[논문 리뷰] Flexibility of Networks: a new measure for network design space analysis?

Wolfgang Kellerer, Arsany Basta외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 11.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 SDN, NFV, NV를 사례 연구로 삼아 동적 재구성, 기능 배치, 토폴로지 확장성과 같은 핵심 유연성 요소를 식별함으로써 네트워크 유연성을 새로운 설계 지표로 정량화하는 프레임워크를 제안한다. 설계 지침을 도출하기 위해 모델링-최적화-분석의 반복적 사이클을 도입하며, 유연성의 품질(QoF)을 다면도적 측정 척도로 제안하여 네트워크 아키텍처 간 비용 인식 비교를 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현재 연구 및 설계에서 네트워크 유연성에 대한 표준화되고 정량화된 정의가 부족한 문제를 해결한다.
• 유연성이 네트워크 설계 공간 분석에서 새로운 측정 가능한 차원이 될 수 있는지 조사한다.
• 네트워크 아키텍처의 핵심 유연성 요소를 식별하고 평가하기 위한 체계적인 프레임워크를 개발한다.
• SDN, NFV, 네트워크 가상화와 같은 실제 기술을 분석함으로써 탄력적인 네트워크 설계를 위한 지침을 수립한다.
• 유연성의 측정 가능한 측면에 기반하여 정성적 진술이 아닌 비용 인식 비교가 가능한 네트워크 설계 간 비교를 가능하게 한다.

제안 방법

• 네트워크의 유연성을 자원(예: 흐름, 토폴로지, 구성, 기능 배치)을 변화하는 요구사항에 맞게 적응할 수 있는 능력으로 정의한다.
• 재구성, 기능 배치, 토폴로지 확장성 등 상호 관련된 요소들의 복합체로 간주하는 다면도적 유연성 측정 척도를 제안하며, 유연성을 단일 지표로 보지 않는다.
• 다양한 토폴로지 및 트래픽 패턴 하에서 네트워크 설계를 평가하기 위해 모델링, 최적화, 해법 분석을 포함하는 체계적이고 반복적인 프레임워크를 적용한다.
• SDN, NFV, 네트워크 가상화에 대한 사례 연구를 통해 선택된 유연성 요소의 관련성과 적용 가능성을 검증한다.
• 특정 토폴로지나 트래픽 특성 하에서 어떤 아키텍처가 가장 잘 성능을 내는지와 같은 해법 분석 패턴을 바탕으로 입력 데이터와 모델을 반복적으로 개선한다.
• 대규모 또는 복잡한 설계 공간에서 신뢰성 있고 비편향된 결론을 도출하기 위해 프레임워크의 수렴 기준을 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 네트워크 유연성을 네트워크 설계 공간 분석을 위한 새로운 정량적 측정 척도로 체계화할 수 있는가?
• RQ2 재구성, 기능 배치, 토폴로지 확장성 등 유연성의 핵심 요소 중 현대 네트워크 아키텍처에 가장 관련성이 높은 요소는 무엇인가?
• RQ3 SDN, NFV, 네트워크 가상화와 같은 신규 기술들이 식별된 이러한 유연성 요소들을 어떻게 지원하는가?
• RQ4 유연성과 비용 간의 관계는 무엇이며, 비용은 어떻게 유연성 평가 프레임워크에 통합될 수 있는가?
• RQ5 탄력적인 네트워크 아키텍처 설계 지침을 도출하기 위한 체계적이고 반복 가능한 프로세스는 어떻게 설계할 수 있는가?

주요 결과

• 네트워크의 유연성은 단일 지표로 보다는 동적 재구성, 기능 배치, 토폴로지 확장성과 같은 상호 관련된 요소들의 복합체로 이해하는 것이 가장 바람직하다.
• SDN, NFV, 네트워크 가상화의 분석을 통해 이러한 기술들이 서로 다른 수준의 유연성 요소를 지원하는 것으로 나타나, 다면도적 측정 척도의 필요성을 검증한다.
• 반복적 모델링, 최적화, 해법 분석 기반의 프레임워크는 특정 토폴로지나 트래픽 특성 하에서 어떤 네트워크 아키텍처가 가장 잘 성능을 내는지와 같은 패턴을 식별할 수 있다.
• 해법 분석 결과가 모델 개선에 반영되어 후속 반복에 대한 더 집중적이고 타당한 입력 데이터를 확보할 수 있는 피드백 루프를 프레임워크가 제공한다.
• 모든 관련 매개변수 조합이 철저히 분석되었거나, 더 이상 새로운 패턴이나 통찰이 도출되지 않을 경우 수렴 기준을 충족함으로써 프로세스는 탄탄하고 거짓 긍정을 줄일 수 있다.
• 제안된 접근 방식은 네트워크 설계 간 비용 인식 비교를 가능하게 하는 '유연성의 품질'(QoF) 지표를 개발하기 위한 기반을 제공한다.