Mechanisms and algorithms for dynamic resource sharing in network slicing

Network slicing will radically transform the network management paradigm of traditional network technologies by dynamically and virtually slicing the network in multiple independent end-to-end logical networks, namely slices. We elaborate the concept of dynamic slicing, which allows dynamic configuration and deployment of slices, by enabling flexibility and automation in network management and orchestration. According to our dynamic slicing vision, slice tenants can automatically reconfigure their slice settings, by tracking the level of performance of their slices and the fluctuations of the price offered by the network slicing service provider. We propose a framework that enables dynamic sharing of radio resources by proper scheduling implementations and a marketplace where tenants can trade network resources, according to techno-economic evaluation. We build an automated renegotiation mechanism that models the interactions of slice tenants in the marketplace, and define the convergence properties of our algorithmic implementation, which guarantees the converge to a Nash Equilibrium for any number of tenants engaged in the market. We show the benefits of our proposal and validate our framework on realistic scenarios where tenants can adapt their requirements according to the fluctuations of traffic of their slices.

Il concetto di Network Slicing determinerà una trasformazione radicale nella gestione delle infrastrutture di rete adottata dalle tecnologie precedenti al 5G, grazie ad una partizione in fette dinamica e virtuale della rete in molteplici reti logiche indipendenti end-to-end, chiamate appunto slices. In questa tesi, si definisce il concetto di dynamic slicing, una soluzione che permette di configurare ed implementare dinamicamente diverse slices di rete, tramite un alto livello di flessibilità ed automazione per l'orchestrazione e la gestione della rete. Il fondamento di questa tesi si basa sul fatto che gli affittuari delle slices (tenants) possono automaticamente modificare le impostazioni delle loro slices, tenendo sotto controllo le performance delle loro applicazioni e le fluttuazioni dei prezzi offerti dai fornitori del servizio di slicing. Si propone un framework che permette una condivisione dinamica delle risorse di rete grazie a specifici algoritmi di scheduling e viene introdotto un marketplace dove i tenants possono fare trading online sulle risorse di rete che vogliono acquisire, in base alle loro valutazioni tecno-economiche dei servizi offerti. Il trading viene gestito tramite un meccanismo automatizzato di rinegoziazione di risorse come modello matematico per l'interazione tra i tenants nel mercato, e si dimostrano le proprietà di convergenza dell'algoritmo proposto, che garantisce la convergenza ad un equilibrio di Nash per un generico numero di tenants che partecipano a questo mercato. Nelle diverse sezioni della tesi, si mostrano i benefici di questo meccanismo e si considera un'implementazione realistica del framework dove i tenants pososono adattare le loro richieste sulla base delle fluttuazione del traffico delle loro slices di rete.