KR102251071B1 - Nfv 데이터센터의 구축 방법 - Google Patents

Nfv 데이터센터의 구축 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 NFV(Network Function Virtualization) 데이터센터의 구축 방법은 NFV 데이터센터를 초기화하는 단계, NFV 데이터센터에 복수의 VNF를 배치하고, 전체 소비 전력량을 획득하는 단계, 복수의 VNF 각각에 대한 워크로드를 생성하는 단계, 생성된 VNF에 대한 워크로드 중 기설정된 기준범위를 초과하는 오버로드된 서버를 추출하는 단계, 추출된 오버로드된 서버를 분석하여 오버로드된 서버의 비율을 산출하는 단계, 산출된 오버로드된 서버의 비율과 전체 소비 전력량에 기초하여 기설정된 QoS(Quality of Service)와 비교하고, 비교 결과에 따라 CPU 초과 커미트먼트 비율을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

NFV 데이터센터의 구축 방법{METHOD OF BUILDING A NFV(Network Function Virtualization) DATA CENTER}
본 발명은 NFV 데이터센터의 구축 방법에 관한 것으로서, NFV 데이터센터에서 전력 소비와 QoS 간의 균형을 분석하고, 이를 기반으로 초과 커미트먼트된 비율을 설정하도록 제어하여 최적의 NFV 데이터센터를 구축할 수 있는 NFV 데이터센터 구축 방법에 관한 것이다.
인터넷 사용이 폭발적으로 증가하면서 이동성, 보안, 품질 보장 한계 등의 기존 인터넷에 내재된 구조적인 문제점이 드러나게 되었다. 이를 해결하기 위해, 다양한 미래의 응용 서비스들을 빠르고 안전하게 사용할 수 있도록 하는 미래 지향적 네트워크 및 서비스 인프라 구축이 요구되고 있다. 이에 부응하여 네트워크 기능 가상화(NFV: Network Function Virtualization) 기술이 개발되고 있다.
종래의 특허문헌(한국공개특허 제10-2015-0032085호)은 대용량 데이터 처리 및 고성능 NFV 시스템 구축 방법에 대해서 개시한다. 네트워크 기능 가상화(NFV)는 네트워크 기능을 소프트웨어적으로 가상화하여 제어 및 관리하는 기술이다. NFV는 통신 사업자들이 사용하고 있는 네트워크 장비 내의 여러 기능들을 분리시켜 소프트웨어적으로 제어 및 관리가 능하도록 가상화하는 기술이다. NFV를 구현하는 방식은 다양하지만 일반적인 방법으로는 네트워크 장비 내의 기 능들을 데이터센터 내에 위치하는 방화벽, 대용량 서버, 대용량 저장 장치, 그리고 대용량 스위치로 분리하고, 표준적인 방법으로 액세스가 가능하도록 한다.
그리고 이 장비들에 소프트웨어적으로 개발된 네트워크 기능들이 자동적으로 설치되고, 동작하며, 이동할 수 있도록 하는 네트워크 구조를 만든다. NFV 기반의 시스템 구축시 얻을 수 있는 가장 큰 이점은 범용 하드웨어 기반의 서버 자원을 가상 머신(Virtual Machine) 형태로 가상화한 후 서비스 사용량 증가에 따라 On-Demand 형태로 가상 머신을 구축 및 증설할 수 있다는 점이다.
