Monitoring of virtual network functions: Efficient transmission of performance metrics

Abstract

In the recent years mobile operators have expressed an interest in leveraging cloud paradigm for the delivery of voice and data services. This has led to the rise of the concept of Network Function Virtualization (NFV) -- the approach of running network functions as software applications in a cloud instead of purpose-build hardware where they have traditionally resided.

Such approach is intended to speed up the deployment of new services, optimize the operating expenditures and avoid over-provisioning as a measure to offer adequate quality of service during high-demand periods. NFV would allow on-demand scaling of virtualized network functions whenever there is a need to support higher loads during increased user activity. Additionally faster deployment and time-to-market is expected to pave way for new short-lived services that would allow mobile operators to positively influence the revenue streams.

The transition to NFV is a challenging process due to stringent performance requirements of mobile networks. To know when exactly to scale virtual network functions, their performance needs to be closely monitored in near real-time and any deviations must be reacted upon. As a result a large virtualized mobile network can potentially generate vast amount of raw monitoring data that must be efficiently transferred and processed. This thesis explores the opportunities provided by virtual networking and open-source streaming applications to dynamically route vast amount of monitoring data in cloud environments.

Mobiilioperaattorit ovat alkaneet osoittaa enenevää kiinnostusta pilvimallin hyödyntämiseen ääni- ja datapalveluissa. Tästä on syntynyt verkkokomponenttien virtualisointi (NFV) -konsepti, jonka tarkoituksena on irrottaa verkkokomponenttien logiikan kyseistä tarkoitusta varten kehitetystä laitteistosta ja ajaa ne ohjelmistosovelluksina virtuaalisessa pilviympäristössä.

Tavoitteena on nopeuttaa uusien palvelujen käyttöönottoa, optimoida toimintakustannuksia ja varmistaa palvelun laatu suurissakin käyttäjämäärien vaihteluissa tarvitsematta varautua siihen mittavin laitehankinnoin. NFV mahdollistaisi virtuaalisten verkkotoimintojen skaalauksen käyttötarpeen mukaan. NFV:n odotetaan nopeuttavan palvelujen kehittämistä, mikä avaa markkinoita uusille lyhytkestoisille palveluille parantaen mobiilinoperaattoreiden toiminnan kannattavuutta. Siirtyminen NFV-toimintoihin on haastavaa puhelinverkkojen toiminnalle asetettujen tiukkojen vaatimusten takia.

Jotta virtuaaliset verkkokomponentit skaalautuisivat oikea-aikaisesti, niiden toimintaa olisi monitoroitava lähes reealiaikaisesti, ja jokaiseen poikkeamaan olisi pystyttävä reagoimaan nopeasti. Laaja virtuaalinen puhelinverkko tuottaisi todella suuren määrän monitoroitua dataa, joka olisi kyettävä siirtämään ja käsittelemään tehokkaasti. Tässä diplomityössä tutkitaan virtuaalisten verkkojen sekä avoimen lähdekoodin sovellusten suomia mahdollisuuksia reitittää dynaamisesti suuria määriä monitoroitua dataa pilviympäristöissä.