Une rencontre entre les noyaux de graphes et la détection d’anomalies dans les réseaux

International audienceLa détection d’anomalies demeure une tâche cruciale pour assurer une gestion efficace et flexible d’un réseau. Récemment, les noyaux de graphes ont connu un grand succès dans de nombreux domaines, notamment en bio-informatique et vision artificielle. Notre travail vise à étudier leur pouvoir de discrimination dans le domaine des réseaux afin de détecter les vulnérabilités et catégoriser le trafic. Dans cet article, nous présentons Nadege, un système d’apprentissage à l’intérieur duquel nous concevons un nouveau noyau de graphe adapté au profilage de réseaux. De surcroît, nousproposons des algorithmes avec des garanties d’approximation théoriques ainsi qu’une politique de détection hybride. Finalement, nous évaluons les performances de Nadege en menant des expériences approfondies sur une variété d’environnements réseaux. Pour différents scénarios, nous montrons son efficacité à empêcher les anomalies de perturber le réseau tout en fournissant une assistance pour la surveillance du trafic

Nadege: When Graph Kernels meet Network Anomaly Detection

International audienceWith the continuous growing level of dynamicity, heterogeneity, and complexity of traffic data, anomaly detection remains one of the most critical tasks to ensure an efficient and flexible management of a network. Recently, driven by their empirical success in many domains, especially bioinformatics and computer vision, graph kernels have attracted increasing attention. Our work aims at investigating their discrimination power for detecting vulnerabilities and distilling traffic in the field of networking. In this paper, we propose Nadege, a new graph-based learning framework which aims at preventing anomalies from disrupting the network while providing assistance for traffic monitoring. Specifically, we design a graph kernel tailored for network profiling by leveraging propagation schemes which regularly adapt to contextual patterns. Moreover, we provide provably efficient algorithms and consider both offline and online detection policies. Finally, we demonstrate the potential of kernel-based models by conducting extensive experiments on a wide variety of network environments. Under different usage scenarios, Nadege significantly outperforms all baseline approaches

Minimum lethal sets in grids and tori under 3-neighbour bootstrap percolation

Let $\mathcal{r} ≥ 1$ be any non negative integer and let $G = (V, E)$ be any undirected graph in which a subset $D ⊆ V$ of vertices are initially infected. We consider the following process in which, at every step, each non-infected vertex with at least $\mathcal{r}$ infected neighbours becomes and an infected vertex never becomes non-infected. The problem consists in determining the minimum size $s_r (G)$ of an initially infected vertices set $D$ that eventually infects the whole graph $G$. Note that $s_1 (G)$ = 1 for any connected graph $G$. This problem is closely related to cellular automata, to percolation problems and to the Game of Life studied by John Conway. Note that $s_1(G) = 1$ for any connected graph $G$. The case when $G$ is the $n × n$ grid $G_{n×n}$ and $\mathcal{r} = 2$ is well known and appears in many puzzles books, in particular due to the elegant proof that shows that $s_2(G_{n×n})$ = $n$ for all $n$ ∈ $\mathbb{N}$. We study the cases of square grids $G_{n×n}$ and tori $T_{n×n}$ when $\mathcal{r}$ ∈ {3, 4}. We show that $s_3(G_{n×n})$ = $\lceil\frac{n^2+2n+4}{3}\rceil$ for every $n$ even and that $\lceil\frac{n^2 +2n}{3}\rceil$ ≤ $s_3(G_ {n×n})$ ≤ $\lceil\frac{n^2 +2n}{3}\rceil$ + 1 for any $n$ odd. When $n$ is odd, we show that both bounds are reached, namely $s_3(G_{n×n})$ = $\lceil\frac{n^2 +2n}{3}\rceil$ if $n$ ≡ 5 (mod 6) or $n$ = 2$^p$ − 1 for any $p$ ∈ $\mathbb{N}^*$, and $s_3(G_{n×n})$ = $\lceil\frac{n^2 +2n}{3}\rceil$ + 1 if $n$ ∈ {9, 13}. Finally, for all $n$ ∈ $\mathbb{N}$, we give the exact expression of $s_4(G_{n×n})$ and of $s_r(T_{n×n})$ when $\mathcal{r}$ ∈ {3, 4}