이를 통해 고착화된 통신 시장에서 통신 사업자는 최소의 비용으로 장비를 구축해 CAPEX(Capital Expenditure) 및 OPEX(Operating Expense) 측면의 투자 비용을 줄일 수 있다. 나아가 유연한 인프라를 통한 다양한 서비스에 신속하게 대처할 수 있는 환경을 구축할 수 있다. NFV 아키텍쳐(Architecture) 상에서 가상 네트워크 기능(VNF: Virtualization Network Function)는 여러 응용 프로그램을 지원하기 위한 소프트웨어로 개발된 네트워크 기능을 의미한다. 예를 들면, MRF(Media Resource Function), CSCF(Call Session Control Function), HSS(Home Subscriber Server), P-GW(Packet GateWay), UTM(Unified Threat Management), WAF(Web Application Firewall), IPS(Intrusion Prevention System) 등을 들 수 있다. 이러한 VNF이 모여서, NFV 서비스를 제공한다. 이러한 각 VNF은 서로 다른 벤더에서 제공하며, 해당 VNF을 고객 서버에 탑재하기 위해서는 라이선스를 벤더로부터 구매하여, VNF를 가상 머신 형태로 서버에 탑재시켜야 한다. 고객이 자신의 서버에 다수의 VNF를 설치하기 위하여, 종래에는 각 벤더사의 설치 기사가 현장에 방문하여 고객 서버에 VNF를 설치하고 라이선스를 등록한다. 그런데 이러한 방식은 많은 노동력을 요구할 뿐만 아니라 시간이 많이 소요되어 고객 서버의 전체적인 서비스를 지연시키는 문제점으로 작용한다. 또한, 고객은 자신의 서버에 등록된 VNF별 라이선스를 직접 관리해야 되기 때문에, 고객 서버에 설치된 VNF를 관리하는 어려움이 발생되는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 NFV 데이터센터에서 전력 소비와 QoS 간의 균형을 분석하고, 이를 기반으로 초과 커미트먼트된 비율을 설정하도록 제어하여 최적의 NFV 데이터센터를 구축할 수 있는 NFV 데이터센터의 구축 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 초과 커밋된 NFV에 대해 적절한 CPU 값을 찾고, 이를 통해 VNF 요청에 의한 워크로드에 따라 전력 소비와 QoS 간의 균형을 맞추도록 제어할 수 있는 NFV 데이터센터의 구축 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들로서 NFV 데이터센터의 구축 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 일실시 예로서 상기 NFV 데이터센터를 초기화하는 단계; 상기 NFV 데이터센터에 복수의 VNF를 배치하고, 전체 소비 전력량을 획득하는 단계; 상기 복수의 VNF 각각에 대한 워크로드를 생성하는 단계; 생성된 상기 VNF에 대한 워크로드 중 기설정된 기준범위를 초과하는 오버로드된 서버를 추출하는 단계; 추출된 상기 오버로드된 서버를 분석하여 상기 오버로드된 서버의 비율을 산출하는 단계; 산출된 상기 오버로드된 서버의 비율과 상기 전체 소비 전력량에 기초하여 기설정된 QoS(Quality of Service)와 비교하고, 비교 결과에 따라 CPU 초과 커미트먼트 비율을 결정하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 워크로드는 상기 서버의 CPU 사용량인 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 워크로드는 1 %부터 최대 워크로드 값 (WLmax)로 설정되고, 상기 최대 워크로드 값은 상기 VNF가 전부 실행될 때 상기 서버의 CPU 사용량이고, 아래 수학식을 통해 산출되는 것을 포함할 수 있다.
[수학식]
Figure 112020002862734-pat00001
여기서 vCPUreq는 VNF에 필요한 vCPU의 수이며, pCPU는 서버의 물리적 CPU이고 WLmax는 물리적 서버에 있는 VNF의 최대 예상 워크로드를 의미함.
또한, 상기 오버로드된 서버의 비율은 아래 수학식을 통해 산출되는 것을 포함할 수 있다.
[수학식]
Figure 112020002862734-pat00002
여기서 OSpercent는 오버로드된 서버의 수를 의미하며, OSnum은 오버로드된 서버의 수를 의미하고, TSnum은 NFV 데이터센터에 있는 전체 서버의 수를 의미함.
상술한 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시 예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시 예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 NFV 데이터센터에서 전력 소비와 QoS 간의 균형을 분석하고, 이를 기반으로 초과 커미트먼트된 비율을 설정하도록 제어하여 최적의 NFV 데이터센터를 구축할 수 있다.
