP to change the BGP next hop for some destination prefixes, to enforce hot-potato routing policies. In turn, this results in changes in the intradomain traffic matrix that have not been anticipated by the link weights optimizer, possibly leading to degraded network performance. We propose a BGP-aware link weights optimization method that takes these effects into account, and even turns them into an advantage. This method uses the interdomain traffic matrix and other available BGP data, to extend the intradomain topology with external virtual nodes and links, on which all the well-tuned heuristics of a classical link weights optimizer can be applied. A key innovative asset of our method is its ability to also optimize the traffic on the interdomain peering links. We show, using an operational network as a case study, that our approach does so efficiently at almost no extra computational cost.Comment: 12 pages, Short version to be published in ACM SIGMETRICS 2008, International Conference on Measurement and Modeling of Computer Systems, June 2-6, 2008, Annapolis, Maryland, US

Modelling of traffic matrices with multiresolution analysis techniques

Les matrius de trànsit consisteixen en un conjunt de dades que permeten caracteritzar una xarxa relacionant cada parella de node ingrés i node de sortida amb el volum de trànsit que hi circula. Entre d'altres coses, les matrius de trànsit ens permeten modelar la demanda de trànsit, detectar anomalies, predir el comportament d'una xarxa i configurar-la adientment. En aquest treball de fi de carrera s'analitzen mostres d'aquestes matrius de trànsit, veient algunes de les seves aplicacions i característiques (detecció d'anomalies, balanceig de càrrega, la seva evolució en el temps, etc), a més de presentar la manera com podem obtenir aquestes dades, quins són els problemes més típics en aquesta presa de mesures i com actuar quan les dades son incompletes (inferència), tot i que aquest tema no sigui l'objectiu principal. Amb l'objectiu de trobar nous, i bons, models de matrius de tràfic utilitzem les denominades wavelets de difusió, una variant relativament nova de les transformades wavelets tradicionals que ens permeten caracteritzar una xarxa i veure la "difusió" dels fluxos de tràfic sobre la mateixa. Per això hem de construir un operador de difusió fiable que ens permeti obtenir millors resultats que els que obtenim amb els models usats actualment. Presentarem alguns operadors existents i proposarem un nou operador que també té en compte la correlació temporal que hi ha en les sèries de mostres. Un cop obtingut l'operador veurem com afecta a la difusió sobre alguns exemples i analitzarem la compressibilitat i l'error subseqüent que indueixen. Els resultats dels experiments s'han obtingut amb dades d'Abilene (xarxa nord-americana) i de GÈANT (xarxa acadèmica europea), xarxes que degut a la seva magnitud treballen amb una gran quantitat de dades i sobre les quals resulta molt més interessant trobar patrons de comportament que permetin predir-los

New Challenges in Quality of Services Control Architectures in Next Generation Networks

