Virtual functions orchestration costs : from identification to prediction

Abstract

The advent of function virtualization concept, especially that of network functions (Network Function Virtualization, or NFV), presents critical benefits for networks of the future. Offering scalable solutions for network requirements that are dynamic by nature, virtualized functions can be expanded or withdrawn along the network infrastructure according to instantaneous demands. Although the orchestration of virtualized functions present gains for network operators and clients alike, the overhead for moving functions has not been thoroughly explored so far, especially considering functions virtualized by newer container technologies. In this work, we present the most relevant bibliographic references found in the subject, considering the differences in available virtualization technologies, and possible network setups. To assert the associated cost posed by the orchestration of virtualized functions, we utilize a well-known container platform to perform a series of experiment in a controlled environment. Quantitative analysis of the results are then regressed to a mathematical relation for the prediction of time and data transferred associated with the orchestration of virtual functions. Finally, a use case is presented, in which the predictor estimations are validated against observed measurements. Obtained results indicate that predictions can be accurate within reasonable range, and therefore future orchestration algorithms may benefit from considering such predictions when defining the best orchestration plan available.

O surgimento do conceito de virtualização de funções, em especial as de funções de rede (NFV, do inglês Network Function Virtualization), traz benefícios críticos para as redes do futuro. Oferecendo soluções escaláveis para requisitos naturalmente dinâmicos da rede, as funções virtualizadas podem ser expandidas ou retraídas ao longo da estrutura de rede de acordo com demandas instantâneas. Embora esta orquestração de funções represente ganhos tanto para os operadores quanto para os clientes da rede, o próprio custo da movimentação das funções foi pouco explorado até o momento, especialmente considerando-se a relativamente nova virtualização de funções por containers. Neste artigo, são apresentados os principais trabalhos encontrados sobre o tema, considerando as diferenças presentes entre tecnologias de virtualização disponíveis, e entre estruturas de rede possíveis. Para afirmar o custo imposto pela orquestração de funções virtualizadas, uma série de experimentos são executados em um ambiente controlado, utilizando uma plataforma de virtualização por container bem conhecida. A análise quantitativa dos resultados é então reduzida para uma relação matemática, que auxilia na predição dos custos de tempo e banda associados à orquestração de funções virtualizadas. Finalmente, um estudo de caso é apresentado, no qual as estimativas fornecidas pelo preditor são validadas com os resultados observados. Os resultados obtidos indicam que as predições podem ser precisas dentro de uma faixa razoável, e que portanto futuros algoritmos de orquestração podem beneficiar-se ao considerar tais predições quando estiverem definindo o melhor plano de orquestração disponível.