본 발명은 최적의 초과 커미트먼트된 비율을 설정하고, 이를 기초하여 최적의 NFV 데이터센터를 구축함으로써, 전체 전력을 절감할 수 있다.
본 발명은 초과 커밋된 NFV에 대해 적절한 CPU 값을 찾고, 이를 통해 VNF 요청에 의한 워크로드에 따라 전력 소비와 QoS 간의 균형을 맞추도록 제어함으로써, 자본 비용을 줄이고, 서비스를 신속하게 배포하며 데이터센터에서 사용되는 에너지를 절약할 수 있어 효율적으로 NFV 데이터센터를 운용할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되고, 첨부된 도면들은 본 발명에 대한 다양한 실시 예들을 제공한다. 또한, 첨부된 도면들은 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시 형태들을 설명하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 구축 시스템을 설명하기 위한 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 구축 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터에 있는 오버로드된 서버의 비율을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 전체 소비 전력량을 나타낸 도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들로서 NFV 데이터센터의 구축 방법에 대해서 설명한다.
이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 부분, 장치 및/또는 구성 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 부분, 장치 및/또는 구성 또한 기술하지 아니하였다. 또한, 도면에서 동일한 도면 부호를 사용하여 지칭하는 부분은 장치 구성 또는 방법에서 동일한 구성 요소 또는 단계를 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??부" 또는 "??기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 특정(特定) 용어들 및/또는 기호들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 구축 시스템을 설명하기 위한 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 NFV 데이터센터 에서 전력 소비와 QoS 간의 균형을 분석하고, 이를 기반으로 초과 커미트먼트된 비율을 설정하도록 제어하여 최적의 NFV 데이터센터를 구축할 수 있다.
NFV (Network Function Virtualization)는 VNF(Virtualized Network Function)를 구축하는데 사용될 수 있는 컴퓨팅, 저장소 및 네트워크 자원들에 대한 표준으로 정의될 수 있다. 이는 데이터센터에 많은 이점을 제공하며 5G 네트워크의 핵심 기술이 될 수 있다.
본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 전용 하드웨어인 미들박스(로드 밸런서, 방화벽, 이동성 관리 등)를 소프트웨어인 VNF로 전환하고 가상 머신 (VM) 또는 NFVI(NFV Infrastructure)의 컨테이너에 배치함으로써, 가상화 기술을 활용할 수 있다. 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템에서 NFVI는 VNF가 배포되는 하드웨어 및 소프트웨어 요소를 설명하는 NFV 구조의 핵심 요소일 수 있다. 예를 들어, OpenStack은 NFVI 오픈 소스 중 하나일 수 있다.
본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 NFVI에서 가상화 계층을 포함할 수 있다. 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 가상화 계층을 특정 NFVI 구성 비율에 따라 가상 자원을 물리적 서버에 배치할 수 있다. 특정 NFVI 구성 비율은 초과 커미트먼트 비율(over-commitment ratio)이라 칭할 수 있다. 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 특정 NFVI 구성 비율을 이용하여 복수의 VM들이 실질적으로 동일한 물리적 서버에 상주할 수 있기에 자원의 독립뿐 아니라 통합 역시 VNF 기술의 핵심일 수 있다. 다시 말해 초과 커미트먼트 비율은 물리적 서버에서 호스팅할 수 있는 VNF의 수에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 초과 커미트먼트 비율이 높다면 같은 호스트에 더 많은 VNF가 배치될 수 있다. 즉, 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 가상 자원을 물리적 자원보다 많이 공급할 수 있게 함으로써 자원을 완전히 활용하고 활성화된 서버의 수를 줄일 수 있다. 반면 같은 물리적 환경에 더 많은 VNF가 배치될 경우 SLA를 위반할 가능성이 높아질 수 있다.
상술한 바와 같이, NFV 데이터센터를 구성할 때 정확한 초과 커미트먼트 비율을 구하는 것은 매우 중요할 수 있다. 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 초과 커미트먼트 비율을 추출하기 위해 NFV 데이터센터에서 전력 소비와 QoS 간의 균형을 분석할 수 있다.
