On the heuristic network optimization of static, dynamic, and highly-dynamic communication network infrastructures

Resumen

En esta tesis se estudia la aplicabilidad de métodos heurísticos para la optimización continua de distintas infraestructuras de redes de comunicaciones. Como las redes de comunicaciones están creciendo tanto en cantidad como en calidad, una optimización constante ofrece un alto potencial para aumentar la calidad de las infraestructuras de red en diversos aspectos, como eficiencia, robustez, seguridad, rendimiento, etc. Especialmente el desarrollo continuo de técnicas de virtualización (de red), como la virtualización de funciones de red y las redes definidas por software permiten una forma completamente nueva de diseño, implementación, mantenimiento y administración de redes de comunicaciones mediante software. Así, se utilizan diferentes técnicas de optimización heurística, como métodos bio-inspirados basados en la evolución y búsqueda local devoradora, para resolver el problema de la selección de monitores en diferentes categorías de redes de comunicaciones: estáticas, dinámicas y altamente dinámicas. La optimización de redes con topología estática actúa como una prueba de concepto general para la aplicabilidad con éxito de la optimización heurística a las redes de comunicación durante un único (re)diseño. Sin embargo, como se desea una optimización constante, los experimentos se amplían a redes dinámicas, es decir, redes que cambian ocasionalmente, con el fin de cuestionar el rendimiento de la optimización en los métodos propuestos. Para reflejar el escenario más realista de optimización de redes, como la optimización de sistemas no estacionarios o de redes móviles de banda ancha, los métodos propuestos se aplican finalmente a las redes altamente dinámicas, esto es, redes que cambian a cada paso de computación. Aunque es un problema actual e importante en la seguridad de la red, la selección de monitores actúa como un caso de uso de ejemplo que representa a un conjunto de problemas computacionalmente complejos. Los métodos de resolución se aplican a un conjunto diverso de 39 ejemplares de problemas de red diferentes, cada uno de ellos con distintas propiedades para poder extraer conclusiones generales sobre la calidad de los métodos. Los resultados de los experimentos exhaustivos se estudian y comparan científicamente teniendo en cuenta los métodos de evaluación representativos del estado de la técnica. Se ha desarrollado una heurística de búsqueda eficaz y se ha estudiado con experimentos empíricos exhaustivos. Como muestran los resultados de los experimentos realizados, el empleo de la optimización heurística constante es posible, en general, en todas las categorías de redes de comunicación estudiadas, mientras que la optimización de redes altamente dinámicas requiere, comparativamente, mayor cuidado a la hora de elegir la técnica de optimización y los parámetros para que funcione eficientemente.