A mesura que Internet i les xarxes IP s'han anat integrant dins la societat i les corporacions, han anat creixent les expectatives de nous serveis convergents així com les expectatives de qualitat en les comunicacions. Les Next Generation Networks (NGN) donen resposta a les noves necessitats i representen el nou paradigma d'Internet a partir de la convergència IP. Un dels aspectes menys desenvolupats de les NGN és el control de la Qualitat del Servei (QoS), especialment crític en les comunicacions multimèdia a través de xarxes heterogènies i/o de diferents operadors. A més a més, les NGN incorporen nativament el protocol IPv6 que, malgrat les deficiències i esgotament d'adreces IPv4, encara no ha tingut l'impuls definitiu.Aquesta tesi està enfocada des d'un punt de vista pràctic. Així doncs, per tal de poder fer recerca sobre xarxes de proves (o testbeds) que suportin IPv6 amb garanties de funcionament, es fa un estudi en profunditat del protocol IPv6, del seu grau d'implementació i dels tests de conformància i interoperabilitat existents que avaluen la qualitat d'aquestes implementacions. A continuació s'avalua la qualitat de cinc sistemes operatius que suporten IPv6 mitjançant un test de conformància i s'implementa el testbed IPv6 bàsic, a partir del qual es farà la recerca, amb la implementació que ofereix més garanties.El QoS Broker és l'aportació principal d'aquesta tesi: un marc integrat que inclou un sistema automatitzat per gestionar el control de la QoS a través de sistemes multi-domini/multi-operador seguint les recomanacions de les NGN. El sistema automatitza els mecanismes associats a la configuració de la QoS dins d'un mateix domini (sistema autònom) mitjançant la gestió basada en polítiques de QoS i automatitza la negociació dinàmica de QoS entre QoS Brokers de diferents dominis, de forma que permet garantir QoS extrem-extrem sense fissures. Aquesta arquitectura es valida sobre un testbed de proves multi-domini que utilitza el mecanisme DiffServ de QoS i suporta IPv6.L'arquitectura definida en les NGN permet gestionar la QoS tant a nivell 3 (IP) com a nivell 2 (Ethernet, WiFi, etc.) de forma que permet gestionar també xarxes PLC. Aquesta tesi proposa una aproximació teòrica per aplicar aquesta arquitectura de control, mitjançant un QoS Broker, a les noves xarxes PLC que s'estan acabant d'estandarditzar, i discuteix les possibilitats d'aplicació sobre les futures xarxes de comunicació de les Smart Grids.Finalment, s'integra en el QoS Broker un mòdul per gestionar l'enginyeria del tràfic optimitzant els dominis mitjançant tècniques de intel·ligència artificial. La validació en simulacions i sobre un testbed amb routers Cisco demostra que els algorismes genètics híbrids són una opció eficaç en aquest camp.En general, les observacions i avenços assolits en aquesta tesi contribueixen a augmentar la comprensió del funcionament de la QoS en les NGN i a preparar aquests sistemes per afrontar problemes del món real de gran complexitat.A medida que Internet y las redes IP se han ido integrando dentro de la sociedad y las corporaciones, han ido creciendo las expectativas de nuevos servicios convergentes así como las expectativas de calidad en las comunicaciones. Las Next Generation Networks (NGN) dan respuesta a las nuevas necesidades y representan el nuevo paradigma de Internet a partir de la convergencia IP. Uno de los aspectos menos desarrollados de las NGN es el control de la Calidad del Servicio (QoS), especialmente crítico en las comunicaciones multimedia a través de redes heterogéneas y/o de diferentes operadores. Además, las NGN incorporan nativamente el protocolo IPv6 que, a pesar de las deficiencias y agotamiento de direcciones IPv4, aún no ha tenido el impulso definitivo.Esta tesis está enfocada desde un punto de vista práctico. Así pues, con tal de poder hacer investigación sobre redes de prueba (o testbeds) que suporten IPv6 con garantías de funcionamiento, se hace un estudio en profundidad del protocolo IPv6, de su grado de implementación y de los tests de conformancia e interoperabilidad existentes que evalúan la calidad de estas implementaciones. A continuación se evalua la calidad de cinco sistemas operativos que soportan IPv6 mediante un test de conformancia y se implementa el testbed IPv6 básico, a partir del cual se realizará la investigación, con la implementación que ofrece más garantías.El QoS Broker es la aportación principal de esta tesis: un marco integrado que incluye un sistema