Dynamic Resource Allocation for URLLC and eMBB services in NFV-MEC
5G Networks
5G; URLLC; eMBB; MEC; NFV; alocação de recursos, CMTC.
A Quinta Geração de redes móveis (5G) busca suportar diversas aplicações
categorizadas em três tipos: largura de banda móvel melhorada (eMBB),
comunicação do tipo máquina massiva (mMTC) e comunicação com baixa latência
e confiabilidade muito alta (URLLC), em que a coexistência delas é um
grande desafio. A computação de borda multiacesso (MEC), virtualização de
funções de rede (NFV) e o fatiamento de rede (NS) surgem como paradigmas
complementares para assistir tanto serviços eMBB quanto URLLC, oferecendo
recursos distribuídos sob demanda e de maneira otimizada, mais próximos do
equipamento do usuário (UE), com utilização compartilhada da infraestrutura
física. Este trabalho explora a integração de MEC, NFV, NS e alocação
dinâmica de recursos virtuais para endereçar o problema de dimensionamento
na rede de borda. Para isso, utiliza-se um modelo analítico para avaliar
como as solicitações são gerenciadas pelos recursos de virtualização em um
único nó MEC, com ênfase nos requisitos dos serviços eMBB e URLLC. Um
modelo baseado em CTMC foi proposto para caracterizar a alocação dinâmica
de recursos virtuais e a derivaçao de cinco métricas de desempenho é
realizada, as quais são relevantes não apenas para serviços URLLC e eMBB
(e.g., disponibilidade e tempo de resposta), mas também para provedores de
serviços (e.g., consumo de energia). Além disso, o modelo integra fatores
práticos como falhas nos recursos, priorização de serviços e tempos de
configuração e reparo na formulação. Desta forma, o modelo permite
compreender como o núcleo da rede 5G se comporta no atendimento a
diferentes categorias de serviços, aplicando a priorização de serviços para
compartilhar eficientemente os recursos de processamento. Algumas
descobertas incluem a ideia de que taxas mais altas de chegada eMBB
diminuem a disponibilidade e aumentam os tempos de resposta, enquanto a
disponibilidade para URLLC permanece estável. Além disso, as taxas de
configuração de contêineres e as taxas de falhas afetam substancialmente a
disponibilidade e os tempos de resposta, com taxas de configuração mais
altas aumentando a disponibilidade e reduzindo os tempos de resposta.
Ademais, o número de contentores surge como um fator significativo,
melhorando tanto a disponibilidade como os tempos de resposta, enquanto os
tamanhos dos buffers afetam principalmente os tempos de resposta. Em
resumo, nosso trabalho avança no estado da arte atual do domínio MEC-NFV,
fornecendo insights valiosos para o dimensionamento da arquitetura MEC-NFV,
modelos de negócios e mecanismos para lidar com alocação de recursos sob
diferentes restrições de comunicação.