본 발명에서는 특정한 NFV 데이터센터에 있는 VNF 배포 요청만 고려할 수 있다. 본 발명에서는 각 PM을 연결하는 네트워크를 fully connected network로 연결할 수 있다. 즉, 각 PM은 direct physical link를 통해 서로 연결될 수 있다. PM은 배치 프로세스 이후 최소 한 개 이상의 VNF를 호스팅할 경우 활성 서버일 수 있다.
본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 다음과 같이 가정할 수 있다. 예를 들어 본 발명은 시간을 슬롯으로 분할하며, 각 시간 슬롯을 T라고 가정한다. 한 세트의 PM은 N이라 하며, 이는 항상 M개의 VNF를 배치하기에 충분할 수 있다. PM n의 용샹 자원 벡터는 Cn으로 표시할 수 있다. 각 타임 슬롯에서 K개의 VNF 요청이 들어오고 NFV 데이터센터는 VNF를 PM 세트에 배치시키기 위해 scheme A를 이용할 수있다. 그 다음 CPU, 메모리 및 대역폭과 같은 리소스 유형 세트 D를 고려합니다. 본 발명은 VNF m의 리소스 유형 d
Figure 112020002862734-pat00003
의 자원 요구 사항을 Vd m으로 표기하며 VNF m의 예상 워크로드를 wmaxm이라고 표기할 수 있다.
이에 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 QoS를 만족시키면서 전력 소모를 최소화할 수 있는 적절한 CPU 초과 커미트먼트 비율을 추출할 수 있다. 이는 자원 제약과 QoS 제약을 만족시키면서 P(S)를 최소화하기 위한 rd값을 찾는 것(수학식 1 참조)을 의미할 수 있다. 어떤 PM에서든 전체 가상 리소스 할당을 보장하는 리소스 제약 조건이 아래에 언급된 해당 노드의 가상 리소스 용량보다 작아야 한다는 것이 고려될 수 있다.
Figure 112020002862734-pat00004
또한, 목적 함수 P(s)는 수학식 2과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020002862734-pat00005
여기서 Pidle은 유휴 상태, 즉 서버의 전원은 켜져 있지만 로드는 발생하지 않는 상태일 때 서버의 전력 소비량을 의미할 수 있다. Ppeak는 서버가 100% 로드되었을 때의 소비 전력을 의미하며 Un은 0부터 1 사이의 값을 가지는 서버 n의 CPU 사용률을 의미할 수 있다. QoS 제약을 만족시키기 위해선 다음과 같은 공식인 수학식 3이 성립될 수 있다.
Figure 112020002862734-pat00006
상술한 바와 같이 본 발명은 서로 다른 CPU 초과 커미트먼트 비율에 따라 VNF 배치를 평가 및 분석할 수 있다.
본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 아래와 같은 환경 및 성능 측정 방식으로 운영될 수 있다.
물리적 구조는 NFV 데이터센터의 컴퓨팅 노드로써 하이퍼 스레딩이 활성화된 6개의 코어 프로세서가 장착된 Dell power edge R620 v4 사양을 사용할 수 있다. 이는 물리적 서버가 24개의 pCPU를 가짐을 나타낼 수 있다(예를 들어, 6x2x2). 본 발명은 모든 서버가 이와 같은 사양을 갖추었다고 가정할 수 있다.
각 VNF에 필요한 vCPU의 수는 {2, 4, 6, 8}의 세트 안에서 임의로 선택될 수 있다. 예를 들어, VNF 방화벽의 vCPU 수는 4이고 NAT 기능의 경우 2일 수 있다. NFV 데이터센터에 배포하려는 VNF의 수는 100부터 1000 사이에서 100 단위로 다양하게 설정될 수 있다.
