Approximation Algorithms for Virtual Service Functions Chain Placement

Η εικονικοποίηση λειτουργιών δικτύου (NFV) είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία στην οποία η επεξεργασία των ροών του δικτύου δεν εκτελείται πλέον από εξειδικευμένο hardware, αλλά αντίθετα, μπορεί να επιτελείται σε απλούστερους servers που βρίσκονται σε κόμβους ενός κατανεμημένου υπολογιστικού νέφους (cloud). Αυτές οι λειτουργίες συνήθως εκτελούνται σύμφωνα με πολιτικές που έχουν σχεδιαστεί από τους μηχανικούς του δικτύου. Τέτοιες λειτουργίες μπορεί να είναι τείχη προστασίας, εξισορροπητές φορτίου, φίλτρα περιεχομένου και βαθιά επιθεώρηση πακέτων. Αυτή η τεχνολογία στοχεύει στην αντιμετώπιση των βασικών προκλήσεων της δικτυακής υποδομής (data centers) των παρόχων υπηρεσιών, όπως το χρηματικό κόστος, οι περιορισμοί χωρητικότητας, η πολυπλοκότητα της διαχείρισης του δικτύου, η κατανάλωση ενέργειας και οι αστοχίες λογισμικού. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτής της προσέγγισης είναι ότι οι λειτουργίες εικονικού δικτύου (VNF) μπορούν να δημιουργηθούν και να κλιμακωθούν κατ’ απαίτηση χωρίς την ανάγκη εγκατάστασης νέου εξοπλισμού. Οι ροές δικτύου συχνά απαιτείται να υποβάλλονται σε επεξεργασία από μια διατεταγμένη ακολουθία λειτουργιών δικτύου. Για παράδειγμα, ένα σύστημα ανίχνευσης εισβολής μπορεί να χρειαστεί να επιθεωρήσει τα πακέτα πριν από τη συμπίεση ή κρυπτογράφηση τους. Επιπλέον, διαφορετικοί πελάτες μπορούν να έχουν διαφορετικές απαιτήσεις λειτουργίας σχετικά με την ακολουθία των λειτουργιών δικτύου που πρέπει να εκτελεστούν. Η διατεταγμένη ακολουθία πολλαπλών VNFs που απαιτείται να εκτελεστεί σε ένα δίκτυο ονομάζεται αλυσίδα εικονικών λειτουργιών (Service Function Chain - SFC). Ένα θεμελιώδες πρόβλημα που προκύπτει όταν ασχολούμαστε με αλυσίδες λειτουργιών δικτύου είναι η ανάθεσή τους σε επιλεγμένους κόμβους του δικτύου με σκοπό την βελτιστοποίηση κάποιου κριτηρίου. Αυτό το πρόβλημα είναι γενικά πολύ δύσκολο να λυθεί και οι περισσότε-ροι υπάρχοντες αλγόριθμοι, κυρίως ευρετικοί, δεν έχουν εγγυημένη απόδοση. Για το λόγο αυτό, στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε κάποιους σημαντικούς προσεγγιστικούς αλγόριθμους για την τοποθέτηση SFCs/VNFs. Προσπαθούμε να δείξουμε πώς ορισμένες περιπτώσεις του προβλήματος τοποθέτησης SFC/VNF μεταπίπτουν σε γνωστά προβλήματα, όπως το Πρόβλημα Πολλαπλών Σακιδίων με Περιορισμούς Ανάθεσης και το Πρόβλημα Μεγιστικού Καλύμματος με Περιορισμό Πόρων. Προτείνουμε επίσης έναν ορισμό προβλήματος που προκύπτει σε περιβάλλοντα υπολογιστικού νέφους. Εκεί οι διαχειριστές αποσκοπούν στις πιο προσοδοφόρες, από πλευράς ρυθμού μετάδοσης δεδομένων, αλυσίδες υπηρεσιών υπό περιορισμούς πόρων και προτείνουμε μια πιθανή λύση για μια ειδική περίπτωση του προβλήματος.Network Function Virtualization (NFV) is an emerging techonology in which network functions are no longer executed by proprietary software appliances but instead, can run on commodity servers located in distributed cloud nodes. These functions typically perform packet flow operations according to policies designed by network engineers. Examples of network functions include firewalls, load balancers, content filters, and deep packet inspection. This technology aims at dealing with the major challenges of today’s enterprise middlebox infrastructure, such as monetary cost, capacity limitations, management complexity, energy consumption and failures. One of the main advantages of this approach is that Virtual Network Functions (VNFs) can be instantiated and scaled on demand without the need of installing new equipment. Network flows are often required to be processed by an ordered sequence of network functions. For instance, an Intrusion Detection System may need to inspect the packet before compression or encryption are performed. Moreover, different customers can have different requirements in terms of the sequence of network functions to be performed. The sequence of multiple VNFs required by network operators to perform traffic processing is called a Service Function Chain (SFC). A virtual function can be executed on one or several servers. A fundamental problem arising when dealing with chains of network functions is how to map these functions to nodes (servers) in the network while achieving a specific objective. This problem is in general very hard to solve and most existing algorithms, mainly heuristics, have no provable performance guarantees. For this reason, in this thesis we study notable approximation algorithms for SFC/VNF placement, targeting to highlight techniques of guaranteed approximation solutions. We aim to show how instances of the SFC/VNF placement problem reduce to known problems, like the Multiple Knapsack With Assignment Restrictions Problem and the Budgeted Maximum Coverage Problem. We also propose a problem definition that arises in cloud environments, where operators may need to route the most profitable service chains under resource constraints and we sketch a solution for a special instance of it

Deliverable D2.1 - Ecosystem analysis and 6G-SANDBOX facility design

This document provides a comprehensive overview of the core aspects of the 6G-SANDBOX project. It outlines the project's vision, objectives, and the Key Performance Indicators (KPIs) and Key Value Indicators (KVIs) targeted for achievement. The functional and non-functional requirements of the 6G-SANDBOX Facility are extensively presented, based on a proposed reference blueprint. A detailed description of the updated reference architecture of the facility is provided, considering the requirements outlined. The document explores the experimentation framework, including the lifecycle of experiments and the methodology for validating KPIs and KVIs. It presents the key technologies and use case enablers towards 6G that will be offered within the trial networks. Each of the platforms constituting the 6G-SANDBOX Facility is described, along with the necessary enhancements to align them with the project's vision in terms of hardware, software updates, and functional improvements