Enhancing development and deployment of softwarised network services

Zukünftige Kommunikationsnetze erfordern ein hohes Maß an Flexibilität, Agilität und Verwaltbarkeit, welches mit Hardware-basierenden Netzwerkkonzepten und Netzwerkimplementierungen nicht erreicht werden kann. Ein Lösungsansatz, um diese Einschränkungen zu beseitigen ist die Netzwerkfunktionen in Software zu implementieren. Dies erlaubt es, die Netzwerkfunktionen schnell zu entwickeln und bereitzustellen, mehrere Netzwerkfunktionen einfach zu komplexeren Netzwerkdiensten zu verbinden sowie diese nach Bedarf zu skalieren und voll-automatisiert zu konfigurieren. Diese Transformation wird auch als „Network Softwarisation“ bezeichnet und ersetzt die klassischen Abläufe für die Netzplanung, den Netzentwurf und den Netzbetrieb durch Softwareentwicklungsprozesse. Hierdurch ergeben sich viele neue Herausforderungen für die Netzbetreiber.Diese Dissertation untersucht diese Herausforderungen und präsentiert sowohl Konzepte, als auch konkrete Lösungen, um die Entwicklung und Bereitstellung von softwarebasierten Netzwerkfunktionen und Netzwerkdiensten zu vereinfachen. Zunächst untersuche ich die Probleme die beim Entwickeln von statusbehafteten Netzwerkfunktionen, welche ihren Zustand während und nach dynamischen Konfigurationsänderungen beibehalten müssen, auftreten. Im zweiten Teil der Arbeit beantworte ich die Frage, wie man einzelne Netzwerkfunktionen und komplexe Netzwerkdienste mit wenig Aufwand prototypisch umsetzen und in realistischen Szenarien testen kann. Im dritten Teil der Arbeit untersuche ich Benchmarking-Ansätze zum Sammeln von Vergleichsinformationen, um die Leistungsfähigkeit von Netzwerkfunktionen und -diensten zu charakterisieren. Mit Hilfe dieser Informationen kann dann der Entscheidungsprozess zum Ressourcenbedarf bei der Bereitstellung der Funktion oder des Dienstes vollautomatisiert unterstützt werden.Future communication networks require a new level of flexibility, agility, and manageability that cannot be achieved by hardware-based network designs. A solution for this is transforming the involved hardware elements into software components, which can be quickly developed and deployed, flexibly scaled on-demand, and automatically managed. This transformation is called network softwarisation and changes classical network planning, design, and operation tasks into software development processes, creating new challenges for network operators.This thesis explores those challenges and introduces concepts and solutions to simplify the development and deployment of softwarised network functions and services. I first investigate the problem of developing stateful network functions that must maintain and share their state during dynamic network reconfigurations, e.g., scaling. In the second part, I answer the question of how to quickly prototype and test single network functions as well as complex network services in multi-site network topologies. In the third part, I explore the use of performance benchmarking solutions to collect performance characteristics of virtualised network functions and services to support automated resource dimensioning decisions during deployment.Manuel Peuster ; [Referees: Prof. Dr. Holger Karl, Paderborn University, Germany, Prof. Dr. Antonio Capone, Politecnico di Milano, Italy]Tag der Verteidigung: 16.01.2020Universität Paderborn, Dissertation, 202