워크로드는 서버의 CPU 사용률이라 칭할 수 있다. 예를 들어, 각 VNF의 예상 워크로드는 1%부터 최대 워크로드 값 (WLmax)로 임의로 고정될 수 있다. WLmax는 VNF가 전부 실행될 때 물리적 서버의 CPU 사용량을 말하며 다음 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020002862734-pat00007
여기서 vCPUreq는 VNF에 필요한 vCPU의 수이며, pCPU는 서버의 물리적 CPU이고 WLmax는 물리적 서버에 있는 VNF의 최대 예상 워크로드를 의미할 수 있다.
서버 전력 모델에서 서버의 전력 소모는 여러 요소(예를 들면 CPU 로드, 메모리, HDD, 네트워크 로드)에 따라 다를 수 있다. 여기서 전력 소모는 다음 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112020002862734-pat00008
여기서 Pidle은 유휴 상태인 서버의 전력 소비를 의미할 수 있다. 즉, 서버는 전원을 켰지만 부하가 없는 경우를 의미하며, Ppeak는 서버가 100% 부하가 있을 때의 전력 소비를 말하며, U는 0부터 1 사이의 값을 갖는 서버의 CPU 사용률을 의미할 수 있다. 예를 들어, Dell power edge R620 서버를 사용하면 Pidle은 125.8와트이고 Ppeak는 242.9와트일 수 있다.
NFVI 오픈 소스 알고리즘은 에너지 절약을 위해 오픈스택을 이용하여 bin-packing 문제에서 WORST-FIT 알고리즘을 수정할 수 있다. 기존의 WORST-FIT 방식처럼 서버의 수를 고정시키는 대신 본 발명은 서버의 수를 쉽게 확장될 수 있다고 가정할 수 있다. 첫째로, NFV 데이터센터는 제한된 수의 컴퓨트 노드만(최소 한 개의 컴퓨트 노드는 활성화될 수 있다.) 전원을 켜 둘 수 있다. 만일 남은 자원이 VNF를 구축하기에 충분하지 않다면 유휴 서버의 전력 소모를 줄이기 위해 다른 노드에 전원을 공급할 수 있다. 자세한 알고리즘은 아래의 표에 제시되어 있다. 해당 표에서 두 개의 입력값이 제시되며 출력값은 활성화된 서버의 업데이트된 세트입니다.
Figure 112020002862734-pat00009
성능 지표는 오버로드된 서버의 비율과 총 소비된 전력량일 수 있다. 오버로드된 서버의 비율은 다음 수학식 6과 같이 계산될 수 있습니다.
Figure 112020002862734-pat00010
여기서 OSpercent는 오버로드된 서버의 수를 의미하며, OSnum은 오버로드된 서버의 수를 의미하고, TSnum은 NFV 데이터센터에 있는 전체 서버의 수를 의미할 수 있다. 총 소비 전력량은 모든 VNF가 배포된 후 NFV 데이터센터에 사용되는 모든 서버들의 전체 소비 전력량을 의미할 수 있다. 각 서버의 소비 전력량은 앞서 언급한 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 구축 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 구축 방법은 초기화 단계, 획득 단계, 생성단계, 산출 단계 및 결정 단계를 포함할 수 있다.
초기화 단계는 NFV 데이터센터를 초기화할 수 있다(S110).
획득 단계는 NFV 데이터센터에 복수의 VNF를 배치하고, 전체 소비 전력량을 획득할 수 있다. 즉, NFV 데이터센터 중 서버 전력 모델에서 서버의 전력 소모는 여러 요소에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 여러 요소는 CPU 로드, 메모리, HDD, 네트워크 로드를 포함할 수 있다.