automatitzado para gestionar el control de la QoS a través de sistemas multi-dominio/multi-operador siguiendo las recomendaciones de las NGN. El sistema automatiza los mecanismos asociados a la configuración de la QoS dentro de un mismo dominio (sistema autónomo) mediante la gestión basada en políticas de QoS y automatiza la negociación dinámica de QoS entre QoS brokers de diferentes dominios, de forma que permite garantizar QoS extremo-extremo sin fisuras. Esta arquitectura se valida sobre un testbed de pruebas multi-dominio que utiliza el mecanismo DiffServ de QoS y soporta IPv6. La arquitectura definida en las NGN permite gestionar la QoS tanto a nivel 3 (IP) o como a nivel 2 (Ethernet, WiFi, etc.) de forma que permite gestionar también redes PLC. Esta tesis propone una aproximación teórica para aplicar esta arquitectura de control, mediante un QoS Broker, a las noves redes PLC que se están acabando de estandardizar, y discute las posibilidades de aplicación sobre las futuras redes de comunicación de las Smart Grids.Finalmente, se integra en el QoS Broker un módulo para gestionar la ingeniería del tráfico optimizando los dominios mediante técnicas de inteligencia artificial. La validación en simulaciones y sobre un testbed con routers Cisco demuestra que los algoritmos genéticos híbridos son una opción eficaz en este campo.En general, las observaciones y avances i avances alcanzados en esta tesis contribuyen a augmentar la comprensión del funcionamiento de la QoS en las NGN y en preparar estos sistemas para afrontar problemas del mundo real de gran complejidad.The steady growth of Internet along with the IP networks and their integration into society and corporations has brought with it increased expectations of new converged services as well as greater demands on quality in communications. The Next Generation Networks (NGNs) respond to these new needs and represent the new Internet paradigm from the IP convergence. One of the least developed aspects in the NGNs is the Quality of Service (QoS) control, which is especially critical in the multimedia communication through heterogeneous networks and/or different operators. Furthermore, the NGNs natively incorporate the IPv6 protocol which, despite its shortcomings and the depletion of IPv4 addresses has not been boosted yet.This thesis has been developed with a practical focus. Therefore, with the aim of carrying out research over testbeds supporting the IPv6 with performance guarantees, an in-depth study of the IPv6 protocol development has been conducted and its degree of implementation and the existing conformance and interoperability tests that evaluate these implementations have been studied. Next, the quality of five implementations has been evaluated through a conformance test and the basic IPv6 testbed has been implemented, from which the research will be carried out. The QoS Broker is the main contribution to this thesis: an integrated framework including an automated system for QoS control management through multi-domain/multi-operator systems according to NGN recommendations. The system automates the mechanisms associated to the QoS configuration inside the same domain (autonomous system) through policy-based management and automates the QoS dynamic negotiation between peer QoS Brokers belonging to different domains, so it allows the guarantee of seamless end-to-end QoS. This architecture is validated over a multi-domain testbed which uses the QoS DiffServ mechanism and supports IPv6.The architecture defined in the NGN allows QoS management at level 3 (IP) as well as at level 2 (e.g. Ethernet, WiFi) so it also facilitates the management of PLC networks. Through the use of a QoS Broker, this thesis proposes a theoretical approach for applying this control architecture to the newly standardized PLC networks, and discusses the possibilities of applying it over the future communication networks of the Smart Grids.Finally, a module for managing traffic engineering which optimizes the network domains through artificial intelligence techniques is integrated in the QoS Broker. The validations by simulations and over a Cisco router testbed demonstrate that hybrid genetic algorithms are an effective option in this area.Overall, the advances and key insights provided in this thesis help advance our understanding of QoS functioning in the NGNs and prepare these systems to face increasingly complex problems, which abound in current industrial and scientific applications

