Naslov Virtual Network Resource Optimization Model for Network Function Virtualization
Naslov (hrvatski) Model optimizacije virtualnih mrežnih resursa za virtualizaciju mrežnih funkcija
Autor Đani Vladislavić https://orcid.org/0000-0002-5838-7936
Mentor Julije Ožegović (mentor)
Mentor Darko Huljenić (komentor)
Član povjerenstva Dinko Begušić (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Nikola Rožić (član povjerenstva)
Član povjerenstva Julije Ožegović (član povjerenstva)
Član povjerenstva Darko Huljenić (član povjerenstva)
Član povjerenstva Miljenko Mikuc (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Splitu Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje (Zavod za elektroniku i računarstvo ) Split
Datum i država obrane 2020-07-22, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana TEHNIČKE ZNANOSTI Elektrotehnika Telekomunikacije i informatika
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 654 - Telekomunikacije i daljinsko upravljanje
Sažetak Network function virtualization (NFV) is a concept aiming to achieve telecom grade cloud ecosystem for new generation networks focusing on Capital and Operational expenditure (CAPEX and OPEX) savings. The research in this doctoral dissertation proposes a novel methodology for performance evaluation and modeling based on execution area (EA) distribution by CPU core pinning. EA is defined as a software execution unit that can run isolated on a compute resource (CPU core). EAs are derived from the elements and packet processing principles in NFV infrastructures (NFVIs) and Virtual network functions (VNFs) based on Linux kernel. Performing measurements and observing linearity of the measured results opens the possibility to apply model calibration technique to achieve general VNF and NFVI architecture model with performance prediction and environment setup optimization. The modeling parameters are derived from the cumulative packet processing cost obtained by measurements for collocated EAs on the CPU core hosting the bottleneck EA. The VNF and NFVI architecture model with performance prediction is successfully validated against the measurement results obtained in emulated environment and used to predict optimal system configurations and maximal throughput results for different CPUs. The main contributions to the science from this doctoral dissertation are as follows: (1) VNF and NFVI architecture model with performance prediction and bottleneck determination algorithms for optimal virtual network function performance analysis, (2) an algorithm for generic NFVI requirements definition in the target environment, given the required performance SLAs for the VNFs and (3) a resource allocation algorithm for optimal resource consumption in the physical environment shared by multiple VNFs. Although the VNF and NFVI architecture model with performance prediction does not explicitly consider latency/jitter parameters, high-precision measurements of these parameters are executed in emulated environment in order to present the relative difference between the throughput optimized system configurations. These results can be considered on top of throughput prediction and optimal system configuration derived from the VNF and NFVI architecture model with performance prediction when deciding the system configuration to be applied for latency sensitive traffic.
Sažetak (hrvatski) Virtualizacija mrežnih funkcija (NFV) predstavlja proces odvajanja mrežnih funkcija od pripadajućeg sklopovlja s ciljem postizanja neovisnosti usluge o namjenskim uređajima. Istraživanje u ovoj doktorskoj disertaciji predlaže novu metodologiju za procjenu i modeliranje performansi zasnovanu na raspodjeli izvršnih jedinica po CPU jezgrama. Izvršnu jedinicu definiramo kao element programske podrške koja se može izvršavati izolirana na posebnoj CPU jezgri. Izvršne jedinice su izvedene iz elemenata i principa obrade paketa u NFV infrastrukturama i virtualnim mrežnim funkcijama temeljenim na obradi paketa u jezgri Linux operativnog sustava. Provođenjem mjerenja i promatranjem linearnosti izmjerenih rezultata otvara se mogućnost primjene tehnike kalibracije modela za postizanje općeg modela arhitekture virtualiziranih mrežnih funkcija i njihove infrastrukture za predviđanje propusnosti i optimalne konfiguracije sustava. Parametri modeliranja izvode se iz kumulativnog troška obrade paketa dobivenog mjerenjima na jezgri CPU-a za kolocirane izvršne jedinice među kojima je nužno i jedinica uskog grla. Izgradnja modela na temelju troškova obrade paketa otvara mogućnost primjene na bilo kojem CPU-u, bez obzira na brzinu i broj jezgara. Definirani model izgrađen metodom kalibracije uspješno validiramo prema rezultatima mjerenja dobivenim u emuliranom okruženju i koristimo ga za predviđanje optimalne konfiguracije sustava i maksimalnih rezultata propusnosti za različite CPU-ove. Glavni znanstveni doprinosi ove doktorske disertacije su: (1) model arhitekture virtualiziranih mrežnih funkcija i njihove infrastrukture koji uključuju algoritme predviđanja performansi i utvrđivanja uskog grla za analizu optimalnih performansi virtualnih mrežnih funkcija, (2) algoritam za definiranje generičkih zahtjeva na infrastrukturu virtualizacije mrežnih funkcija obzirom na zahtijevanu kvalitetu usluge virtualne mrežne funkcije te (3) algoritam za određivanje optimalne alokacije resursa u ciljanom okruženju virtualizacije više mrežnih funkcija nad istim fizičkim sučeljem. Iako definirani model ne uzima u obzir parametre kašnjenja / varijacije kašnjenja, provodimo precizna mjerenja ovih parametara u emuliranom okruženju kako bismo prikazali relativnu razliku između konfiguracija sustava optimalne propusnosti.
Ključne riječi
VNF
NFVI
OVS
kernel
HW IRQ
soft IRQ
IPI
QoS
throughput
latency
jitter
Ključne riječi (hrvatski)
VNF
NFVI
OVS
kernel
HW IRQ
soft IRQ
IPI
QoS
propusnost
kašnjenje
varijacija kašnjenja
Jezik engleski
URN:NBN urn:nbn:hr:179:923288
Datum promocije 2021
Studijski program Naziv: Elektrotehnika i informacijska tehnologija Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje elektrotehnika (dr. sc.)
Vrsta resursa Tekst
Opseg 114 str.
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Pristup korisnicima matične ustanove
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2021-10-25 12:27:43