A multidimensional colored packing approach for network slicing with dedicated protection

International audienceNetwork Function Virtualization (NFV) enables the virtualization of core-business network functions on top of a NFV infrastructure. NFV has gained an increasing attention in the telecommunication field these last few years. Virtual network functions (VNFs) can be represented by a set of virtual network function components (VNFCs). These VNFCs are typically designed with a redundancy scheme and need to be deployed against failures of, e.g., compute servers. However, such deployment must respect a particular resiliency mechanism for protection purposes. Therefore, choosing an efficient mapping of VNFCs to the compute servers is a challenging problem in the optimization of the software-defined, virtualization-based next generation of networks. In this paper, we model the problem of reliable VNFCs placement under anti-affinity constraints using several optimization techniques. A novel approach based on an extension of bin packing is proposed. We perform a comprehensive evaluation in terms of performance under realworld ISP networks along with synthetic traces. We show that our methods can calculate rapidly efficient solutions for large instances

Revisiting the Random Subset Sum Problem

International audienceThe average properties of the well-known Subset Sum Problem can be studied by the means of its randomised version, where we are given a target value $z$, random variables $X_1, \ldots, X_n$, and an error parameter $\varepsilon > 0$, and we seek a subset of the $X_i$'s whose sum approximates $z$ up to error $\varepsilon$.In this setup, it has been shown that, under mild assumptions on the distribution of the random variables, a sample of size $\mathcal{O}\left(\log (1/\varepsilon)\right)$ suffices to obtain, with high probability, approximations for all values in $[-1/2, 1/2]$. Recently, this result has been rediscovered outside the algorithms community, enabling meaningful progress in other fields. In this work we present an alternative proof for this theorem, with a more direct approach and resourcing to more elementary tools, in the hope of disseminating it even further

Reconfiguring Network Slices at the Best Time With Deep Reinforcement Learning

International audienceThe emerging 5G induces a great diversity of use cases, a multiplication of the number of connections, an increase in throughput as well as stronger constraints in terms of quality of service such as low latency and isolation of requests. To support these new constraints, Network Function Virtualization (NFV) and Software Defined Network (SDN) technologies have been coupled to introduce the network slicing paradigm. Due to the high dynamicity of the demands, it is crucial to regularly reconfigure the network slices in order to maintain an efficient provisioning of the network. A major concern is to find the best frequency to carry out these reconfigurations, as there is a tradeoff between a reduced network congestion and the additional costs induced by the reconfiguration. In this paper, we tackle the problem of deciding the best moment to reconfigure by taking into account this trade-off. By coupling Deep Reinforcement Learning for decision and a Column Generation algorithm to compute the reconfiguration, we propose Deep-REC and show that choosing the best time during the day to reconfigure allows to maximize the profit of the network operator while minimizing the use of network resources and the congestion of the network. Moreover, by selecting the best moment to reconfigure, our approach allows to decrease the number of needed reconfigurations compared to an algorithm doing periodic reconfigurations during the day