Conception et implémentation de systèmes résilients par une approche à composants

L'évolution des systèmes pendant leur vie opérationnelle est incontournable. Les systèmes sûrs de fonctionnement doivent évoluer pour s'adapter à des changements comme la confrontation à de nouveaux types de fautes ou la perte de ressources. L'ajout de cette dimension évolutive à la fiabilité conduit à la notion de résilience informatique. Parmi les différents aspects de la résilience, nous nous concentrons sur l'adaptativité. La sûreté de fonctionnement informatique est basée sur plusieurs moyens, dont la tolérance aux fautes à l'exécution, où l'on attache des mécanismes spécifiques (Fault Tolerance Mechanisms, FTMs) à l'application. A ce titre, l'adaptation des FTMs à l'exécution s'avère un défi pour développer des systèmes résilients. Dans la plupart des travaux de recherche existants, l'adaptation des FTMs à l'exécution est réalisée de manière préprogrammée ou se limite à faire varier quelques paramètres. Tous les FTMs envisageables doivent être connus dès le design du système et déployés et attachés à l'application dès le début. Pourtant, les changements ont des origines variées et, donc, vouloir équiper un système pour le pire scénario est impossible. Selon les observations pendant la vie opérationnelle, de nouveaux FTMs peuvent être développés hors-ligne, mais intégrés pendant l'exécution. On dénote cette capacité comme adaptation agile, par opposition à l'adaptation préprogrammée. Dans cette thèse, nous présentons une approche pour développer des systèmes sûrs de fonctionnement flexibles dont les FTMs peuvent s'adapter à l'exécution de manière agile par des modifications à grain fin pour minimiser l'impact sur l'architecture initiale. D'abord, nous proposons une classification d'un ensemble de FTMs existants basée sur des critères comme le modèle de faute, les caractéristiques de l'application et les ressources nécessaires. Ensuite, nous analysons ces FTMs et extrayons un schéma d'exécution générique identifiant leurs parties communes et leurs points de variabilité. Après, nous démontrons les bénéfices apportés par les outils et les concepts issus du domaine du génie logiciel, comme les intergiciels réflexifs à base de composants, pour développer une librairie de FTMs adaptatifs à grain fin. Nous évaluons l'agilité de l'approche et illustrons son utilité à travers deux exemples d'intégration : premièrement, dans un processus de développement dirigé par le design pour les systèmes ubiquitaires et, deuxièmement, dans un environnement pour le développement d'applications pour des réseaux de capteurs. ABSTRACT : Evolution during service life is mandatory, particularly for long-lived systems. Dependable systems, which continuously deliver trustworthy services, must evolve to accommodate changes e.g., new fault tolerance requirements or variations in available resources. The addition of this evolutionary dimension to dependability leads to the notion of resilient computing. Among the various aspects of resilience, we focus on adaptivity. Dependability relies on fault tolerant computing at runtime, applications being augmented with fault tolerance mechanisms (FTMs). As such, on-line adaptation of FTMs is a key challenge towards resilience. In related work, on-line adaption of FTMs is most often performed in a preprogrammed manner or consists in tuning some parameters. Besides, FTMs are replaced monolithically. All the envisaged FTMs must be known at design time and deployed from the beginning. However, dynamics occurs along multiple dimensions and developing a system for the worst-case scenario is impossible. According to runtime observations, new FTMs can be developed off-line but integrated on-line. We denote this ability as agile adaption, as opposed to the preprogrammed one. In this thesis, we present an approach for developing flexible fault-tolerant systems in which FTMs can be adapted at runtime in an agile manner through fine-grained modifications for minimizing impact on the initial architecture. We first propose a classification of a set of existing FTMs based on criteria such as fault model, application characteristics and necessary resources. Next, we analyze these FTMs and extract a generic execution scheme which pinpoints the common parts and the variable features between them. Then, we demonstrate the use of state-of-the-art tools and concepts from the field of software engineering, such as component-based software engineering and reflective component-based middleware, for developing a library of fine-grained adaptive FTMs. We evaluate the agility of the approach and illustrate its usability throughout two examples of integration of the library: first, in a design-driven development process for applications in pervasive computing and, second, in a toolkit for developing applications for WSNs

Dynamic routing optimization using traffic prediction

In this dissertation, a new efficient routing maintenance algorithm, called Predicting of Future Load-based Routing (PFLR), is introduced for optimizing the routing performance in IP-based networks. The main idea of PFLR algorithm is combing the predicted link load with the current link load with an effective method to optimize the link weights and so reduce the network congestions. Another research objective is introducing a new efficient Traffic Engineering (TE) algorithm, called Prediction-based Decentralized Routing (PDR) algorithm, which is fully decentralized and self-organized approach

