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Título: Alocação dinâmica de recursos para URLLC em redes 5G NFV-MEC
Autor: Souza, Caio Bruno Bezerra de
Endereco Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/5915479506163386
Orientador: Araújo, Danilo Ricardo Barbosa de
Endereco Lattes do orientador : http://lattes.cnpq.br/2708354422178489
Co-orientador : Balieiro, Andson Marreiros
Endereço Lattes do Co-orientador : http://lattes.cnpq.br/9825617657358787
Palavras-chave: Sistemas de comunicação em banda larga;Teoria das filas;Redes móveis
Data do documento: 3-Nov-2020
Citação: SOUZA, Caio Bruno Bezerra de. Alocação dinâmica de recursos para URLLC em redes 5G NFV-MEC. 2020. 56 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Ciência da Computação) – Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, 2020.
Abstract: The Fifth Generation of mobile networks (5G) seeks to support a diversity of applications categorized into three types: enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive Machine Type Communications (mMTC) and Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC), where the latter is perhaps the most challenging due to its endtoend latency restrictions (few milliseconds), low probability of packet loss and high network availability, which are not reachable in today’s mobile networks. As in previous generations, much of the research effort has focused on the Radio Access Network (RAN), with the 5G core often assumed to be similar in operation to that of common data centers, although it is clear that they may not be able to handle the requirements of URLLC services. Support for URLLC applications in MultiAccess Edge Computing (MEC) environments using Network Functions Virtualization (NFV) brings challenges, in which different aspects must be considered. This work seeks to analyze the provisioning of resources for URLLC services in 5G networks based on MECNFV, considering the time of configuration / initialization of the Virtualized Network Function (VNF), the possibility of failure during service, associated with the preinitialization technique resources, determining the limits of how minimally performance the URLLC resource provisioning should be. For this purpose, an analytical model based on queue theory and validated via a simulator developed in a Colored Petri Net was proposed in this monograph and the average response time, the probability of blocking and the average number of active resources are analyzed under different service arrival rates, resource startup rates, maximum system capacity, number of resources (containers) and number of preinitialized containers. From this it was observed that the effect of the lower setup rate can be mitigated by the preinitialization of containers, reducing the waiting time for service delivery.
Resumo: A Quinta Geração de redes móveis (5G) busca suportar uma diversidade de aplicações categorizadas em três tipos: largura de banda móvel melhorada (eMBB, do inglês, enhanced Mobile Broadband), comunicação do tipo máquina massiva (mMTC, do inglês, massive Machine Type Communications) e comunicação com baixa latência e confiabilidade muito alta (URLLC, do inglês, Ultra Reliable Low Latency Communications), em que a última é talvez a mais desafiadora devido as suas restrições de latência fimafim (poucos milissegundos), baixa probabilidade de perda de pacotes e alta disponibilidade da rede, não alcançáveis nas redes móveis atuais. Assim como nas gerações anteriores, grande parte dos esforços de pesquisa tem se concentrado nas redes de acesso por rádio (RAN, do inglês, Radio Access Network), sendo o núcleo 5G frequentemente assumido como sendo similar em operação aos dos datacenters comuns, embora esteja claro que eles podem não conseguir lidar com os requisitos dos serviços URLLC. O suporte as aplicações URLLC em ambientes de computação de borda multiacesso (MEC, do inglês, MultiAccess Edge Computing) utilizando virtualização de funções de rede (NFV, do inglês, Network Functions Virtualization) traz desafios, em que diferentes aspectos devem ser considerados. Este trabalho busca analisar o aprovisionamento de recursos para serviços URLLC em redes 5G baseadas em MECNFV, considerando o tempo de configuração/inicialização da Função de rede Virtual (VNF, do inglês, Virtualized Network Function), a possibilidade de falha durante o atendimento, associados à técnica de préinicialização de recursos, determinando os limites de quão minimamente performático o aprovisionamento de recursos do URLLC deve ser. Para isso, foi proposto nesta monografia um modelo analítico baseado em teoria de fila e validado via simulador desenvolvido em Rede de Petri Colorida e o tempo médio de resposta, a probabilidade de bloqueio e o número médio de recursos ativos são analisados sob diferentes taxas de chegada de serviços, taxas de inicialização (setup) de recursos, capacidade máxima do sistema, quantidade de recursos (contêineres) e número de contêineres préinicializados. A partir disso foi observado que o efeito da taxa de setup menor pode ser mitigado pela préinicialização de contêineres, diminuindo o tempo de espera para atendimento do serviço.
URI: https://repository.ufrpe.br/handle/123456789/3951
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