[논문 리뷰] On the Energy Efficiency Prospects of Network Function Virtualization

Rashid Mijumbi|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 01.

Software-Defined Networks and 5G인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 벨랩스의 GWATT 도구를 사용하여 네트워크 기능 가상화(NFV)의 에너지 효율성 향상 효과를 평가하며, 주로 가상화된 EPC(VEPC), 가상화된 CPE(VCPE), 가상화된 라디오 액세스 넷워크(VRAN)의 세 가지 핵심 사용 사례에 집중한다. 결과적으로, 에볼브드 패킷 코어를 가상화할 경우 에너지 소비가 22% 감소하고 에너지 효율성이 32% 향상됨을 확인하였으며, 이는 에너지 절감 측면에서 가장 영향력 있는 NFV 구현 사례임을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 통신 네트워크에서의 NFV 도입으로 기대할 수 있는 에너지 효율성 향상 수준을 정량화하는 것.
• VEPC, VRAN, VCPE와 같은 세 가지 주요 NFV 사용 사례의 실제 에너지 절감 잠재력을 평가하는 것.
• NFV가 실제 네트워크 환경에서 에너지 소비 감소와 에너지 효율성 향상이라는 약속을 이행할 수 있는지 평가하는 것.
• 에너지 절감 측면에서 가상화가 가장 큰 이점을 가져다주는 네트워크 도메인을 특정하는 것.
• 전체 네트워크 전반의 에너지 효율성 향상을 극대화하기 위해 메트로 네트워크를 가상화하는 것이 얼마나 중요한지 부각하는 것.

제안 방법

• 연구는 네트워크 및 트래픽 모델링 플랫폼인 벨랩스의 GWATT 도구를 사용하여 다양한 네트워크 아키텍처에서의 에너지 소비와 효율성을 추정한다.
• 도구는 트래픽 프로파일, 장비 유형, 자원 할당 패턴을 포함한 기준 및 가상화된 네트워크 시나리오를 모델링한다.
• 에너지 소비는 네트워크 기능 워크로드, 트래픽 볼륨, 하드웨어 전력 모델에 기반하여 추정된다.
• 분석은 전통적인(물리적) 네트워크 기능 배포와 가상화된 네트워크 기능 배포 간의 에너지 사용 및 효율성 지표를 비교한다.
• 연구는 실질적인 세계적 트래픽 전망을 바탕으로 세 가지 주요 NFV 사용 사례인 VEPC, VRAN, VCPE를 평가한다.
• 결과는 코어, 메트로, 액세스 세그먼트를 포함한 여러 네트워크 도메인에서의 시뮬레이션을 통해 도출된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LTE 네트워크에서 에볼브드 패킷 코어(EPC)를 가상화할 경우 어떤 수준의 에너지 절감을 기대할 수 있는가?
• RQ2 RAN과 CPE의 가상화 구현과 물리적 구현 간에 에너지 소비와 에너지 효율성은 어떻게 비교되는가?
• RQ3 EPC, RAN, CPE 중 어느 네트워크 도메인이 가상화를 통해 가장 높은 에너지 절감 잠재력을 지니는가?
• RQ4 특히 메트로 도메인에서의 트래픽 분포가 NFV의 에너지 효율성 향상 효과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 특정 네트워크 도메인의 가상화가 증가하는 트래픽 하에서 전체 네트워크의 에너지 효율성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 에볼브드 패킷 코어(EPC)를 가상화할 경우 기준 물리적 배포 대비 네트워크 전력 소비가 22% 감소한다.
• EPC 가상화로 인해 에너지 효율성이 32% 향상되어, 에너지 절감 측면에서 가장 영향력 있는 NFV 사용 사례로 확인된다.
• 가상화된 RAN(VRAN)은 에너지 소비를 17% 감소시켜 중간 정도이지만 의미 있는 에너지 효율성 향상을 보인다.
• 가상화된 CPE(VCPE)는 에너지 소비가 오직 3% 감소하여, 본래의 낮은 전력 소비 수준과 가상화로 기대할 수 있는 이점이 제한적임을 반영한다.
• 기준 시나리오에서 모든 사용 사례의 총 네트워크 에너지 소비는 93,722.80 메가와트로 추정되며, 가상화로 코어 도메인에서의 소비가 크게 감소한다.
• 메트로 네트워크의 가상화가 에너지 효율성 향상을 극대화하는 데 핵심 요소로 확인되었으며, 이는 변동성이 크고 동적 자원 스케일링의 이점이 가장 크게 작용하기 때문이다.