[論文レビュー] IoT Virtualization: A Survey of Software Definition & Function Virtualization Techniques for Internet of Things.

Iqbal Alam, Kashif Sharif+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2019

Software-Defined Networks and 5G参考文献 124被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、インテอร์ネット・オブ・シングス（IoT）向けに特化したソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）およびネットワーク機能仮想化（NFV）技術について包括的なサーベイを提示しており、SDNベースのIoT、NFV for IoT、ソフトウェア定義IoT（SDIoT）の3つのカテゴリーに解決策を分類している。スケーラビリティ、セキュリティ、モビリティ、コントローラー連携といった主な課題を特定し、統合的で仮想化されたIoTエコシステムのための今後の研究方向性を提示している。

ABSTRACT

Internet of Things (IoT) and Network Softwarization are fast becoming core technologies of information systems and network management for next generation Internet. The deployment and applications of IoT ranges from smart cities to urban computing, and from ubiquitous healthcare to tactile Internet. For this reason the physical infrastructure of heterogeneous network systems has become more complicated, and thus requires efficient and dynamic solutions for management, configuration, and flow scheduling. Network softwarization in the form of Software Defined Networks (SDN) and Network Function Virtualization (NFV) has been extensively researched for IoT in recent past. In this article we present a systematic and comprehensive review of virtualization techniques explicitly designed for IoT networks. We have classified the literature into software defined networks designed for IoT, function virtualization for IoT networks, and software defined IoT networks. These categories are further divided into works which present architectural, security, and management solutions. In addition, the paper highlights a number of short term and long term research challenges and open issues related to adoption of software defined Internet of things.

研究の動機と目的

• IoTネットワークに特化した仮想化技術について、体系的なレビューを提供すること。
• 既存の文献をSDNベースのIoT、IoT向け機能仮想化、およびソフトウェア定義IoT（SDIoT）の解決策に分類すること。
• 包括的な視点から、仮想化におけるIoTのアーキテクチャ、セキュリティ、管理の側面を分析すること。
• 仮想化IoTシステムの導入における短期的および長期的課題を特定し、議論すること。
• スケーラブルで安全かつ動的かつ柔軟なIoT環境において、SDN、NFV、SDIoTを統合するための今後の研究方向性を提示すること。

提案手法

• 100件以上の研究論文を、主に3つのカテゴリーに体系的に分類：SDNベースのIoT、NFV for IoT、SDIoT。
• IoT環境下でのネットワークアーキテクチャ、セキュリティメカニズム、管理フレームワークに焦点を当てたSDNソリューションの分析。
• 仮想ネットワーク機能（VNFs）を含む機能仮想化技術の検討、SDN環境下での展開、およびIoTサービスとの統合。
• ネットワーク層だけでなく、デバイス、アプリケーション、セキュリティポリシー、構成を中央集権制御によって仮想化する統合フレームワークとしてのSDIoTのサーベイ。
• 制御平面、データ平面、アプリケーション平面の3層にわたる仮想化を評価するためのマルチレイヤー分類法の活用。
• 既存の文献の統合を通じて、コントローラー仮想化、モビリティ支援、クロステクノロジー統合（例：フォッグ、ブロックチェーン）といったオープンチャレンジの特定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNとNFVをどのように効果的に統合することで、IoTネットワークにおけるスケーラビリティと異種性の課題に対処できるか？
• RQ2 SDNおよびNFVを用いたIoTネットワークの仮想化において、主なアーキテクチャ的、セキュリティ的、管理的課題は何か？
• RQ3 ソフトウェア定義IoT（SDIoT）は、ネットワーク層の仮想化を越えて、デバイス、アプリケーション、ポリシーの抽象化をどのように実現するか？
• RQ4 SD-IoT環境におけるコントローラー仮想化、モビリティ、デバイス構成に関するオープンな研究課題は何か？
• RQ5 ブロックチェーンやエッジ／フォッグコンピューティングといった新技術を、仮想化されたIoTシステムに統合することで、機能性とセキュリティをどのように向上できるか？

主な発見

• SDNとNFVは補完的技術であり、異種IoTネットワークの動的でプログラマブルかつコスト効率の良い管理を可能にする。
• 一般機器上にネットワーク機能（例：ファイアウォール、ロードバランサー）を仮想化することで、インfra構築コストを削減し、IoT展開におけるネットワークの俊敏性を向上できる。
• SDIoTは、ネットワーク層を超えてデバイス抽象化、ポリシー実行、構成管理まで含めた包括的アプローチを提供する。
• 高いデバイス密度、動的トポロジー、リソース制限のため、IoTにおけるモビリティは顕著な課題を伴い、新たなパス構成およびハンドオーバー機構の開発が不可欠である。
• 特にハイブリッドアドホックおよびインfraベースのIoTネットワークにおいて、コントローラーの仮想化と複数ドメイン間の連携は、依然として重要な課題のままである。
• SDIoTにブロックチェーンやエッジ／フォッグコンピューティングといった新技術を統合することで、新たな機会とアーキテクチャ的複雑性が生じ、コントローラー設計およびセキュリティ分野におけるさらなる研究が不可欠である。