[論文レビュー] On the Energy Efficiency Prospects of Network Function Virtualization

Rashid Mijumbi|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2015

Software-Defined Networks and 5G被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、ベル・ラボスのGWATTツールを用いて、ネットワーク機能仮想化（NFV）によるエネルギー効率の向上を評価し、仮想化EPC（VEPC）、仮想化CPE（VCPE）、仮想化RAN（VRAN）の3つの主要なユースケースに焦点を当てる。仮想化されたエボリュード・パケット・コア（EPC）は、エネルギー消費量を22%削減し、エネルギー効率を32%向上させることを明らかにした。これは、エネルギー節約の観点から最も効果的なNFV導入事例である。

ABSTRACT

Network Function Virtualization (NFV) has recently received significant attention as an innovative way of deploying network services. By decoupling network functions from the physical equipment on which they run, NFV has been proposed as passage towards service agility, better time-to-market, and reduced Capital Expenses (CAPEX) and Operating Expenses (OPEX). One of the main selling points of NFV is its promise for better energy efficiency resulting from consolidation of resources as well as their more dynamic utilization. However, there are currently no studies or implementations which attach values to energy savings that can be expected, which could make it hard for Telecommunication Service Providers (TSPs) to make investment decisions. In this paper, we utilize Bell Labs' GWATT tool to estimate the energy savings that could result from the three main NFV use cases Virtualized Evolved Packet Core (VEPC), Virtualized Customer Premises Equipment (VCPE) and Virtualized Radio Access Network (VRAN). We determine that the part of the mobile network with the highest energy utilization prospects is the Evolved Packet Core (EPC) where virtualization of functions leads to a 22% reduction in energy consumption and a 32% enhancement in energy efficiency.

研究の動機と目的

• 通信ネットワークにおけるNFV導入によるエネルギー効率の向上を定量的に評価すること。
• VEPC、VRAN、VCPEの3つの主要なNFVユースケースの実際のエネルギー節約可能性を評価すること。
• NFVが実世界のネットワーク環境において、エネルギー消費の低減とエネルギー効率の向上という約束を果たせるかどうかを評価すること。
• 仮想化によってエネルギー節約の恩恵を最も得られるネットワークドメインを特定すること。
• メトロネットワークの仮想化が、全体のネットワークにわたるエネルギー効率の向上を最大化するためにいかに重要であるかを強調すること。

提案手法

• 研究では、ネットワークおよびトラフィックモデリングプラットフォームとしてベル・ラボスのGWATTツールを用い、さまざまなネットワークアーキテクチャにおけるエネルギー消費量とエネルギー効率を推定している。
• ツールは、ベースラインおよび仮想化されたネットワークシナリオをモデル化しており、トラフィックプロファイル、機器タイプ、リソース割り当てパターンを含む。
• エネルギー消費量は、ネットワーク機能のワークロード、トラフィック量、ハードウェアの消費電力モデルに基づいて推定されている。
• 分析では、従来の（物理的）ネットワーク機能の展開と仮想化されたネットワーク機能の展開との間で、エネルギー使用量とエネルギー効率の指標を比較している。
• 本研究では、実世界の世界的なトラフィック予測を想定した、3つの主要なNFVユースケース（VEPC、VRAN、VCPE）を評価している。
• 結果は、コア、メトロ、アクセスセグメントを含む複数のネットワークドメインにおけるシミュレーションから得られている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LTEネットワークにおけるエボリュード・パケット・コア（EPC）の仮想化によって、どの程度のエネルギー節約が達成できるか。
• RQ2 RANおよびCPEの仮想化と物理的実装との間で、エネルギー消費量とエネルギー効率はどのように比較されるか。
• RQ3 EPC、RAN、CPEのうち、仮想化によってエネルギー節約の可能性が最も高いネットワークドメインはどれか。
• RQ4 特にメトロドメインにおけるネットワークトラフィックの分布が、NFVによるエネルギー効率の向上効果にどのように影響するか。
• RQ5 特定のネットワークドメインを仮想化することで、全体のネットワークエネルギー効率にどの程度の影響があるか、特にトラフィック増加下での影響は。

主な発見

• エボリュード・パケット・コア（EPC）の仮想化により、ベースラインの物理的展開と比較して、ネットワークの電力消費量が22%削減された。
• EPCの仮想化は、エネルギー効率を32%向上させ、エネルギー節約の観点から最も効果的なNFVユースケースとなった。
• 仮想化RAN（VRAN）は、エネルギー消費量を17%削減し、中程度ではあるが有意義なエネルギー効率の向上を示した。
• 仮想化CPE（VCPE）は、エネルギー消費量がわずかに3%削減にとどまり、これはCPE自体の消費電力が低く、仮想化による利点も限られていることを示している。
• ベースラインシナリオにおける全ユースケースの合計ネットワークエネルギー消費量は93,722.80メガワットと推定され、仮想化によりコアドメインで顕著に削減された。
• メトロネットワークの仮想化は、エネルギー効率を最大化するための重要な要因であると特定された。これは、メトロドメインが最も変動の激しいトラフィックを経験し、リソースの動的スケーリングによる恩恵を最も受けやすいからである。