Nouvelles stratégies et optimisation de ressources pour une haute résilience des chaînes de fonctions de services réseaux (SFCs)

La programmabilité et la virtualisation croissante des architectures réseaux nécessitent de nouvelles approches pour garantir une résilience face aux catastrophes (naturelles, défaillances matérielles localisées ou généralisées). Elles nécessitent aussi de maintenir la qualité de service, en cas de pannes à grande échelle. Alors que la complexité et la dynamicité des infrastructures numériques s’accroît, il est essentiel de développer des stratégies robustes de provisionnement de services réseaux virtualisés. L’objectif est de garantir la continuité opérationnelle du réseau et la fiabilité des services supportés, en particulier dans des conditions critiques. Par ailleurs, l’optimisation et la disponibilité des ressources, telles que la bande passante, la capacité de traitement, de stockage mais aussi les coûts opérationnels, constituent des éléments critiques, dans les environnements réseaux dynamiques. Dans ce contexte, les architectures réseaux doivent être capables, conjointement, de fournir un haut niveau de résilience, satisfaire les contraintes de qualité de service, tout en minimisant l’usage des ressources disponibles. Pour adresser ce triple défi, nous proposons des stratégies de provisionnement de chaînes de fonctions de service réseau (Service Function Chains – SFC) résilientes, tout en préservant l’efficacité et l’usage des ressources disponibles. Dans une première contribution, nous proposons un routage multi-chemins adaptatifs pour la protection multi-chemins (MP). Cette protection MP réduit significativement les ressources réservées pour le chemin de secours à travers une répartition pertinente du trafic SFC sur plusieurs chemins primaires « DZ-disjoints ». Pour optimiser le placement des VNF, le routage des requêtes SFC avec protection, nous proposons un modèle de programme linéaire en nombres entiers (ILP) adaptatif. Deux heuristiques sont aussi proposées pour fournir des solutions quasi optimales, qui réduisent significativement le temps de calcul. Dans la seconde contribution, un schéma d’optimisation des ressources est proposé pour le chaînage de fonctions service réseau hybride résilient (R-HSF CRO). Ce schéma prend en compte des exigences distinctes pour le trafic bidirectionnel et une mutualisation des VNFs. Les solutions exactes sont formulées à l’aide de la programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) et de la programmation par contraintes (CP). Pour pallier aux limitations de MILP et CP (passage à l’échelle) deux heuristiques basées sur un routage de plus court chemin multi-contraint dans un graphe multipartie sont proposés. Le routage DZ-disjoint que nous proposons permet de tenir compte de la cartographie réseau des zones sinistrées, pour minimiser en parallèle l’usage des ressources disponibles (sur les liens actifs mais aussi de secours) et satisfaire les contraintes de qualité de service (ex. latence). Les résultats obtenus montrent l’efficacité, la pertinence et le passage à l’échelle des algorithmes, heuristiques proposés pour des scénarios réseaux de petite, moyenne et grande dimension. Les évaluations numériques confirment que les stratégies proposées réduisent significativement l’utilisation des ressources nécessaires ou disponibles (de 20 à 50 % pour certains scénarios) tout en garantissant une protection totale contre des pannes affectant une seule disaster zone. Les résultats obtenus montrent également que les solutions proposées offrent un équilibre judicieux entre un niveau de résilience garanti et une allocation optimale des ressources disponibles, dans les environnements réseaux virtualisés NFV.