Stage R&D : Optimisation des réseaux virtuels embarqués sous incertitudes

Contexte du stage

Au sein de l’Institut de Recherche Technologique SystemX, situé au cœur du campus scientifique d’excellence mondiale de Paris-Saclay, vous prendrez une part active au développement d’un centre de recherche technologique de niveau international dans le domaine de l’ingénierie numérique des systèmes. Adossé aux meilleurs organismes de recherche français du domaine et constitué par des équipes mixtes d’industriels et d’académiques, ce centre a pour mission de générer de nouvelles connaissances et solutions technologiques en s’appuyant sur les percées de l’ingénierie numérique et de diffuser ses compétences dans tous les secteurs économiques.  
Vous serez encadré par un ingénieur-chercheur de l’IRT SystemX du domaine IoT et Réseaux.
Vous travaillerez au sein d’un projet exploratoire de SystemX avec le partenaire académique Télécom SudParis (IMT). 

Objectifs du stage 

L’évolution des réseaux de nouvelle génération (5G+, 6G, Next G) et des infrastructures numériques vers des systèmes programmables et dynamiquement établis repose sur les technologies de virtualisation, mais présente des défis en ce qui concerne l’allocation, la provision et la mise en correspondance des ressources dans les infrastructures d’hébergement. Le problème de l’embarquabilité des nœuds et des liens des Réseaux Virtuels (VN) sur les Réseaux physiques est connu sous le nom Virtual Network Embedding (VNE) [2]. Jusqu’à présent, l’état de l’art en matière de VNE a accordé une attention limitée aux différences dans les demandes des clients et aux contraintes et restrictions de placement et de partage exprimées. Les demandes hétérogènes des clients finaux comportent des contraintes fortes comme les contraintes d’isolation (dites anti-affinité) ou encore les contraintes de co-hosting  (affinité) de nœuds et/ou de liens. Des exemples de contraintes d’anti-affinité comprennent la séparation requise des nœuds, la séparation des liens au sein d’un VN ou entre les VNs, les préférences et les exclusions des fournisseurs, l’imposition de contraintes de localisation, et peuvent même conduire à une utilisation dédiée et exclusive des ressources.  
Notre objectif dans ce stage, est d’intégrer dans les modèles mathématiques des VN l’incertitude inhérente aux demandes des utilisateurs et les contraintes d’affinité et d’anti-affinité des requêtes de clients. 

Nous résumons ci-dessous les méthodes d’optimisation des ressources (CPU et bande passante) à investiguer pour les deux variantes du problème de VNE sous incertitude, à savoir les solutions déterministes et les solutions stochastiques : 

1. Un modèle déterministe de Programmation Linéaire en Nombres Entiers [3] pour l’intégration conjointe de nœuds et de liens en tenant compte des contraintes d’affinité et d’anti-affinité ; 
2. Une modélisation stochastique du problème VNE prenant en compte l’incertitude à travers des formulations de contraintes probabilistes en s’inspirant de [2] ; 
3. Une Formulation Équivalente Déterministe comme approximation du modèle mathématique à contraintes probabilistes, qui peut alors faire appel à des solveurs standards. 

Le candidat retenu aura à réaliser les missions suivantes pendant la durée de son stage : 

• Constituer un état de l’art décrivant les réseaux virtuels embarqués dans les infrastructures numériques et plus spécifiquement sur les problèmes de Virtual Network Embedding sous contraintes. 
• Proposer un document décrivant l’état de l’art des approches d’optimisation stochastiques  
• Développer quelques méthodes d’optimisation pour le VNE sous incertitudes [1]. 
• Tester et évaluer ces méthodes sur un cas jouet 
• Rédiger et soumettre un papier de conférence ou journal de l’ensemble des résultats obtenus 

Références bibliographiques  
[1] J. Liu, W. Yao, C. Wang, and Q. Yang, “Provisioning network slice for mobile content delivery in uncertain mec environment,” Computer Networks, vol. 224, p. 109629, 2023. 
[2] J. HE, M. Hadji and D. Zeghlache, “Constrained Dynamic Virtual Network Embedding”, Local Computer Networks 2023, Floride, USA. 
[3] Alkmim, G.P., Batista, D.M., Da Fonseca, N.L., 2013. Mapping virtual networks onto substrate networks. Journal of Internet Services and Applications 4, 1–15. 

Profil et compétences

Nous rechercherons un candidat de formation universitaire master 2 ou d’école d’ingénieur en 5ème année, dans le domaine de l’informatique ou des réseaux.  

Compétences :   

• Optimisation déterministe et optimisation stochastique 
• Théorie des réseaux 
• Simulateur réseaux (ns3, omnet++, …) et solveurs d’optimisation (CPLEX, etc.) 
• Langage de programmation : Python, C/C++ 

Aptitudes personnelles: 

• Autonomie, 
• Capacité d’analyse et de synthèse, 
• Curiosité, 
• Rigueur scientifique 

Merci d’indiquer la référence du stage dans l’objet de votre mail de candidature, d’y joindre CV, lettre de motivation, lettre(s) de recommandation et relevés de notes.