Vers une approche de l'orchestration sans coordination pour gérerla reconfiguration cohérente des services dans les environnements NFV multi-domaines

Towards a coordination-free orchestration approach to manage consistent service reconfiguration in NFV multi-domain environments

• Auteur / Autrice : Josue Castaneda Cisneros
• Direction : Khalil Drira, Sami Yangui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Roch H. Glitho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Khalil Drira, Sami Yangui, Djamal Zeghlache, Mohamed Mosbah, Noura Limam, Saúl Eduardo Pomares Hernández, Carla-Fabiana Chiasserini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Djamal Zeghlache, Mohamed Mosbah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommunications

Mots clés libres

Orchestration sans coordination

Reconfiguration Cohérente des Services Basés sur les VNF

Orchestration Multi-Domaine

Virtualisation des Fonctions de Réseau

Coordination-Free orchestration

Consistent VNF-Based service reconfiguration

Multi-Domain orchestration

Network Function Virtualization

Résumé

Dans le cadre de l'approche d'orchestration multi-domaine de la virtualisation des fonctions réseau, les fournisseurs de réseaux partagent des services, créant ainsi une fédération. Dans celle-ci, de nombreux orchestrateurs gèrent conjointement les tâches du cycle de vie de ces services, comme la reconfiguration. Pour reconfigurer de manière cohérente les services réseau basés sur VNF, toutes les répliques du service dans chaque orchestrateur ont le même état. La littérature propose d'envoyer des subventions pour éviter les effets secondaires indésirables. Lorsqu'un conflit survient en raison d'incohérences, les orchestrateurs choisissent un orchestrateur global omniscient ou résolvent le consensus. Ces deux approches introduisent des frais généraux qui vont à l'encontre de l'objectif de virtualisation des fonctions réseau. Dans cette recherche, nous proposons d'identifier les dépendances par un modèle de cohérence intermédiaire. Nous nous demandons s'il est possible de reconfigurer de manière cohérente les services réseau basés sur VNF sans coordonner les orchestrateurs. Pour répondre à cette question, nous étudions d'abord le problème de la migration des fonctions réseau virtualisées partagées, en mettant en évidence les raisons pour lesquelles les orchestrateurs doivent se coordonner. Ensuite, nous considérons le problème plus général de la reconfiguration cohérente de bout en bout des services réseau. Nous identifions qu'il est possible de résoudre le problème précédent sans coordonner les orchestrateurs, mais en termes pratiques, les orchestrateurs ont besoin de se coordonner. Enfin, pour contourner les hypothèses fortes de reconfiguration de l'ensemble du service, nous étudions le problème connexe de reconfiguration du graphe d'acheminement de VNF. Nous montrons les limites de la coordination de l'approche de l'orchestrateur et proposons un algorithme sans coordination pour reconfigurer de manière cohérente les graphes d'acheminement. Après cette recherche, nous ouvrons la porte à d'autres algorithmes d'orchestration sans coordination. Cela signifie de fortes garanties de cohérence sans sacrifier les performances.

Under the multi-domain orchestration approach of Network Function Virtualization, network providers share services, creating a federation. In it, many orchestrators jointly manage the lifecycle tasks of network services, such as reconfiguration. To consistently reconfigure VNF-based network services; all replicas of the service in each orchestrator have the same state. The literature proposes sending grants to prevent unwanted side-effects when reconfiguring such services. If a conflict arises because of inconsistencies, the orchestrators either choose an all-knowing global orchestrator or solve consensus. Both approaches introduce overhead that clashes with the goal of Network Function Virtualization. In this research, we propose identifying dependencies by an intermediary consistency model. We ask if it is possible to reconfigure consistently VNF-based network services without coordinating the orchestrators. To answer this, first, we study the problem of migrating shared virtualized network functions, highlighting why orchestrators need to coordinate. Then, we consider the more general problem of end-to-end consistent network service reconfiguration. We identify that is possible to solve the previous problem without coordinating the orchestrators, but in practical terms, the orchestrators need to coordinate. Finally, to circumvent the strong assumptions of reconfiguring the whole service, we study the related problem of reconfiguring the VNF-Forwarding Graph. We show the limits of coordinating the orchestrator’s approach and propose a coordination-free algorithm to reconfigure consistently the forwarding graphs. After this research, we open the door for other orchestration algorithms without coordination. This means strong consistency guarantees without sacrificing performance.