[論文レビュー] A Framework to Quantify the Benefits of Network Functions Virtualization in Cellular Networks

Zafar Ayyub Qazi, Vyas Sekar+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2014

Software-Defined Networks and 5G被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、プラットフォームタイプ、プロビジョニング戦略、トラフィック分配をモデル化することで、セルラーネットワークにおけるネットワーク機能仮想化（NFV）のコスト・ベネフィットトレードオフを定量化する体系的な最適化フレームワークを提案する。このフレームワークにより、運用者が履歴トラフィックおよびポリシー データを用いて、ハイブリッド、クラウド、ハードウェアベースのNFV展開を評価でき、柔軟なハードウェアがしばしばコストを最小化することが明らかになった。また、クラウド価格が低い場合、クラウド導入が最適な選択となる。

ABSTRACT

Network functions virtualization (NFV) is an appealing vision that promises to dramatically reduce capital and operating expenses for cellular providers. However, existing efforts in this space leave open broad issues about how NFV deployments should be instantiated or how they should be provisioned. In this paper, we present an initial attempt at a framework that will help network operators systematically evaluate the potential benefits that different points in the NFV design space can offer.

研究の動機と目的

• 運用者が多様な設計選択肢の下でNFV展開戦略を評価するための体系的ツールが不足しているという問題に対処すること。
• 純粋なクラウド、専用ハードウェア、ハイブリッドモデルを含む、さまざまなNFVインスタンスのコスト（CAPEX/OPEX）とパフォーマンスのトレードオフを定量化すること。
• 実世界のトラフィックおよびポリシー データを用いた「もしも」分析の意思決定支援フレームワークを提供すること。
• NFVの設計空間を3つの次元に形式化すること：プラットフォームタイプ、プロビジョニング／配置、需要分布。
• トラフィックの変動性、コストパrameter、パフォーマンス制約に基づいて、運用者が最適なNFV構成を選択できるようにすること。

提案手法

• フレームワークは、NFV展開を最適化問題としてモデル化し、履歴トラフィック需要とポリシーに基づくサービスチェイニング要件を入力として使用する。
• 異なるプラットフォーム間の比較を可能にするために、1Mbpsあたりのコストを正規化する。対象となるプラットフォームは、パブリッククラウド、柔軟なコンmodityハードウェア（FlexHW）、および専用の単機能アプライアンス（Single）である。
• コストには機器費、設置費、運用費（機器費の2倍としてモデル化）が含まれる。クラウドコストはAmazon EC2帯域幅料金から導出される。
• フレームワークは、FlexHW、Single、クラウドの組み合わせを含むハイブリッド展開を評価し、異なる展開モデル間でのトレードオフ分析を可能にする。
• 主なパrameterに対して感度分析を実施する：クラウド価格、設置/OPEXコスト、仮想化機器と物理機器の間のパフォーマンスギャップ。
• 最適化の出力として、さまざまなトラフィックパターンと構成における最もコスト効率の良いプロビジョニング戦略と、それに伴うコスト削減効果が得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 変動するトラフィック条件のもとで、CAPEXおよびOPEXを最小化するためのNFV展開モデル（例：クラウド、FlexHW、Single）の最適な混合比は何か？
• RQ2 クラウド価格、設置コスト、パフォーマンスギャップの変化が、さまざまなNFV戦略の経済的妥当性に与える影響はいかほどか？
• RQ3 柔軟なハードウェアは、専用またはクラウドオンリーデプロイメントと比較して、どれほどコスト削減を実現できるか？
• RQ4 トラフィックの変動性は、集中型、分散型、ハイブリッド型NFV展開の選択にどのように影響を与えるか？
• RQ5 ポリシーに基づくサービスチェイニングは、最適なNFVプロビジョニング戦略を形成する上で果たす役割は何か？

主な発見

• 柔軟なコンmodityハードウェア（FlexHW）は、トラフィック変動性のさまざまなシナリオにおいて一貫してコストを最小化し、多くの場合、純粋なクラウドや専用ハードウェアを上回る性能を示した。
• クラウドコストがベースラインの0.01倍に低下すると、クラウドオンリーデプロイメントが最適戦略となることが示され、低価格クラウドの導入に強い経済的インcentiveがあることが明らかになった。
• 設置および運用コストが上昇するにつれて、オンプレミスリソースの事前プロビジョニングへのインcentiveが低下し、オンデマンドクラウドまたは柔軟なハードウェアの利用が優先されるようになる。
• 仮想化機器と物理機器の間のパフォーマンスギャップがある場合、FlexHWとSingleを組み合わせたハイブリッド展開が、均一なソリューションよりもコスト効率が高くなることがある。
• フレームワークは、特にトラフィックパターンが予測不能または非常に変動が激しい場合に、ハイブリッドモデルが顕著な柔軟性とコスト削減を提供することを明らかにした。
• 感度分析により、クラウド価格が最も影響力のあるパrameterであることが確認され、わずかな価格低下でもクラウドベースのNFVへのシフトが生じることが示された。