Постановка задачи оптимизации доступности в корпоративных программно-определяемых телекоммуникационных сетях

Увеличение структурной сложности корпоративных телекоммуникационных сетей актуализирует вопросы обеспечения доступности предоставляемых ими сетевых сервисов. На данный момент основным способом повышения сетевой доступности является наращивание пропускной способности за счет внедрения в существующую сеть новых сетевых устройств и сегментов, что является неэффективной мерой, поскольку при этом не учитываются структурно-топологические характеристики сети. Цель данной работы – сформулировать задачу оптимизации доступности корпоративных программно-определенных телекоммуникационных сетей для разработки такого алгоритма перестройки топологии SDN, который будет адаптироваться под характеристики трафика внутри сети и обеспечивать оптимальный уровень доступности сети при существующих ограничениях. В результате работы алгоритма предлагается находить такую оптимальную виртуальную топологию (набор узлов и ребер), при которой при фиксированных значениях критериев доступности каналов связи значения доступности сети, рассчитываемые по описываемой методике оценки критерия доступности сети, были бы максимальными. Проведенный по описываемой методике оценки расчет показал, что увеличение количества ребер графа сети повышает доступность всей сети при фиксированном значении критерия доступности каналов связи, однако существует вероятность того, что бесконтрольное добавление связей внесет существенную нелинейность в изменении доступности уже существующих каналов связи, что требует дальнейшего исследования. Для того, чтобы выработать эффективный алгоритм оптимизации в условиях неопределенности и нелинейности, задача оптимизации была детерминирована путем ввода некоторых предположений.

1. Концепция создания и развития сетей 5G/IMT-2020 в Российской Федерации, утверждена Приказом Минкомсвязи России от 27.12.2019 N 923

2. Recommendation ITU-T Y.3100. Terms and definitions for IMT-2020 network.

3. McKeown N, Anderson T, Balakrishnan H, Parulkar G, Peterson L, Rexford J, Shenker S, Turner J. OpenFlow: enabling innovation in campus networks. ACM SIGCOMM computer communication review. 2008;38(2):69-74.

4. Jarraya Y, Madi T, Debbabi M. A survey and a layered taxonomy of software-defined networking. IEEE communications surveys & tutorials. 2014;16(4):1955-1980.

5. Lu H., Arora N., Zhang H., Lumezanu C., Rhee J., Jiang G. Hybnet: Network manager for a hybrid network infrastructure. Proceedings of the Industrial Track of the 13th ACM/IFIP/USENIX International Middleware Conference. 2013;1-6

6. Canini M., Feldmann A., Levin D., Schaffert F., Schmid S. Software-defined networks: Incremental deployment with panopticon. Computer. 2014;47(11):56-60

7. Nguyen V. G, Kim Y. H. SDN-based enterprise and campus networks: a case of VLAN management. Journal of Information Processing Systems. 2016;12(3):511-524

8. Yamasaki Y., Miyamoto Y., Yamato J., Goto H., Sone H. Flexible access management system for campus VLAN based on OpenFlow. In 2011 IEEE/IPSJ International Symposium on Applications and the Internet. 2011;347-351

9. Lara A., Kolasani A., Ramamurthy B. Simplifying network management using software defined networking and OpenFlow. In 2012 IEEE International Conference on Advanced Networks and Telecommunciations Systems (ANTS). 2012; 24-29

10. Tsai P. W., Cheng P. W., Yang C. S., Luo M. Y., Chen J. Supporting extensions of VLAN-tagged traffic across OpenFlow networks. 2013 Second GENI Research and Educational Experiment Workshop. 2013;61-65

11. Егоров В. Б. Некоторые вопросы практической реализации концепции SDN. Системы и средства информатики. 2016;26(1):109-120

12. Yeganeh S. H., Tootoonchian A., Ganjali Y. On scalability of software-defined networking. IEEE Communications Magazine. 2013;51(2):136-141

13. Bhandarkar S., Behera G., Khan K. A. Scalability Issues in Software Defined Network (SDN): A Survey. Advances in Computer Science and Information Technology (ACSIT). 2015;2(1):81-5

14. Hu J. Lin C., Li X., Huang J. Scalability of control planes for software defined networks: Modeling and evaluation. 2014 IEEE 22nd International Symposium of Quality of Service (IWQoS). 2014;147-152

15. Oliveira A. T., Martins B. J. C., Moreno M. F., Vieira A. B., Gomes A. T. A., Ziviani A. SDN-based architecture for providing QoS to high performance distributed applications. 2018 IEEE Symposium on Computers and Communications (ISCC). 2018;602-607

16. Badotra S., Singh J. A review paper on software defined networking. International Journal of Advanced Research in Computer Science. 2017;8(3):17

17. Haddad S., Mokdad L., Youcef S. Response time analysis for composite Web services. 2008 6th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing. 2008;506-510

18. Cabarkapa M., Mijatovic D., Krajnovic N. Network topology availability analysis. Telfor Journal. 2011;3(1):23-7

19. Zhu H. Reliability and availability analysis for large networking system. 2012 Proceedings Annual Reliability and Maintainability Symposium. 2012;1-6

20. Монахов Ю. М., Власова А. М. Методика определения доступности компонентов одноранговой сети со сложной случайной топологией. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2015(4):150-153

21. Monakhov Y. M., Monakhov M. Y., Lantsov V. N. An algorithm for assessing the availability criteria in telecommunication networks. International Journal of Computing. 2018;17(4):219-225

22. Монахов Ю. М, Власова А. М. Методика расчета нормированного критерия доступности телекоммуникационной сети. Динамика сложных систем-XXI век. 2015;9(3):73-77

23. Monakhov Y., Kuznetsova A., Mamaev D. An Approach for Managing Availability in Software Defined Network Infrastructure. 2020 IEEE 5th International Symposium on Smart and Wireless Systems within the Conferences on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS-SWS). 2020;1-6