[논문 리뷰] Integrated NFV/SDN Architectures: A Systematic Literature Review

Michel Bonfim, Kelvin Dias외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 04.

Software-Defined Networks and 5G인용 수 25

한 줄 요약

이 체계적 문헌 리뷰는 통합 NFV/SDN 아키텍처에 관한 74개의 연구를 종합하여 설계 패턴, 기능 구성 요소 및 과제를 분석한다. 주요 추세를 파악하고 제안된 분류 체계를 바탕으로 아키텍처를 분류하며, 확장성, 보안성 및 표준화 분야의 핵심 연구 격차를 부각하여 소프트웨어 정의 및 가상화 네트워킹 분야의 향후 발전을 위한 기반을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 통합 NFV/SDN 아키텍처 분야의 최신 기술 동향을 종합적이고 심층적으로 검토하는 것.
• 클라우드, 5G 및 다중 도메인 네트워크를 포함한 다양한 환경에서 아키텍처 설계를 종합하고 비교하는 것.
• NFV/SDN 통합에서 지속적인 과제인 신뢰성, 성능, 확장성 및 보안성 등을 식별하는 것.
• 시스템 설계 및 표준화 분야에서 미처 다루지 않은 영역과 혁신 기회를 부각시켜 향후 연구를 이끌어내는 것.
• 기능적 및 비기능적 요구사항을 바탕으로 NFV/SDN 아키텍처를 분류하기 위한 분류 체계 수립

제안 방법

• 통합 NFV/SDN 아키텍처에 관한 관련 학술 연구를 식별, 선별 및 분석하기 위해 사전 정의된 프로토콜을 따르는 체계적 문헌 리뷰(SLR)를 수행하였다.
• 다양한 학술 데이터베이스를 검색하고 2016년 이후 출판된 논문을 보완하여 시간적 관련성과 최신 트렌드를 확보하였다.
• 주관성을 줄이고 타당성을 향상시키기 위해 다수의 리뷰어가 참여하는 구조화된 데이터 추출 절차를 적용하였다.
• NFV 프레임워크 설계, SDN 컨트롤러 배치, SDN API, 배포 환경를 기반으로 제안된 분류 체계를 바탕으로 아키텍처를 분류하였다.
• 연구 간 보고서 형식과 실험 설정의 높은 변동성으로 인해 정성적 종합 분석을 수행하였다.
• 선택, 추출 및 요약 단계의 타당성 위협을 줄이기 위해 동료 검증을 통해 유효성 확보를 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 네트워크 환경에서 통합 NFV/SDN 솔루션의 주요 아키텍처 설계 및 배포 패턴은 무엇인가?
• RQ2 기존의 NFV/SDN 아키텍처는 확장성, 신뢰성 및 보안성과 같은 주요 비기능 요구사항을 어떻게 해결하고 있는가?
• RQ3 현재 통합 NFV/SDN 연구에서 가장 흔하게 제기되는 과제와 제약은 무엇인가?
• RQ4 아키텍처 선택이 NFV/SDN 시스템의 표현력, 확장성 및 표준화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 5G 및 네트워크 슬라이싱과 같은 신규 영역에서 NFV와 SDN 통합 분야의 향후 연구 기회는 무엇인가?

주요 결과

• 총 74개의 연구가 분석되었으며, 클라우드 및 데이터센터 환경에 대한 집중이 두드러지며, 5G 및 다중 도메인 시나리오로의 관심이 증가하고 있다.
• SDN 컨트롤러는 주로 중심집중형 또는 계층형 모델에 배치되며, VNF는 주로 OpenStack 또는 Kubernetes와 같은 오케스트레이션 프레임워크를 통해 관리된다.
• 보안은 여전히 주요 과제이며, 특히 자원 격리 및 다중 도메인 정책 조율이 핵심이지만 해결되지 않은 문제로 남아 있다.
• 확장성과 성능은 고속 트래픽이나 대규모 서비스 기능 체인 처리 시 자주 언급되는 제한 요소이다.
• 표준화된 인터페이스와 자원 카탈로그가 부족하여 상호운용성과 빠른 VNF 통합이 저해되고 있으며, 산업 표준 아키텍처가 존재함에도 불구하고 이는 여전히 문제로 남아 있다.
• 통합 프레임워크를 사용할 경우 다수의 느슨하게 결합된 도구나 플러그인에 의존하는 것을 줄여 표현력과 확장성을 향상시킬 수 있다.