Departamento de Ciência da Computação 21/03/2020 2020/1 Fichamento de Artigo Prof. Marcos F. Caetano Título: Resource Allocation in NFV: A Comprehensive Survey Autor(es): Juliver Gil Herrera e Juan Felipe Botero Revisor: Danilo Almeida Paiva Avaliação: Bom 1 Interesse do Leitor 1. O artigo é interessante no contexto da disciplina? Sim 2. Que tipo de mudança haverá neste interesse nos próximos 5 anos? Crescerá 3. Considerando o contexto específico do artigo, qual a importância do tópico abordado? Muita 2 Conteúdo 1. O artigo é tecnicamente bem feito? Sim 2. Qual o nível de conhecimento técnico apresentado? Avançado 3. O artigo apresenta uma contribuição tangível ao estado da arte da área? Sim 4. As referências apresentadas são adequadas? Sim 5. Qual a probabilidade do conteúdo apresentado ser utilizado por outros pesquisadores? Alta 2.1 Experimentos 1. Os experimentos são claramente definidos? Os autores não fazem experimentos neste artigo. 2. O procedimento adotado é descrito com detalhes suficientes para ser reproduzido? Não existem experimentos no artigo, portanto não há descrição de procedimento adotado. código disponível: Não se aplica dados disponíveis: Não se aplica 3. Os resultados são comparados ao estado da arte? Não são gerados resultados. Existe comparação teórica das abordagens para se resolver o problema NFV-RA. 4. As métricas utilizadas são válidas? São sugeridas métricas possíveis para comparação entre cenários. 5. As conclusões são válidas? Sim 6. Os resultados são convincentes? Não existem resultados de experimentos. 2.2 Apresentação 1. O abstract é um resumo suficiente e adequado do conteúdo apresentado? Sim 2. A introdução apresenta claramente o contexto e a motivação para alguém que não seja especialista? Sim 3. Como é a organização do artigo? Satisfatória 4. Considerando o conteúdo técnico, o tamanho do artigo é adequado? Sim 5. A escrita é satisfatória? Sim 6. Qual a legibilidade do artigo pra um não especialista? Precisa de esclarecimentos 7. Desconsiderando o aspecto técnico, qual a qualidade do conteúdo apresentado? Excelente 3 Resumo O artigo descreve o problema de alocação de recurso (RA - Resource Allocation) na arquitetura de redes denominada NVF (network functions virtualization - funções de rede virtualizadas). Cita a abordagem de outros autores para resolver um ou mais estágios desse problema: a) composição de cadeia - CC; b) mapeamento do grafo gerado na infraestrutura física - FGE; c) agendamento de recursos visando eficiência de execução - SCH); de forma não coordenada e de forma coordenada. Além disso, apresenta os conceitos desse paradigma, os benefícios de sua utilização e uma classificação de outros autores e artigos explorando essa área do conhecimento. O NFV surgiu para resolver questões como: (1) o amplo dispêndio financeiro com hardware especializado proprietário para adicionar novos serviços em data centers (presume-se que principalmente nas empresas telecom pela complexidade de demanda e interconexões existentes). O dispêndio citado está associado tanto com a compra de novos equipamentos (de acordo com o seu ciclo de vida), com os custos operacionais para manter uma equipe capaz de administrar esse ambiente heterogêneo de forma integrada, e com os custos de energia associados; (2) com a dificuldade de se adicionar uma nova funcionalidade/serviço na infraestrutura de rede pois esse processo possivelmente exige a reorganização física dos equipamentos e a programação manual do tráfego de dados, além do arranjo da infraestrutura se tornar inefetivo ao longo do tempo. Os conceitos associados com esse framework estão sendo especificados pelo ETSI (Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicação) órgão escolhido pelas principais empresas de Telecom para esse propósito. No paradigma NFV, uma função de rede bem definida e com interfaces externas claras, executada por um equipamento de rede, é tratada como um módulo de software executado por um equipamento de uso-geral (ex.: servidor de rede). NFV pode fazer uso de virtualização e permite inovação ao facilitar novas “composições” dos ativos existentes na infraestrutura de data center (virtualizados e alguns não) gerando novos serviços de uma forma mais facilitada e a possibilidade de cenários híbridos de operacionalização. Um serviço de rede nessa arquitetura é visto como uma cadeia de funções de rede virtualizadas alocadas na infraestrutura física correspondente (substrato de rede), de acordo com o tipo de recurso (processamento, armazenamento ou redes) necessário para o seu funcionamento. A arquitetura NFV possui três componentes: (1) serviços, compostos por conjuntos de funções virtualizadas de redes (VNFs); cada VNF é gerenciado por um sistema de gerência denominado EMS - Element Management System responsável pela criação, configuração, monitoramento, desempenho e segurança da VNF. O Sistema de suporte de operações (OSS) assim como o Sistema de Suporte de Negócios (BSS) previstos na arquitetura são responsáveis por gerenciar os serviços fima-fim (2) NFVI, conjunto de componentes de hardware e software que compõe o ambiente NFV. Os recursos físicos disponíveis são particionados logicamente e entregues para as VNFs. Quando não existe camada de virtualização abstraindo a parte física, o software VNF é executado através de um sistema operacional executado em um servidor de uso geral ou como uma aplicação; (3) NFVMANO (Management and Orquestration - Gerenciamento e Orquestração): componente responsável pela orquestração e ciclo de vida dos recursos físicos e virtualizados na infraestrutura disponível, assim como a orquestração das VNFs. Esse componente inclui base de dados com informações do ciclo de vida dos recursos. É ainda o orquestrador o responsável pela alocação de recursos através de algoritmos eficientes, avaliando as condições para mapeamento da cadeia de VNFs na infraestrutura física através dos gerenciadores