Faculté des sciences

Towards active network management with "Ecomobile", an ecosystem-inspired mobile agent middleware : design, implementation, simulation and application to optical networks

Rossier-Ramuz, Daniel ; Hirsbrunner, Beat (Dir.) ; Scheurer, Rudolf (Codir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2002 ; no 1392.

Les futurs réseaux optiques multicouches utilisant le multiplexage en longueur d'onde permettront dans un proche avenir l'introduction de nouveaux services optiques à valeur ajoutée. Le réseau de transport passif conventionnel se transformera ainsi en une couche de transport active et intelligente. Le succès de ces nouveaux services dépendra toutefois de l'efficacité, de la résilience et... Plus

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    Résumé
    Les futurs réseaux optiques multicouches utilisant le multiplexage en longueur d'onde permettront dans un proche avenir l'introduction de nouveaux services optiques à valeur ajoutée. Le réseau de transport passif conventionnel se transformera ainsi en une couche de transport active et intelligente. Le succès de ces nouveaux services dépendra toutefois de l'efficacité, de la résilience et de la programmabilité de l'infrastructure de gestion mise à la disposition des opérateurs de réseaux et des fournisseurs de service. Une approche de gestion traditionnelle et purement centralisée ne permet pas d'intégrer les contraintes d'hétérogénéité et de dynamicité inhérentes à ces nouveaux réseaux et doit par conséquent évoluer en direction d’une gestion décentralisée et auto-adaptative. L'introduction d'agents logiciels autonomes est une technique prometteuse, flexible et particulièrement bien adaptée à ce type de système distribué. Des agents réactifs capables de se déplacer dans le réseau permettent d'utiliser des approches bio-inspirées comme celles issues du comportement émergent. Dans le cadre de ce travail, nous avons développé un intergiciel appelé Ecomobile, composé d’agents mobiles qui appliquent des principes observés dans des écosystèmes naturels, afin de disséminer et d'activer des tâches coopératives de gestion de réseau. Dans cette perspective, nous avons analysé le comportement d'une communauté d'agents mobiles en examinant l'évolution de leur population, leur propagation, la fréquence de visite des noeuds et des liens, ainsi que différentes stratégies de dissémination de tâches intelligentes dans diverses topologies de réseaux de transport. Après avoir étudié différents systèmes d'agents mobiles intégrant des modèles de navigation déterministes et stochastiques, nous avons élaboré un modèle original d'agent réactif en séparant les modèles de coordination et de navigation, qui constituent le schéma de comportement mobile, du modèle computationel, qui correspond aux tâches opérationnelles. L'implémentation d'un écosystème artificiel constitué de ces agents mobiles a été réalisée à l'aide d'un formalisme de programmation réactive. Les tâches opérationnelles génériques proposées dans notre recherche permettent la composition de tâches de gestion complexes. La réponse de notre écosystème à l'insertion dynamique de ces tâches génériques a été simulée et analysée. Afin de déployer Ecomobile dans un réseau actif, nous avons utilisé une plateforme d'agent compatible FIPA appelée Jade. Le développement d'une agence particulière sous forme d’un agent Jade offre aux agents mobiles un environnement d'exécution adéquat et leur fournit les services de migration nécessaires. En guise de conclusion, nous avons établi une translation de la sémantique d'Ecomobile dans un environnement défini par un noeud de réseau comprenant différentes fonctions optiques de conversion et de routage de longueur d'onde. La définition et l'implémentation d'un service de protection différenciée à l'aide d'une tâche opérationnelle devrait enfin ouvrir la voie à des améliorations et des innovations dans le domaine de la gestion des réseaux de transport optiques multicouches grâce à Ecomobile.
    Summary
    The future multi-layer optical networks based on wavelength division multiplexing technology will lead to the creation of new value-added optical services, which is bound to transform the traditional passive transport network into an active and intelligent transport layer. The successful deployment of these complex networking services and the possibility of subjecting them to a dynamic control, however, strongly depend on the management infrastructure, on its resilience and its ability to react to network changes. In this context, traditional platform-centred management systems have lost their attractiveness: a distributed decentralised and self-adaptive network management should constitute an ideal approach, in order to deal with the complexity of a heterogeneous, scalable and continuously evolving network environment. According to this perspective, the recourse to autonomous software agents can now be considered as one of the most promising and flexible of the distributed processing techniques. The development of reactive agents acting as mobility-oriented individuals benefits from bio-inspired approaches such as emergent behaviour. The powerful dynamic and active mechanisms characterizing the evolution of mobile reactive agents enhance the network infrastructure and lead to a self-organizing knowledge-based network environment. In order to address the numerous challenging issues related to the management of future multi-layer transport networks, we propose to develop an ecosystem-inspired mobile agent middleware called Ecomobile, intended for the dissemination and the activation of cooperative management tasks. Particular emphasis will be laid on the transport network management and several topics related to the population of mobile agents will be discussed, such as their propagation within the network infrastructure, the frequency of node and link visits or the dissemination of intelligent tasks. After having identified the main characteristics of conventional mobile multi-agent systems based upon deterministic and stochastic migration strategies, which are particularly relevant to the field of distributed control, we have decided to adopt a novel agent architecture based upon a clear separation between the mobile behaviour scheme composed of the navigation and coordination model, on the one hand, and the task objectives, which refer to the agent's operational behaviour or to the computational model, on the other hand. The implementation of the ecosystem is realized with a reactive programming formalism. The generic task objective models we have elaborated correspond to basic networking functions and are intended for the compositional building of more sophisticated tasks. The response of the ecosystem to the dynamic insertion of task objectives will be analyzed by means of a simulation. The deployment of our middleware into active nodes will be achieved with the FIPA-compliant Jade agent platform, in which the Ecomobile agency provides the mobile agents with the necessary requirements for their migration and for the execution of the task objectives. We will finally show that the Ecomobile middleware can be applied in the field of optical transport network management by means of a pertinent mapping of the Ecomobile semantics onto the optical network environment. The definition and the implementation of a new value-added differentiated protection service into a multi-layer optical network should eventually pave the way for further improvements and innovations in the field of transport network management.