Anàlisi espai-temporal multiresolució de matrius de teletrànsit

En aquest document, es mostra la importància de les matrius de teletrànsit, les seves característiques i el mode en que són tractades a nivell matemàtic a través de models de difusió. Les matrius de teletrànsit, corresponents al volum d'informació que es transfereix d'un node d'una xarxa a qualsevol dels altres nodes, tenen molta rellevància en l'enginyeria de xarxes, especialment pel que fa a la recerca de models predictius del comportament d'aquestes. Els estudis realitzats amb matrius de teletrànsit, conjuntament amb models matemàtics com las wavelets de difusió, permeten caracteritzar el comportament d'una xarxa, fent prediccions sobre el seu comportament i el que és de vital importància pels operadors de les xarxes, configurar l'encaminament de forma adient. En el document es mostraran els conceptes matemàtics més rellevants per justificar la utilització de les wavelet de difusió a més de mostrar altres operadors amb els que s'ha treballat fins el moment per comparar-los amb el desenvolupat en aquest treball. S'ha realitzat un estudi en què s'ha aplicat un operador de difusió basat en el model de gravetat incorporant en el càlcul un valor de correlació temporal mesurat sobre les matrius. S'ha obtingut un operador que aconsegueix millors resultats que els obtinguts fins el moment amb altres operadors de difusió. Els resultats obtinguts, amb dades reals de les xarxes Abilene (xarxa nord-americana) i Geant (xarxa acadèmica europea) s'han mostrat des de las perspectives de l'error quadràtic mig (MSE), i des de l'àmbit de la compressibilitat de l'energia de la matriu en la mínima quantitat de coeficients en el domini transformat.. S'ha obtingut uns resultats bons, tot i així hauran de ser verificats per estudis més amplis, degut a la falta de capacitat de càlcul disposada

Optimization for time-driven link sleeping reconfigurations in ISP backbone networks

Backbone network energy efficiency has recently become a primary concern for Internet Service Providers and regulators. The common solutions for energy conservation in such an environment include sleep mode reconfigurations and rate adaptation at network devices when the traffic volume is low. It has been observed that many ISP networks exhibit regular traffic dynamicity patterns which can be exploited for practical time-driven link sleeping configurations. In this work, we propose a joint optimization algorithm to compute the reduced network topology and its actual configuration duration during daily operations. The main idea is first to intelligently remove network links using a greedy heuristic, without causing network congestion during off-peak time. Following that, a robust algorithm is applied to determine the window size of the configuration duration of the reduced topology, making sure that a unified configuration with optimized energy efficiency performance can be enforced exactly at the same time period on a daily basis. Our algorithm was evaluated using on a Point-of-Presence representation of the GÉANT network and its real traffic matrices. According to our simulation results, the reduced network topology obtained is able to achieve 18.6% energy reduction during that period without causing significant network performance deterioration. The contribution from this work is a practical but efficient approach for energy savings in ISP networks, which can be directly deployed on legacy routing platforms without requiring any protocol extension. © 2012 IEEE

#Blockchain4EU: Blockchain for Industrial Transformations

The project #Blockchain4EU is a forward looking exploration of existing, emerging and potential applications based on Blockchain and other DLTs for industrial / non-financial sectors. It combined Science and Technology Studies with a transdisciplinary policy lab toolbox filled with frameworks from Foresight and Horizon Scanning, Behavioural Insights, or Participatory, Critical and Speculative Design. Amid unfolding and uncertain developments of the Blockchain space, our research signals a number of crucial opportunities and challenges around a technology that could record, secure and transfer any digitised transaction or process, and thus potentially affect large parts of current industrial landscapes. This report offers key insights for its implementation and uptake by industry, businesses and SMEs, together with science for policy strategic recommendations.JRC.I.2-Foresight, Behavioural Insights and Design for Polic