de virtualização co-responsáveis. No que tange à parte mais importante do artigo, a problemática da alocação de recursos, o texto compara o problema RA com o problema VNE - Virtual Network Embedding (que é o mapeamento de recursos virtuais em infraestrutura física). O artigo frisa que são problemas do mesmo domínio porém com algumas diferenças. Enquanto o problema de alocação de recursos no paradigma NFV requer análise dinâmica das requisições, criação de cadeia de VNFs de acordo com os recursos virtualizados de infraestrutura existente a partir do melhor grafo condizente com a estratégia adotada (melhor curso, economia de energia, maior utilização dos ativos); o VNE trata do problema a partir de uma topologia estática previamente definida. VNF também tem que lidar com diferentes tipos de recursos na alocação enquanto VNE está mais relacionado com a alocação de recursos de rede. Uma das preocupações expostas no artigo é que um serviço de rede, do ponto de vista do usuário, deve possuir um desempenho de acordo com o nível de serviço definido (SLA), independentemente das tecnologias utilizadas para prover o serviço. Dito isso, há a preocupação no desempenho dos serviços de rede oferecidos pelo paradigma NFV e o problema de alocação de recursos tem direta interferência nisso. A alocação de recursos é dividida em estágios. O primeiro deles é a composição de cadeia de VNFs, responsável pela concatenação eficiente de funções virtualizadas de redes de acordo com a estratégia (ou SLA) definida, com as dependências existentes entre as VNFs. O desempenho do serviço de rede após a formulação de vários grafos de cadeia está associado ao comportamento das VNFs e a ordem em que são organizadas. O segundo estágio é o do mapeamento do grafo definido nos recursos físicos existentes a partir da virtualização dos mesmos (nós e links virtuais), isso feito de forma condizente com a estratégia definida. Esse estágio pode ser dinâmico, havendo a migração de máquinas virtuais entre dispositivos da infraestrutura de virtualização de forma a otimizar o serviço a ser mapeado assim como os já existentes. Nesse contexto, o problema da alocação de recursos é conhecido por ser um problema NP-difícil (da teoria da complexidade computacional) e utiliza uma das estratégias: exata, por ILP (Programação Inteira Linear); heurística - que buscam boas soluções para o problema; e metaheurística: que indicam um caminho (referência) para otimização do caminho. O terceiro estágio é o agendamento de execução, que tenta verificar a forma de execução das VNFs visando a diminuir o tempo de execução sem perder o desempenho almejado, considerando a infraestrutura disponível, a capacidade computacional e a complexidade dos serviços. O autor ainda enfatiza que a automação desses três estágios é primordial para a adoção do NFV, uma vez que toda essa orquestração depende de algoritmos que, a partir de requisições em tempo real e dinâmicas, possam realizar eficientemente a composição, o mapeamento na infraestrutura e o agendamento para execução dos serviços. O autor ainda menciona que a estratégia a ser adotada em relação à alocação está relacionada com os parâmetros extraídos dos nós e links virtualizados (sua capacidade, suas funcionalidades, seu tipo). Ele ainda cita que, naquele ano (2016) poucos estudos estavam atuando no problema de alocação de recursos de forma coordenada (quando a relação entre os estágios é pensada e a saída de um estágio é otimizada para o seguinte) em detrimento dos que tratavam os estágios de forma não coordenada. A maior parte dos estudos elencados no artigo contém abordagens para um ou dois estágios. Na avaliação de uma estratégia é importante observar os parâmetros estabelecidos, os objetivos que serão utilizados para otimizar a alocação e um conjunto de métricas para aferir a qualidade da estratégia (ex.:taxa de utilização dos nós, custo da estratégia, tempo de processamento total). Finalizando, nos desafios citados, existem: (1) o problema da coordenação dos estágios (2) das requisições dinâmicas, (3) da descoberta de recursos ociosos utilizando-se de mecanismos de aferição (métricas) distribuídos; (4) a utilização de parâmetros relacionados com a qualidade do serviço; (5) a recomposição de cadeia após falha de nós; (6) alocação de recursos visando baixo consumo energético. 4 Pontos-chave Proposta: apresentar o problema de alocação de recursos no paradigma NFV com explicação dos conceitos relacionados Mérito: elencou vários artigos relacionados, classificando-os de acordo com as estratégias utilizadas para resolver o problema da alocação em um ou mais estágios do problema. Validação: não apresenta experimento, mas o artigo - como é de 2016 - foi muito citado por outros autores (google schoolar cita 377 citações) Perspectivas: poderia ter dado uma melhor explicação da diferença entre NFV e Redes Definidas por Software (SDN). 5 Análise Crítica O artigo oferece um bom overview sobre o paradigma NFV, principalmente sobre a alocação de recursos. Ficam claros também a motivação da existência do paradigma e os benefícios almejados pela conjunto de tecnologias relacionadas. Como anteriormente mencionado neste fichamento, há falta de um detalhamento maior das diferenças e semelhanças do paradigma para o de Redes Definidas por Software (SDN ). O artigo também instiga o leitor a tentar entender mais sobre problemas NP-difíceis, algoritmos conhecidos da teoria da complexidade computacional, área mais relacionada à matemática. A classificação dos artigos conforme estratégia para resolver o problema de alocação de recursos evidencia a os caminhos possíveis de pesquisa utilizados por outros pesquisadores, evidenciando também abordagens que precisam de mais atenção. A classificação do artigo foi "boa"em razão da forma como foi construído o conhecimento, das explicações ao leitor, do esforço em compilar informações sobre outras pesquisas.