Foundations of networks towards AI

Le domaine de l'Intelligence Artificielle (IA) a un large impact sur la société d'aujourd'hui, ayant conduit notamment à une interaction passionnante entre plusieurs disciplines scientifiques. À cet égard, un double intérêt émerge dans la littérature.D'une part, une tendance croissante dans les réseaux de télécommunication consiste à revisiter les problèmes d'optimisation classiques en utilisant des techniques d'apprentissage automatique afin d'exploiter leurs avantages potentiels. Nous nous focaliserons sur certains défis posés par la détection d'anomalies dans les réseaux ainsi que l'allocation des ressources dans le cadre des réseaux logiciels (SDN) et de la virtualisation des fonctions réseau (NFV). D'autre part, un effort substantiel a été consacré dans le but d'apporter une compréhension théorique du comportement collectif des réseaux. Nous nous focaliserons sur certains défis posés par l'étude de la dynamique majoritaire au sein des systèmes multi-agents ainsi qu'à la compression des réseaux de neurones artificiels dans le but d'augmenter leur efficacité.Dans cette étude, nous contextualisons les points focaux ci-dessus dans le cadre de l'étude de certains fondements de réseaux; vus sous l'angle des réseaux de télécommunications et des réseaux neuronaux. Nous nous concentrons d'abord sur le développement de mesures de similarité de graphes pour la détection d'anomalies dans les réseaux. Ensuite, nous étudions la dynamique majoritaire déterministe et stochastique dans les systèmes multi-agents. Ensuite, nous discutons du problème de la somme de sous-ensembles aléatoires dans le contexte de la compression des réseaux neuronaux. Enfin, nous passons en revue quelques problèmes généraux divers.The field of Artificial Intelligence (AI) has brought a broad impact on today's society, leading to a gripping interaction between several scientific disciplines. In this respect, there has been a strong twofold interest across the literature.On the one hand, a growing trend in telecommunication networks consists in revisiting classic optimization problems using machine learning techniques in order to exploit their potential benefits. We focus on some challenges brought by the detection of anomalies in networks, and the allocation of resources within software-defined networking (SDN) and network function virtualization (NFV).On the other hand, a substantial effort has been devoted towards the theoretical understanding of the collective behavior of networks. We focus on some challenges brought by the study of majority dynamics within multi-agent systems, and the compression of artificial neural networks with the aim at increasing their efficiency.In this study, we contextualize the above focal points in the framework of investigating some foundations of networks; viewed through the lens of telecommunications networks and neural networks. We first focus our attention on developing graph similarity measures for network anomaly detection. Next, we study deterministic and stochastic majority dynamics in multi-agent systems. Then, we discuss the random subset sum problem in the context of neural network compression. Finally, we walk through some other miscellaneous problems

Fondements réseaux et l'IA

The field of Artificial Intelligence (AI) has brought a broad impact on today's society, leading to a gripping interaction between several scientific disciplines. In this respect, there has been a strong twofold interest across the literature.On the one hand, a growing trend in telecommunication networks consists in revisiting classic optimization problems using machine learning techniques in order to exploit their potential benefits. We focus on some challenges brought by the detection of anomalies in networks, and the allocation of resources within software-defined networking (SDN) and network function virtualization (NFV).On the other hand, a substantial effort has been devoted towards the theoretical understanding of the collective behavior of networks. We focus on some challenges brought by the study of majority dynamics within multi-agent systems, and the compression of artificial neural networks with the aim at increasing their efficiency.In this study, we contextualize the above focal points in the framework of investigating some foundations of networks; viewed through the lens of telecommunications networks and neural networks. We first focus our attention on developing graph similarity measures for network anomaly detection. Next, we study deterministic and stochastic majority dynamics in multi-agent systems. Then, we discuss the random subset sum problem in the context of neural network compression. Finally, we walk through some other miscellaneous problems.Le domaine de l'Intelligence Artificielle (IA) a un large impact sur la société d'aujourd'hui, ayant conduit notamment à une interaction passionnante entre plusieurs disciplines scientifiques. À cet égard, un double intérêt émerge dans la littérature.D'une part, une tendance croissante dans les réseaux de télécommunication consiste à revisiter les problèmes d'optimisation classiques en utilisant des techniques d'apprentissage automatique afin d'exploiter leurs avantages potentiels. Nous nous focaliserons sur certains défis posés par la détection d'anomalies dans les réseaux ainsi que l'allocation des ressources dans le cadre des réseaux logiciels (SDN) et de la virtualisation des fonctions réseau (NFV). D'autre part, un effort substantiel a été consacré dans le but d'apporter une compréhension théorique du comportement collectif des réseaux. Nous nous focaliserons sur certains défis posés par l'étude de la dynamique majoritaire au sein des systèmes multi-agents ainsi qu'à la compression des réseaux de neurones artificiels dans le but d'augmenter leur efficacité.Dans cette étude, nous contextualisons les points focaux ci-dessus dans le cadre de l'étude de certains fondements de réseaux; vus sous l'angle des réseaux de télécommunications et des réseaux neuronaux. Nous nous concentrons d'abord sur le développement de mesures de similarité de graphes pour la détection d'anomalies dans les réseaux. Ensuite, nous étudions la dynamique majoritaire déterministe et stochastique dans les systèmes multi-agents. Ensuite, nous discutons du problème de la somme de sous-ensembles aléatoires dans le contexte de la compression des réseaux neuronaux. Enfin, nous passons en revue quelques problèmes généraux divers

