Neste cenário, a virtualização das funções de rede parece aumentar a flexibilidade e reduzir o custo da infraestrutura de telecomunicações. Com base no exposto, a Virtualização de Funções de Rede (NFV) apresenta-se como um paradigma muito promissor, tanto para.
Infraestrutura NFV (NFV Infrastructure, NFVI)
Na NFV, a camada de virtualização cria recursos virtuais, que são abstrações de recursos de hardware, e desacopla VNFs de equipamentos físicos. A camada de virtualização também permite que as VNFs utilizem a infraestrutura virtual subjacente, além de fornecer os recursos necessários para executar as funções (ETSI, 2013).
Fun¸c˜ oes Virtuais de Rede (Virtual Network Functions, VNFs)
Outra característica da NFV em relação às funções de rede é citada por (MIJUMBI et al., 2015b). Embora o uso de VNFs seja um dos principais pontos a favor do NFV, a virtualização de NFs não é uma imposição.
Gerenciamento e Orquestra¸c˜ ao (Management ANd Orchestration, MANO) 21
O NFVO também orquestra serviços, criando serviços ponta a ponta, ou seja, encadeando VNFs em SFCs e gerenciando a topologia formada pelas instâncias VNF. Estes serviços são representações de alto nível que dependem do conjunto de VNFs que os compõem, e também da sua ordem, tendo em conta o tipo, capacidades e sequência das VNFs.
Mapeamento de Redes Virtuais (Virtual Network Embedding,
O problema de posicionamento em VNE é muito semelhante ao problema de posicionamento de SFCs em NFV, tanto que vem do primeiro. Uma das diferenças é que o problema VNE tenta mapear uma rede virtual em uma rede física. Em (LUIZELLI et al., 2015) destaca-se que as soluções para o problema VNE não são adequadas para o posicionamento dos SFCs e outras duas diferenças são consideradas.
Em segundo lugar, um problema VNE considera apenas os roteadores como dispositivos físicos, enquanto um problema NFV implanta um número maior de dispositivos e funções de rede coexistindo na mesma infraestrutura.
Redes Definidas por Software (Software-Defined Networking,
Portanto, a integração vertical dos planos dificulta a inserção de alterações no plano de controle. Numa rede SDN, os dispositivos tornam-se transmissores de pacotes e a inteligência associada à camada de controle é direcionada para um controlador SDN. A Figura 7 mostra a diferença entre redes tradicionais e redes SDN, representando o desacoplamento do plano de controle e atribuindo-o a um elemento controlador.
Portanto, o plano de controle pode ser configurado remotamente com software no controlador, e as novas regras se estenderão a interruptores simples.
Estudos gerais sobre NFV
Em (JOHN et al., 2013), são discutidas algumas oportunidades de pesquisa relacionadas ao SFC em NFV, incluindo descrição e programação de SFC, implementação de VNF, continuidade de rede e prestação de serviços de segurança.
Posicionamento ´ otimo de SFCs
Apenas a solução ótima é dada, e a proposta de heurística é mencionada no trabalho futuro. No entanto, apenas a formulação matemática é discutida e não existe uma solução ótima ou heurística. Apenas a solução ótima é fornecida e a proposta de uma heurística para um futuro problema de programação linear.
Nesta dissertação, o problema de posicionamento de SFCs é abordado através da formulação de um problema MILP, sua solução ótima, e da heurística TRELIS, que obtém melhores tempos de execução e pode alcançar uma solução quase ótima.
Areas correlatas ´
VNE pode ser interpretado como um precursor do problema de posicionamento de SFCs em NFV, conforme discutido na Seção 1.2. Em (BOTERO et al., 2012), por exemplo, são considerados aspectos de eficiência energética na alocação de recursos em VNE. Em (SU et al., 2012) é formulado um modelo de consumo de energia e desenvolvido um algoritmo de eficiência energética para VNE.
Além disso, um serviço pode ser atrasado ou interrompido se os servidores que contêm o backup forem desligados.
Resiliˆ encia e consumo de energia em outras ´ areas
Porém, esses trabalhos levam em consideração apenas que os dispositivos estão ligados ou desligados e a redução no consumo de energia vem da minimização do número de componentes energizados. Portanto, este trabalho utiliza a replicação de caminhos e VNFs para posicionar SFCs. Falhas de conexão e de servidor são comuns em uma infraestrutura de rede, seja por configuração inadequada, falha de energia ou porque algum dispositivo parou de funcionar.
Portanto, também é necessário considerar como alocar os recursos necessários para fazer backup das VNFs sem comprometer a economia de energia.
Resiliˆ encia
Esta estratégia consiste, portanto, em antecipar a necessidade de caminhos e funções de backup, e também posicioná-los na infraestrutura física, para que em caso de falha o SFC já esteja instalado. . Em princípio, proporcionar resiliência baseada na replicação pode implicar um compromisso com a poupança de energia, uma vez que são necessários mais recursos para garantir a prestação do serviço. A continuidade do serviço é, portanto, uma questão mais importante do que o foco na disponibilidade da plataforma.
Além disso, a principal função destas entidades é preservar a disponibilidade de um serviço para minimizar as consequências de falhas de infraestrutura.
Modelo de falhas
Em (STERBenz et al., 2010), uma falha é definida como o desvio de um serviço funcional e desejado para uma ação inesperada ou uma ação não conforme com o que foi especificado. Segundo (ETSI, 2015), a continuidade do serviço não é apenas uma expectativa do utilizador, mas muitas vezes um requisito legal, uma vez que as empresas podem ser penalizadas pela descontinuidade do serviço. Um exemplo de ação é redirecionar, dentro de um SFC, a rota para uma função de espera caso seja detectada uma falha de VNF desse serviço.
