[论文解读] 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 12

一句话总结

本文使用贝尔实验室的GWATT工具评估网络功能虚拟化（NFV）在能效方面的提升，聚焦于三个关键用例：虚拟化演进分组核心（VEPC）、虚拟化CPE（VCPE）和虚拟化无线接入网（VRAN）。研究发现，虚拟化演进分组核心可使能耗降低22%，能效提升32%，是NFV部署中能效收益最高的场景。

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.

研究动机与目标

• 量化电信网络中采用NFV后预期的能效改进。
• 评估三种主要NFV用例（VEPC、VRAN和VCPE）的实际节能潜力。
• 评估NFV是否能在真实网络场景中兑现其降低能耗和提升能效的承诺。
• 识别在节能和能效方面，哪些网络域通过虚拟化获益最大。
• 强调虚拟化城域网络对最大化全网能效收益的重要性。

提出的方法

• 本研究使用贝尔实验室的GWATT工具——一种网络与流量建模平台，估算不同网络架构下的能耗与能效。
• 该工具建模了基线与虚拟化网络场景，包括流量配置、设备类型和资源分配模式。
• 能耗估算基于网络功能工作负载、流量量级和硬件功耗模型。
• 分析比较了传统（物理）与虚拟化网络功能部署在能耗与能效指标上的差异。
• 研究评估了三种主要NFV用例：VEPC、VRAN和VCPE，在全球真实流量预测下的表现。
• 结果基于对核心、城域和接入等多段网络域的仿真得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LTE网络中，虚拟化演进分组核心（EPC）可实现多大程度的节能？
• RQ2 与物理实现相比，虚拟化RAN和CPE在能耗与能效方面有何差异？
• RQ3 在EPC、RAN和CPE三个网络域中，哪个领域通过虚拟化具有最高的节能潜力？
• RQ4 网络流量分布，尤其是城域网络中的流量分布，如何影响NFV在能效方面的有效性？
• RQ5 虚拟化特定网络域在多大程度上影响整体网络能效，尤其是在流量持续增长的背景下？

主要发现

• 与基线物理部署相比，虚拟化演进分组核心（EPC）可使网络功耗降低22%。
• EPC虚拟化带来32%的能效提升，使其成为NFV用例中节能效益最高的场景。
• 虚拟化无线接入网（VRAN）实现17%的能耗降低，表明其具有中等但显著的能效增益。
• 虚拟化CPE（VCPE）仅实现3%的能耗降低，反映出其本身功耗较低，虚拟化带来的增益有限。
• 在基线场景下，所有用例的总网络能耗估计为93,722.80兆瓦，虚拟化显著降低了核心域的能耗。
• 虚拟化城域网络被识别为最大化能效的关键驱动因素，因其流量波动最大，最能从动态资源调度中获益。