생성 단계는 복수의 VNF 각각에 대한 워크로드를 생성할 수 있다(S130). NFV 데이터센터에 배포하려는 VNF의 수는 100부터 1000 사이에서 100 단위로 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 각 VNF에 필요한 vCPU의 수는 {2, 4, 6, 8}의 세트 안에서 임의로 선택될 수 있다. 예를 들어, VNF 방화벽의 vCPU 수는 4이고 NAT 기 능의 경우 2일 수 있다. 여기서 워크로드는 서버의 CPU 사용량 또는 CPU 사용률이라칭할 수 있다. 예를 들어, 각 VNF의 예상 워크로드는 1%부터 최대 워크로드 값 (WLmax)로 임의로 고정될 수 있다. WLmax는 VNF가 전부 실행될 때 물리적 서버의 CPU 사용량일 수 있다.
추출 단계는 생성된 VNF에 대한 워크로드 중 기설정된 기준범위를 초과하는 오버로드된 서버를 추출할 수 있다(S150). 여기서 기설정된 기준범위는 수학식 4를 통해 설정될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020002862734-pat00011
여기서 vCPUreq는 VNF에 필요한 vCPU의 수이며, pCPU는 서버의 물리적 CPU이고 WLmax는 물리적 서버에 있는 VNF의 최대 예상 워크로드를 의미할 수 있다.
오버로드된 서버는 물리적 서버에 있는 VNF의 최대 예상 워크로드를 벗어난 서버일 수 있다.
산출 단계는 추출된 오버로드된 서버를 분석하여 오버로드된 서버의 비율을 산출할 수 있다. 오버로드된 서버의 비율은 다음 수학식 6과 같이 계산될 수 있습니다.
[수학식 6]
Figure 112020002862734-pat00012
여기서 OSpercent는 오버로드된 서버의 수를 의미하며, OSnum은 오버로드된 서버의 수를 의미하고 TSnum은 NFV 데이터센터에 있는 전체 서버의 수를 의미할 수 있다. 총 소비 전력량은 모든 VNF가 배포된 후 NFV 데이터센터에 사용되는 모든 서버들의 전체 소비 전력량을 의미할 수 있다. 각 서버의 소비 전력량은 앞서 언급한 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다.
결정 단계는 산출된 오버로드된 서버의 비율과 전체 소비 전력량에 기초하여 기설정된 QoS(Quality of Service)와 비교하고, 비교 결과에 따라 CPU 초과 커미트먼트 비율을 결정할 수 있다(S170). 예를 들어 오버로드된 서버의 비율이 높아질수록 기설정된 QoS를 위반할 가능성이 높아지고, 오버로드된 서버의 비율이 낮아질수록 QoS을 보장하기에 용이할 수 있다. 또한, VNF의 수가 증가하면 NFV 데이터센터의 전체 소비 전력량은 증가할 수 있다.
이를 고려하여 본 발명은 전력 소비량을 줄이면서 QoS를 보장하기 위해서는 (예를 들면, 오버로드된 서버의 수를 10% 이하로 보장하기 위해서는) 1.4:1의 CPU 초과 커미트먼트 비율을 선택할 수 있다(S190). 즉, 본 발명은 1.4:1일 경우 NFV 데이터센터의 소비 전력량을 1:1일 경우에 비해 16.8% 절약할 수 있다. 다시 말해 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 1.4:1의 비율이 NFV 데이터센터의 전력 소비와 QoS를 상쇄하기 위한 CPU 초과 커미트먼트의 가장 좋은 비율값일 수 있다.
또한, 비교 결과에 따라 CPU 초과 커미트먼트 비율을 결정하지 않을 경우, 0.1 단위로 CPU 초과 커미트먼트 비율을 재설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터에 있는 오버로드된 서버의 비율을 나타낸 도이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 NFV 데이터센터의 전체 소비 전력량을 나타낸 도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 각 시나리오를 시뮬레이션하여 얻었으며 시뮬레이션 결과값들의 평균값으로 계산하였다.
본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 VNF의 수와 CPU 비율값을 각각 다르게 조정하여 시뮬레이션을 실행하였다.