Neste caso, é importante considerar a questão da redundância, o posicionamento de VNFs sobressalentes para dar continuidade à cadeia de funções deste serviço.
Replica¸ c˜ ao de SFCs
Modelo de consumo de energia
Quando a Capacidade alocada é igual à Capacidade total, o consumo de energia é eEmax, ou seja, o consumo máximo, com todos os recursos utilizados. Esta partilha de VNFs melhora a utilização dos recursos disponíveis e não aumenta o consumo de energia. O consumo de energia é calculado com base na quantidade de recursos alocados, independentemente de existirem SFCs consumindo esses recursos de VNFs ou não.
Portanto, o consumo de energia devido a fragmentos de capacidade desperdiçados é levado em consideração.
Fun¸ c˜ ao objetivo
O problema de otimização formulado visa reduzir o consumo de energia em servidores, utilizando as capacidades disponíveis em VNFs operacionais e compartilhando VNFs entre diferentes SFCs. Por exemplo, um servidor terá seu consumo mínimo de energia quando possuir apenas VNFs de backup instanciadas, correspondendo ao modo inativo. Assim, durante a operação dos sistemas, apenas é levado em consideração o consumo de energia associado às VNF operacionais, conforme discutido na seção 3.4.
Vm,j Recursos computacionais utilizados pela instância VNF do tipo Parâmetro Km,r Recursos computacionais utilizados pelo backup VNF do tipo Parâmetro Fm,q Recursos computacionais do tipo VNF solicitados pelo Parâmetro SFCq.
Restri¸ c˜ oes de aloca¸ c˜ ao de VNFs
Restri¸ c˜ oes de aloca¸ c˜ ao de enlaces
Desta forma, a única degradação possível do serviço é ultrapassar o valor máximo de latência ao utilizar backups, mas o serviço é garantido.
Restri¸ c˜ oes de aloca¸ c˜ ao de backups
Restri¸ c˜ oes de fluxo
As Equações 22, 23 e 24 têm a mesma função da Equação 14, relacionadas aos links de backup indo de uma VNF operacional para uma VNF de backup, indo de uma VNF de backup para uma VNF operacional e conectando duas VNFs de backup, respectivamente. Links de backup virtual interno são criados quando há em ordem, no mesmo servidor, um VNF operacional e a cópia de backup do outro, uma cópia de backup e o outro VNF operacional, e dois.
Restri¸ c˜ oes de resiliˆ encia e de Grupos de Risco Compartilhado
Isso acontece quando duas conexões que chegam na VNF standby e duas conexões que saem da sua VNF operacional correspondente e vice-versa ficam simultaneamente inacessíveis, conforme mostrado na Figura 13. O fluxo processado pela VNF tipo 0 chega à VNF tipo 1, mas não consegue chegar ao tipo VNF. 2. Da mesma forma, embora um fluxo processado pelo VNF 1 possa atingir o VNF 2, ele ainda não foi processado pelo VNF tipo 0.
Equa¸ c˜ oes de dom´ınio de vari´ aveis
Em geral, o TRELIS recebe a rede original, remove links que fecham ciclos e nós de sua topologia e cria uma rede online para ser utilizada no problema de posicionamento SFC. A Figura 14 mostra em azul uma rede online formada por 8 servidores da rede original. Após formar a rede online, o TRELIS fornece esta rede como entrada para o problema de otimização.
Na função de resolução de problemas, na linha 12, a rede escolhida online é então dada como entrada para o problema formulado no Capítulo 4.
Tempos de execu¸ c˜ ao da solu¸ c˜ ao ´ otima
O primeiro experimento envolve o posicionamento de SFCs curtos, ou seja, com dois VNFs, e foi realizado tanto com a solução ótima quanto com o TRELIS, para comparar os tempos de execução obtidos em cada caso. Como a solução ótima rapidamente se torna inviável para o posicionamento de SFCs curtos, que é o experimento mais simples em termos de composição de SFC, com apenas 2 VNFs em cada, os outros dois experimentos não foram realizados para esta abordagem. O resultado do TRELIS mostrado abaixo é, portanto, necessariamente igual ao da solução ótima, uma vez que os servidores que a heurística seleciona são equivalentes aos servidores que a solução ótima utiliza para posicionar os SFCs.
Portanto, os resultados da solução ótima foram omitidos aqui e estão disponíveis na Seção 6.2.1.
Resultados da TRELIS
Posicionamento de SFCs com diferentes capacidades de VNF
Da mesma forma, o consumo é reduzido através da redução do desperdício de recursos, o que melhora a poupança de energia. Porém, quanto maior a capacidade das VNFs, menos instâncias são necessárias, o que reduz o consumo de energia. Ao colocar SFCs longos, o número de instâncias utilizadas para formar os SFCs também afeta a economia de energia.
Embora o desperdício de recursos tenha um impacto direto na poupança de energia, não tem impacto na resiliência do modelo de consumo de energia em consideração.
Dire¸ c˜ oes futuras
Tamb´em ´e poss´ıvel define uma parcela de consumo de energia para as VNFs de backup e verificar como isso impacta na economia de energie. NFV: state of the art, challenges and implementation in next generation mobile networks (vEPC). IEEE Network, IEEE, v. Network function virtualization: State-of-the-art and research challenges.IEEE Communications Surveys & Tutorials, IEEE, v.
Software Defined Networking Research: Past, Present, and Future of Programmable Networks. IEEE Communications Surveys & Tutorials, IEEE, v.
