[論文レビュー] Flexibility of Networks: a new measure for network design space analysis?

Wolfgang Kellerer, Arsany Basta+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2015

Software-Defined Networks and 5G参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ソフトウェア定義ネットワーク（SDN）、ネットワーク関数仮想化（NFV）、ネットワーク仮想化（NV）を事例として用い、動的再構成、機能配置、トポロジースケーリングといった重要な柔軟性要因を特定することで、ネットワークの柔軟性を新たな設計指標として定量化するフレームワークを提案する。反復的モデリング・最適化・分析サイクルを導入し、設計指針を導出する。コストに配慮したネットワークアーキテクチャの比較を可能にするために、複数の側面を統合した「柔軟性の質」（QoF）を提唱する。

ABSTRACT

Flexibility is often claimed as a competitive advantage when proposing new network designs. However, most proposals provide only qualitative arguments for their improved support of flexibility. Quantitative arguments vary a lot among different proposals. A general understanding for flexibility is not yet clearly defined, leaving it to the reader to draw the right conclusions based on background information. The term flexibility is commonly defined as the ability to adapt to changes. For networks, flexibility would refer to the ability to adapt the available network resources, such as flows or topology, to changes of design requirements, e.g., shorter latency budgets or different traffic distributions. Recent concepts such as Software Defined Networking, Network Virtualization and Network Function Virtualization have emerged claiming to provide more flexibility in networks. Nevertheless, a deeper understanding of what flexibility means and how it could be quantified to compare different network designs remains open. In this paper, we ask whether flexibility can be a new measure for network design space analysis. As it is quite challenging to formulate a flexibility measure that covers all network aspects, we propose an initial set of flexibility aspects to start grounding guidelines. Our initial selection is backed up by an analysis of Software Defined Networking, Network Virtualization and Network Function Virtualization for their support of the selected flexibility aspects. Our research methodology is based on a systematic approach that leads to network design guidelines with respect to flexibility.

研究の動機と目的

• 現在の研究や設計におけるネットワークの柔軟性の標準的で定量的な定義の欠如に対処する。
• 柔軟性がネットワーク設計空間分析における新たな測定可能な次元として機能できるかどうかを調査する。
• ネットワークアーキテクチャのための主要な柔軟性要因を特定・評価するための体系的フレームワークを開発する。
• SDN、NFV、ネットワーク仮想化といった実世界の技術を分析することで、柔軟なネットワーク設計のガイドラインを確立する。
• 柔軟性を定量化可能な側面に根拠を置くことで、定性的な主張に代えてコストに配慮したネットワーク設計の比較を可能にする。

提案手法

• ネットワークの柔軟性を、フロー、トポロジ、設定、機能配置といったリソースを変化する要件に適応できる能力として定義する。
• 再構成、機能配置、トポロジースケーリングといった関連する側面を含む、複数の側面からなる柔軟性測定法を提案する。柔軟性を単一の指標として扱うのでなく、複合的な指標として扱う。
• 異なるトポロジーやトラフィックパターン下でのネットワーク設計の評価を目的とした、モデリング・最適化・解決策分析の反復的で体系的なフレームワークを適用する。
• SDN、NFV、ネットワーク仮想化の事例を用いて、選定した柔軟性要因の関連性と適用可能性を検証する。
• 解決策分析のパターン（例えば、特定のトポロジーやトラフィック特性下でどのアーキテクチャが最も優れた性能を示すか）に基づき、入力データとモデルを反復的に精錬する。
• 大規模または複雑な設計空間において、信頼性があり恣意的でない結論を得るために、フレームワークの収束基準を確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ネットワークの柔軟性は、ネットワーク設計空間分析のための新たな定量的指標として形式化可能か？
• RQ2 再構成、機能配置、トポロジースケーリングといった、柔軟性の核心的側面の中で、現代のネットワークアーキテクチャにとって最も関連性の高いものは何か？
• RQ3 SDN、NFV、ネットワーク仮想化といった新興技術は、同定された柔軟性要因をどのように支援するか？
• RQ4 柔軟性とコストの関係は何か？コストはどのように柔軟性評価フレームワークに統合できるか？
• RQ5 柔軟なネットワークアーキテクチャのための堅牢な設計指針を導出するための体系的で繰り返し可能なプロセスは、どのように設計できるか？

主な発見

• ネットワークの柔軟性は、単一の指標としてではなく、動的再構成、機能配置、トポロジースケーリングといった複数の関連する側面の複合的指標として理解するのが最適である。
• SDN、NFV、ネットワーク仮想化の分析から、これらの技術が異なる柔軟性要因を異なる程度でサポートしていることが明らかになり、多面的指標の必要性が裏付けられた。
• 反復的モデリング・最適化・解決策分析に基づくフレームワークは、特定のトポロジーやトラフィック特性下でどのネットワークアーキテクチャが最も優れた性能を示すかといったパターンを特定できる。
• フレームワークは、解決策分析がモデル精錬に情報を提供するフィードバックループを可能にし、次の反復におけるより的を射たかつ根拠に基づいた入力データの収集を可能にする。
• すべての関連するパrameterの組み合わせが網羅的に分析され、もしくは新たなパターンやインサイトが得られなくなった時点で、フレームワークは収束する。これにより、堅牢性が確保され、誤検出のリスクが低減される。
• 提案手法は、コストに配慮した比較を可能にする「柔軟性の質」（QoF）指標を構築する基盤を提供する。