SDVN-vC - uma arquitetura flexível com suporte à escalabilidade para redes veiculares definidas por software usando NFV

Abstract

Com o advento das redes veiculares (Vehicular Ad Hoc Networks - VANETs), serviços inovadores podem ser viabilizados para proporcionar maior conforto aos passageiros, prevenção de acidentes e melhorar a mobilidade em grandes centros urbanos. Na comunicação VANET denominada veículo à infraestrutura (vehicle-to-infrastructure - V2I), o veículo troca informações com pontos de acesso sem fio dispostos ao longo da via. Com a arquitetura atual, alguns desafios em VANET requerem mais pesquisas e novas soluções em função do aumento significativo de dispositivos conectados, necessidade de uso eficiente dos recursos, oscilação no tráfego de informações, atrasos e perdas de pacotes devido à alta mobilidade dos veículos, conexões não confiáveis, e requisitos de qualidade de serviço (Quality of Service - QoS) das aplicações. Para lidar com os desafios do gerenciamento de VANETs, a literatura da área tem intensificado o emprego de redes definidas por software (Software Defined Networking – SDN), que baseiam-se na separação entre os planos de dado e de controle, bem como, uma visão global da rede para prover solução de gerenciamento flexível e programável. Contudo, apesar do controle distribuído, a maioria das implementações ainda utiliza um único controlador SDN por domínio. Isto pode acarretar problemas de escalabilidade e falhas, sobretudo, em um ambiente dinâmico como o das VANETs, devido à enorme troca de informações de status entre o controlador e elementos do plano de dados, isto é, nós da rede, o que prejudica os requisitos de latência para aplicações de distribuição de conteúdo. De forma complementar, a Virtualização de Funções de Rede (Network Functions Virtualization - NFV), ainda não explorada usando a arquitetura MANO (Management and Orchestration) do NFV no contexto de gerenciamento de VANETs, permite configurar, controlar e a instanciação sob demanda de funções de rede, como (balanceamento de carga, roteamento, DHCP, NAT). Esta dissertação propõe e avalia uma solução flexível e dinâmica para o gerenciamento de redes veiculares através da sinergia entre os paradigmas SDN e NFV. A proposta concebe uma estratégia de auto escalonamento de controladores SDN configurados como Funções de Rede Virtualizadas (Virtualized Network Functions - VNFs) de acordo com as demandas de tráfego de cenários de redes veiculares. A proposta é implementada em um testbed de nuvem usando o serviço tacker baseado na arquitetura MANO do NFV integrada à plataforma Openstack. Os cenários de redes veiculares utilizam o emulador SDN para rede sem fio Mininet-WiFi, integrado ao simulador de mobilidade veicular SUMO que se baseia em um mapa da cidade. Os resultados obtidos demonstram a eficácia da proposta no suporte ao aumento de demanda de veículos conectados, redução na perda de pacotes, controle do jitter, e evita sobrecarga de processamento quando comparada ao desempenho da arquitetura tradicional.