Communication between nodes for autonomic and distributed management

Abstract

Over the last decade, the most widespread approaches for traditional management were based on the Simple Network Management Protocol (SNMP) or Common Management Information Protocol (CMIP). However, they both have several problems in terms of scalability, due to their centralization characteristics. Although the distributed management approaches exhibit better performance in terms of scalability, they still underperform regarding communication costs, autonomy, extensibility, exibility, robustness, and cooperation between network nodes. The cooperation between network nodes normally requires excessive overheads for synchronization and dissemination of management information in the network. For emerging dynamic and large-scale networking environments, as envisioned in Next Generation Networks (NGNs), exponential growth in the number of network devices and mobile communications and application demands is expected. Thus, a high degree of management automation is an important requirement, along with new mechanisms that promote it optimally and e ciently, taking into account the need for high cooperation between the nodes. Current approaches for self and autonomic management allow the network administrator to manage large areas, performing fast reaction and e ciently facing unexpected problems. The management functionalities should be delegated to a self-organized plane operating within the network, that decrease the network complexity and the control information ow, as opposed to centralized or external servers. This Thesis aims to propose and develop a communication framework for distributed network management which integrates a set of mechanisms for initial communication, exchange of management information, network (re) organization and data dissemination, attempting to meet the autonomic and distributed management requirements posed by NGNs. The mechanisms are lightweight and portable, and they can operate in di erent hardware architectures and include all the requirements to maintain the basis for an e cient communication between nodes in order to ensure autonomic network management. Moreover, those mechanisms were explored in diverse network conditions and events, such as device and link errors, di erent tra c/network loads and requirements. The results obtained through simulation and real experimentation show that the proposed mechanisms provide a lower convergence time, smaller overhead impact in the network, faster dissemination of management information, increase stability and quality of the nodes associations, and enable the support for e cient data information delivery in comparison to the base mechanisms analyzed. Finally, all mechanisms for communication between nodes proposed in this Thesis, that support and distribute the management information and network control functionalities, were devised and developed to operate in completely decentralized scenarios.

Durante a última década, protocolos como Simple Network Management Protocol (SNMP) ou Common Management Information Protocol (CMIP) foram as abordagens mais comuns para a gestão tradicional de redes. Essas abordagens têm vários problemas em termos de escalabilidade, devido às suas características de centralização. Apresentando um melhor desempenho em termos de escalabilidade, as abordagens de gestão distribuída, por sua vez, são vantajosas nesse sentido, mas também apresentam uma série de desvantagens acerca do custo elevado de comunicação, autonomia, extensibilidade, exibilidade, robustez e cooperação entre os nós da rede. A cooperação entre os nós presentes na rede é normalmente a principal causa de sobrecarga na rede, uma vez que necessita de colectar, sincronizar e disseminar as informações de gestão para todos os nós nela presentes. Em ambientes dinâmicos, como é o caso das redes atuais e futuras, espera-se um crescimento exponencial no número de dispositivos, associado a um grau elevado de mobilidade dos mesmos na rede. Assim, o grau elevado de funções de automatiza ção da gestão da rede é uma exigência primordial, bem como o desenvolvimento de novos mecanismos e técnicas que permitam essa comunicação de forma optimizada e e ciente. Tendo em conta a necessidade de elevada cooperação entre os elementos da rede, as abordagens atuais para a gestão autonómica permitem que o administrador possa gerir grandes áreas de forma rápida e e ciente frente a problemas inesperados, visando diminuir a complexidade da rede e o uxo de informações de controlo nela gerados. Nas gestões autonómicas a delegação de operações da rede é suportada por um plano auto-organizado e não dependente de servidores centralizados ou externos. Com base nos tipos de gestão e desa os acima apresentados, esta Tese tem como principal objetivo propor e desenvolver um conjunto de mecanismos necessários para a criação de uma infra-estrutura de comunicação entre nós, na tentativa de satisfazer as exigências da gestão auton ómica e distribuída apresentadas pelas redes de futura geração. Nesse sentido, mecanismos especí cos incluindo inicialização e descoberta dos elementos da rede, troca de informação de gestão, (re) organização da rede e disseminação de dados foram elaborados e explorados em diversas condições e eventos, tais como: falhas de ligação, diferentes cargas de tráfego e exigências de rede. Para além disso, os mecanismos desenvolvidos são leves e portáveis, ou seja, podem operar em diferentes arquitecturas de hardware e contemplam todos os requisitos necessários para manter a base de comunicação e ciente entre os elementos da rede. Os resultados obtidos através de simulações e experiências reais comprovam que os mecanismos propostos apresentam um tempo de convergência menor para descoberta e troca de informação, um menor impacto na sobrecarga da rede, disseminação mais rápida da informação de gestão, aumento da estabilidade e a qualidade das ligações entre os nós e entrega e ciente de informações de dados em comparação com os mecanismos base analisados. Finalmente, todos os mecanismos desenvolvidos que fazem parte da infrastrutura de comunicação proposta foram concebidos e desenvolvidos para operar em cenários completamente descentralizados.