Fondements réseaux et l'IA

The field of Artificial Intelligence (AI) has brought a broad impact on today's society, leading to a gripping interaction between several scientific disciplines. In this respect, there has been a strong twofold interest across the literature.On the one hand, a growing trend in telecommunication networks consists in revisiting classic optimization problems using machine learning techniques in order to exploit their potential benefits. We focus on some challenges brought by the detection of anomalies in networks, and the allocation of resources within software-defined networking (SDN) and network function virtualization (NFV).On the other hand, a substantial effort has been devoted towards the theoretical understanding of the collective behavior of networks. We focus on some challenges brought by the study of majority dynamics within multi-agent systems, and the compression of artificial neural networks with the aim at increasing their efficiency.In this study, we contextualize the above focal points in the framework of investigating some foundations of networks; viewed through the lens of telecommunications networks and neural networks. We first focus our attention on developing graph similarity measures for network anomaly detection. Next, we study deterministic and stochastic majority dynamics in multi-agent systems. Then, we discuss the random subset sum problem in the context of neural network compression. Finally, we walk through some other miscellaneous problems.Le domaine de l'Intelligence Artificielle (IA) a un large impact sur la société d'aujourd'hui, ayant conduit notamment à une interaction passionnante entre plusieurs disciplines scientifiques. À cet égard, un double intérêt émerge dans la littérature.D'une part, une tendance croissante dans les réseaux de télécommunication consiste à revisiter les problèmes d'optimisation classiques en utilisant des techniques d'apprentissage automatique afin d'exploiter leurs avantages potentiels. Nous nous focaliserons sur certains défis posés par la détection d'anomalies dans les réseaux ainsi que l'allocation des ressources dans le cadre des réseaux logiciels (SDN) et de la virtualisation des fonctions réseau (NFV). D'autre part, un effort substantiel a été consacré dans le but d'apporter une compréhension théorique du comportement collectif des réseaux. Nous nous focaliserons sur certains défis posés par l'étude de la dynamique majoritaire au sein des systèmes multi-agents ainsi qu'à la compression des réseaux de neurones artificiels dans le but d'augmenter leur efficacité.Dans cette étude, nous contextualisons les points focaux ci-dessus dans le cadre de l'étude de certains fondements de réseaux; vus sous l'angle des réseaux de télécommunications et des réseaux neuronaux. Nous nous concentrons d'abord sur le développement de mesures de similarité de graphes pour la détection d'anomalies dans les réseaux. Ensuite, nous étudions la dynamique majoritaire déterministe et stochastique dans les systèmes multi-agents. Ensuite, nous discutons du problème de la somme de sous-ensembles aléatoires dans le contexte de la compression des réseaux neuronaux. Enfin, nous passons en revue quelques problèmes généraux divers

Biased Majority Opinion Dynamics: Exploiting graph kk-domination

International audienceWe study opinion dynamics in multi-agent networks where agents hold binary opinions and are influenced by their neighbors while being biased towards one of the two opinions, called the superior opinion. The dynamics is modeled by the following process: at each round, a randomly selected agent chooses the superior opinion with some probability α, and with probability 1 − α it conforms to the opinion manifested by the majority of its neighbors. In this work, we exhibit classes of network topologies for which we prove that the expected time for consensus on the superior opinion can be exponential. This answers an open conjecture in the literature. In contrast, we show that in all cubic graphs, convergence occurs after a polynomial number of rounds for every α. We rely on new structural graph properties by characterizing the opinion formation in terms of multiple domination, stable and decreasing structures in graphs, providing an interplay between bias, consensus and network structure. Finally, we provide both theoretical and experimental evidence for the existence of decreasing structures and relate it to the rich behavior observed on the expected convergence time of the opinion diffusion model