Micro-chain : uma arquitetura para gerenciar e orquestrar microsserviços NDN

Abstract

Redes Centradas em Informação (do inglês "Information-Centric Networking" ou ICN) é um dos conceitos que estão sendo desenvolvidos para melhorar o desempenho das redes, incluindo para a Internet do Futuro. Além disso, a arquitetura de microsserviço surge como uma alternativa à arquitetura monolítica para desenvolvimento de software. A junção desses dois conceitos leva ao desenvolvimento de microsserviços ICN, i.e., fun ções de rede ICN desenvolvidas a partir da arquitetura de microsserviços. Essa abordagem tende a aproveitar as qualidades dos dois conceitos, melhorando principalmente a flexi bilidade e escalabilidade da rede. Todavia, lidar com o gerenciamento e orquestração de microsserviços ICN não é trivial. Portanto, este trabalho propõe Micro-Chain, uma ar quitetura para gerenciar e orquestrar microsserviços ICN para um conjunto de nós. Este trabalho descreve Micro-Chain a partir de quatro módulos e os seus relacionamentos, além das operações fundamentais. Mais especificamente, este trabalho lida com Rede de Dados Nomeada (do inglês "Named Data Networking" ou NDN), uma implementação de ICN. Para validar a solução, dois estudos de caso são definidos e avaliados. No primeiro, é avaliada a escala automática de um microsserviço NDN com base no consumo de re cursos. Além disso, é abordado o problema de posicionamento de microsserviços, onde é verificada uma diferença na performance para diferentes configurações. No segundo estudo de caso, um contexto militar é abordado. Nesse cenário, uma ver são da arquitetura Micro-Chain é utilizada para estabelecer uma rede NDN sob demanda para recuperação de dados de vídeo de um Veículo Aéreo não Tripulado (VANT). Neste sistema, dispositivos com certos limites de recursos podem implantar um microsserviço para armazenamento de conteúdo local em nós intermediários, tal como estabelecido por NDN. Logo, buscando validar o desempenho da rede NDN, comparou-se a recuperação de conteúdo via produtor, simulando o processo que seria realizado pelo Protocolo de Internet (do inglês "Internet Protocol" ou IP), e a recuperação de conteúdo a partir de nós intermediários. Os resultados indicam que a recuperação via nós intermediários, mais próximos do consumidor, apresenta Tempo de Ida e Volta 31% menor que a recuperação via produtor. No estudo de caso militar, a flexibilidade do sistema foi verificada a partir de um cenário de substituição dinâmica de um VANT com baixo nível de bateria. Nesse expe rimento, o VANT executa um processo de saída da rede NDN, tendo seus microsserviços NDN excluídos. Por fim, um novo VANT substitui o VANT que saiu, sendo implantados os microsserviços NDN para que ele integre a rede.

Information-Centric Networking (ICN) is one of the concepts that are being devel oped to improve network performance, including for the Future Internet. Additionally, microservices architecture emerges as an alternative to monolithic architecture. The com bination of these two concepts leads to the development of ICN microservices, i.e., ICN network functions developed from the microservices architecture. This approach tends to take advantage of the qualities of both concepts, mainly improving the flexibility and scalability of the network. Therefore, this work proposes Micro-Chain, an architecture to manage and orchestrate ICN microservices for a set of nodes. This work describes Micro-Chain through four modules and their relationships, along with the main opera tions. Specifically, this work deals with Named Data Networking (NDN), an implemen tation of ICN. To validate the solution, two case studies are defined and evaluated. In the first one, the on-demand scaling of an NDN microservice is evaluated based on resource consumption. Additionally, the problem of positioning microservices is addressed, where a difference in performance for different configurations is verified. In the second case study, a military context is addressed. In this scenario, a version of the Micro-Chain architecture is used to establish an on-demand NDN network for re trieving video data from an Unmanned Aerial Vehicle (UAV). In this system, devices with certain resource limits can deploy a microservice for storing local content on intermediate nodes, as established by NDN. Thus, to validate the performance of the NDN network, the retrieval of content directly from the producer, simulating the process that would be performed by the Internet Protocol (IP), is compared with the retrieval of content from intermediate nodes. The results indicate that recovery via intermediate nodes, closer to the consumer, has a 31% lower Round-Trip Time than direct retrieval from the producer. In the case of military study, the system’s flexibility was verified through a scenario of dynamic replacement of a UAV with low battery level. In this experiment, the UAV performs an egress process from the NDN network, with its NDN microservices being removed. Finally, a new UAV replaces the exiting UAV, and NDN microservices are deployed for it to integrate into the network.