Tema da Tese: Intradomain Routing Optimization based on Evolutionary Computation
Autor (a): Vítor Manuel Sá Pereira
Programa Doutoral : Programa Doutoral em Informática (PDinf)
Orientador (a): Pedro Nuno Miranda de Sousa e Miguel Francisco de Almeida Pereira da Rocha
Data de Defesa: 31/05/2019

Resumo:

O surgimento e a proliferação de novos serviços de Internet, como os serviços de cloud e a transmissão de vídeo, bem como o aumento do número de dispositivos que se ligam diariamente  Internet, são alguns fatores que contribuem para um avolumar e uma mudança nos padrões do tráfego em redes de comunicação. A necessidade de canalizar grandes volumes de tráfego em infraestruturas de rede com capacidade limitada, enfatiza a importância da Engenharia de Tráfego que tem por objetivo proporcionar um uso eficiente dos recursos de rede. As decisões de encaminhamento desempenham um papel essencial neste contexto, pois definem como o tráfego é distribuído pelos caminhos disponíveis e, consequentemente, como os recursos de rede são utilizados. Os protocolos de encaminhamento tradicionais, como o Open Shortest Path First e o Intermediate System to Intermediate System, possuem restrições operacionais que impedem uma utilização ótima dos recursos. Algumas dessas restrições são, por exemplo, as opções limitadas de balanceamento de carga e a falta de uma gestão centralizada. Essas restrições impõem dificuldades acrescidas quando alterações nas condições de funcionamento da rede têm de ser contempladas como, por exemplo, variações significativas do volume e tráfego e falhas de ligações físicas. As configurações de encaminhamento precisam adaptar-se às novas condições operacionais e garantir que a rede continue a operar de forma eficiente.

As tecnologias de comunicação evoluem. Recentemente foram propostas soluções alternativas de encaminhamento de tráfego que permitem novas abordagens de Engenharia de Tráfego. Os problemas de gestão de redes e, em particular, a otimização da utilização de recursos podem ser abordados com recurso a essas novas soluções. Os paradigmas de Software Defined Networking e Segment Routing proporcionam uma maior exigibilidade na seleção de caminhos de tráfego, e embora sejam capazes de superar muitas das restrições dos protocolos de encaminhamento tradicionais, é necessário encontrar configurações, escaláveis e geríveis em contexto real, que otimizem a distribuição de tráfego nos recursos disponíveis.

Neste contexto, este trabalho de investigação procura responder aos problemas enunciados, propondo mecanismos eficientes para a otimização da utilização de recursos de redes configuradas com protocolos de encaminhamento Link State tradicionais, bem como em redes que implementam os mais recentes paradigmas de Software Defined Networking e Segment Routing. Para além de possibilitarem uma utilização eeficiente dos recursos, os mecanismos de otimização propostos são responsivos a alterações relevantes no ambiente de rede que podem resultar de variações nos requisitos de tráfego ou alterações de topologia. A natureza dos problemas, que para além de não serem resolúveis em tempo polinomial incluem na sua formulação mais do que um objetivo de otimização, são abordados recorrendo a algoritmos da área da Computação Evolucionária.

Distintos requisitos de tráfego e diferentes estados de rede exigem frequentemente configurações conflituantes. Os Algoritmos Evolucionários possuem várias características que são desejáveis para resolver problemas com múltiplos objetivos e que os torna preferíveis a métodos clássicos de otimização. Eles fornecem um conjunto de soluções de compromisso em problemas para os quais não existe uma solução ótima única. O trabalho de investigação confluiu numa ferramenta de otimização que integra todos os métodos de engenharia de tráfego propostos, e que é disponibilizada para ser usada livremente por investigadores e administradores de rede.