Электричество является ведущей статьей расходов для поставщиков услуг связи (CoSP). Согласно McKinsey, расходы на электроэнергию составляют около 5% от операционных затрат. Согласно оценке Ericsson, обеспечение электроэнергией мобильных сетей по всему миру обходится приблизительно в 25 млрд. долларов в год.
Серверы, на которых выполняются виртуализованные сетевые функции (VNFs), часто работают в режиме высокого энергопотребления даже тогда, когда потребность VNFs в электроэнергии является низкой. Как правило, у операционных систем есть возможность сократить энергопотребление при незанятых процессорах. Однако VNFs на базе комплекта Data Plane Development Kit (DPDK), всегда выглядят занятыми из-за используемого DPDK механизма опроса. В результате процессоры работают на полную мощность все время, даже когда нагрузка на VNF низкая.
Значительной экономии можно добиться при формировании более тесной зависимости потребления электроэнергии от потребности в ней. Максимальная нагрузка для многих CoSP наблюдается при открытии офисов в утреннее время. Она продолжается в течение рабочего дня и заканчивается, когда все выключают и идут спать. В течение дня можно заметить небольшие колебания в сторону повышения и снижения, однако контраст между днем и ночью является разительным. Глубокой ночью сетевой трафик может существенно снизиться.
Именно поэтому компания Intracom Telecom включила в свое решение «Виртуализация сетевых функций - интеллектуальный анализ ресурсов» (NFV-RI) возможности прогнозного управления расходованием энергии. В его основе лежит усовершенствованная технология Intel SpeedStep®, позволяющая корректировать частоту ядер в соответствии с потребностью VNFs, выполняемых на этих ядрах. Цель — сокращение использования энергии, не ведущее к потере пакетов.
Изучение алгоритма
Решение использует машинное обучение для прогнозирования уровней трафика, чтобы можно было повышать или понижать частоту ядер процессора в соответствующих случаях. Чтобы минимизировать потерю пакетов, гораздо важнее иметь возможность прогнозировать нагрузку, чем просто реагировать на нее. В случае неудовлетворения потребности VNF в электроэнергии вероятным исходом станет потеря пакетов.
Настройка нового потока операций цикла частотнозависимой обратной связи (FFL) в NFV-RI состоит из трех этапов.
- Конфигурация. Для начала CoSP связывает экземпляры FFL с функциями VNFs и настраивает потоки данных. С одной стороны, виртуализация вызывает интерес благодаря своей возможности размещения множества рабочих задач VNF на одной платформе. Множественные экземпляры FFL могут выполняться на одной и той же платформе, при этом каждый из них контролирует одну или несколько функций VNFs. Вы могли бы использовать FFL, например, для управления группой цепных VNFs в качестве одного объекта.
- Обучение. На этапе обучения CoSP подает трафик на VNF через различные интервалы в рамках минимальной и максимальной интенсивности трафика. Решение запоминает оптимальную частоту, представляющую собой наименьшую частоту сети, при которой не происходит потери пакетов.
- Работа замкнутого цикла. На конечном этапе производится развертывание экземпляров FFL с моделями машинного обучения для контроля функций VNFs. FFL настраивает частоты ядра в динамическом режиме в соответствии с требованиями трафика.
Реагирование на скачки трафика
Самым суровым испытанием для платформы являются внезапные скачки запроса на трафик. В таком случае FFL устанавливает частоту процессора на максимальный уровень в течение 10–20 мс.
Однако все еще остается риск потери пакетов. В исследовании Intracom Telecom установлена взаимосвязь между потерей пакетов и интервалом между начальным и конечным уровнем трафика. Например, разрыв с 2 Гбит/с до 16 Гбит/с привел к потере в среднем 20 400 пакетов. Тестирование показало, что более мелкие непрогнозируемые рывки могут происходить без потери пакетов, например от 2 Гбит/с до 10 Гбит/с.
Понимание нагрузки виртуализованных сетевых функций (VNF)
Решение NFV-RI может расценивать объем трафика, проходящего через VNF, двумя способами. Первый способ — это когда VNF самостоятельно предоставляет информацию NFV-RI. Открытые VNFs могут быть модифицированы для того, чтобы выяснить, как часто принимающие очереди обеспечены пакетами или остаются без них.
Второй способ предусматривает взаимодействие функций энергоэффективности NFV-RI с закрытыми VNFs, которые не предоставляют телеметрию. Вместо этого эта стратегия использует данные о количестве событий CPU, предоставляемые процессором.
Любой из этих подходов может быть одинаково эффективен. Компания Intracom Telecom сотрудничала с поставщиками CoSP 1 уровня в Греции для проведения оптимизации энергопотребления в плоскости своего пользователя. Независимо от того, использовались ли открытые или закрытые VNF, средняя экономия энергии с нулевой потерей пакетов составила 14 процентов. Максимальная экономия энергии составила 35 процентов, при сокращении энергопотребления с 266 Вт до 196 Вт.
| Среднее энергопотребление | Энергосбережение | |
|---|---|---|
Без использования решения NFV-RI для оптимизации энергопотребления Открытые VNF Закрытые VNF |
264 Вт 227 Вт 227 Вт |
— 14 процентов 14 процентов |
Рис. 1: Средняя экономия энергии у греческого поставщика услуг связи (CoSP), использующего технологическое решение компании Intracom Telecom «Виртуализация сетевых функций - интеллектуальный анализ ресурсов» (NFV-RI)
Результаты для любого конкретного поставщика CoSP будут зависеть от применяемых им моделей трафика. На примере греческого CoSP видно, что наинизший уровень энергии мог бы быть использован начиная с полуночи и примерно до 7:00. Умеренный уровень энергии использовался в период времени с 7:00 и до 15:00. Максимальный уровень энергии, который ранее использовался круглосуточно, требовался только в период времени с 15:00 и до 22:00.
Развертывание в Греции показало, что технология Intracom Telecom может помочь сократить энергозатраты VNF. Для получения дополнительной информации загрузите официальный документ «Машинное обучение Intracom Telecom увеличивает энергоэффективность виртуализации сетевых функций».