[論文レビュー] Integrated NFV/SDN Architectures: A Systematic Literature Review

Michel Bonfim, Kelvin Dias+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2018

Software-Defined Networks and 5G被引用数 25

ひとこと要約

本システマティックレビューでは、統合NFV/SDNアーキテクチャに関する74件の研究を統合的に分析し、設計パターン、機能的コンponents、および課題を検討した。主なトレンドを同定し、提案された分類法を用いてアーキテクチャを分類し、スケーラビリティ、セキュリティ、標準化における重要な研究ギャップを明らかにした。これにより、ソフトウェア定義型仮想化ネットワーキング分野における今後の進展の基盤が提供される。

ABSTRACT

Network Functions Virtualization (NFV) and Software-Defined Networking (SDN) are new paradigms in the move towards open software and network hardware. While NFV aims to virtualize network functions and deploy them into general purpose hardware, SDN makes networks programmable by separating the control and data planes. NFV and SDN are complementary technologies capable of providing one network solution. SDN can provide connectivity between Virtual Network Functions (VNFs) in a flexible and automated way, whereas NFV can use SDN as part of a service function chain. There are many studies designing NFV/SDN architectures in different environments. Researchers have been trying to address reliability, performance, and scalability problems using different architectural designs. This Systematic Literature Review (SLR) focuses on integrated NFV/SDN architectures, with the following goals: i) to investigate and provide an in-depth review of the state-of-the-art of NFV/SDN architectures, ii) to synthesize their architectural designs, and iii) to identify areas for further improvements. Broadly, this SLR will encourage researchers to advance the current stage of development (i.e., the state-of-the-practice) of integrated NFV/SDN architectures, and shed some light on future research efforts and the challenges faced.

研究の動機と目的

• 統合NFV/SDNアーキテクチャ分野における最新技術の包括的かつ詳細なレビューを提供すること。
• クラウド、5G、マルチドメインネットワークを含むさまざまな環境におけるアーキテクチャ設計を統合・比較すること。
• NFV/SDN統合における信頼性、パフォーマンス、スケーラビリティ、セキュリティといった継続的な課題を同定すること。
• システム設計および標準化分野における未開拓の分野とイノベーションの機会を明らかにすることで、今後の研究を導くこと。
• 機能的要件および非機能的要件に基づいて、NFV/SDNアーキテクチャを分類するための分類法を確立すること。

提案手法

• 統合NFV/SDNアーキテクチャに関する関連する学術的研究を特定・選定・分析するため、事前に定義されたプロトコルに従ったシステマティックレビュー（SLR）を実施した。
• 複数の学術データベースを検索し、2016年以降の出版物を補足的に活用することで、時間的関連性と最新トレンドを確保した。
• 複数名のレビュアーによる構造化されたデータ抽出プロセスを適用し、主観性を低減し、妥当性を向上させた。
• NFVフレームワーク設計、SDNコントローラ配置、SDN API、展開環境に基づく、提案された分類法を用いてアーキテクチャを分類した。
• 研究間でのレポート形式や実験設定の多様性が高いため、定性的な統合分析を実施した。
• 選定・抽出・要約の各段階について、共同研究者による検証を実施し、妥当性の脅かしを評価することで、信頼性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるネットワーク環境における統合NFV/SDNソリューションの主なアーキテクチャ設計および展開パターンは何か？
• RQ2 既存のNFV/SDNアーキテクチャは、スケーラビリティ、信頼性、セキュリティといった主要な非機能的要件をどのように対応しているか？
• RQ3 現在の統合NFV/SDN研究で同定された一般的な課題と制限要因は何か？
• RQ4 アーキテクチャ選定が、NFV/SDNシステムの表現力、拡張性、標準化にどのように影響を与えるか？
• RQ5 5Gやネットワークスライシングを含む新たな分野において、NFVとSDNの統合に関する今後の研究の機会は何か？

主な発見

• 74件の研究が分析され、クラウドおよびデータセンター環境への強い注目が明らかになった一方で、5Gおよびマルチドメインシナリオへの関心も高まっている。
• SDNコントローラは主に集中型または階層型モデルに配置されているが、VNFは一般的にOpenStackやKubernetesなどのオ케ストレーションフレームワークによって管理されている。
• セキュリティは依然として主要な課題であり、特にリソース隔離とクロスドメインポリシー調整が重要であるネットワーキングスライシング分野で顕著であるが、依然として解決されていない。
• スケーラビリティとパフォーマンスは、特に高速トラフィック処理や大規模なサービス機能チェイニングを扱う場合に頻繁に制限要因として挙げられている。
• 業界の参考アーキテクチャが存在するにもかかわらず、標準化されたインターフェースやリソースカタログの欠如が、相互運用性とVNFの迅速統合を妨げている。
• 統一されたフレームワークが使用されると、複数の緩い結合型ツールやプラグインに依存するのを減らし、拡張性とモデル表現力が向上する。