NFV 데이터센터에 있는 오버로드된 서버의 비율은 도 3에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 오버로드된 서버의 수가 많아지면 QoS를 위반할 가능성이 높아질 수 있다. CPU 비율값이 1.5일 경우 오버로드된 서버의 비율은 3%에서 30%로 급격히 증가하는 반면 다른 비율값을 가지면 오버로드된 서버의 비율은 10%을 넘지 않을 정도로 미약하게 증가할 수 있다. 일반적으로 오버로드된 서버의 비율이 낮으면 QoS을 보장하기에 용이할 수 있다.
NFV 데이터센터의 전체 소비 전력량은 도 4에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. VNF의 수가 증가하면 NFV 데이터센터의 전체 소비 전력량은 증가할 수 있다. CPU 비율이 높으면 에너지 절약을 효율적으로 할 수 있으며, 비율이 1:1일 경우 총 소비 전력량이 42KW로 가장 높은 반면 1:1.5일 경우 최대 소비 전력량이 32.5KW 정도로 가장 낮은 것을 확인할 수 있다.
그러나 전력 소비량을 줄이면서 QoS를 보장하기 위해서는(예를 들면, 오버로드된 서버의 수를 10% 이하로 보장하기 위해서는) 1.4:1의 비율이 선택되어야 한다. 1.4:1일 경우 NFV 데이터센터의 소비 전력량을 1:1일 경우에 비해 16.8% 절약할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 NFV 데이터센터 구축 시스템은 1.4:1의 비율이 NFV 데이터센터의 전력 소비와 QoS를 상쇄하기 위한 CPU 초과 커미트먼트의 가장 좋은 비율값일 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
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Claims (4)

  1. NFV(Network Function Virtualization) 데이터센터의 구축 방법에 있어서,
    상기 NFV 데이터센터를 초기화하는 단계;
    상기 NFV 데이터센터에 복수의 VNF를 배치하고, 전체 소비 전력량을 획득하는 단계;
    상기 복수의 VNF 각각에 대한 워크로드를 생성하는 단계;
    생성된 상기 VNF에 대한 워크로드 중 기설정된 기준범위를 초과하는 오버로드된 서버를 추출하는 단계;
    추출된 상기 오버로드된 서버를 분석하여 상기 오버로드된 서버의 비율을 산출하는 단계;
    산출된 상기 오버로드된 서버의 비율과 상기 전체 소비 전력량에 기초하여 기설정된 QoS(Quality of Service)와 비교하고, 비교 결과에 따라 CPU 초과 커미트먼트 비율을 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 결정 단계는
    상기 CPU 초과 커미트먼트 비율을 1.4 대 1로 설정하는 NFV(Network Function Virtualization) 데이터센터의 구축 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 워크로드는 상기 서버의 CPU 사용량인 것을 특징으로 하는 NFV(Network Function Virtualization) 데이터센터의 구축 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 워크로드는 1 %부터 최대 워크로드 값 (WLmax)로 설정되고,
    상기 최대 워크로드 값은 상기 VNF가 전부 실행될 때 상기 서버의 CPU 사용량이고, 아래 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 NFV(Network Function Virtualization) 데이터센터의 구축 방법.
    [수학식]
    Figure 112020002862734-pat00013

    여기서 vCPUreq는 VNF에 필요한 vCPU의 수이며, pCPU는 서버의 물리적 CPU이고 WLmax는 물리적 서버에 있는 VNF의 최대 예상 워크로드를 의미함.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오버로드된 서버의 비율은 아래 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 NFV(Network Function Virtualization) 데이터센터의 구축 방법.
    [수학식]
    Figure 112020002862734-pat00014

    여기서 OSpercent는 오버로드된 서버의 수를 의미하며, OSnum은 오버로드된 서버의 수를 의미하고, TSnum은 NFV 데이터센터에 있는 전체 서버의 수를 의미함.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Non-Patent Citations (1)

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Title
Sanghyeok Kim et al. VNF-EQ: dynamic placement of virtual network functions for energy efficiency and QoS guarantee in NFV, Springer Science+Business Media. 2017년 6월 19일.* *

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