[論文レビュー] Software Defined Optical Access Networks (SDOANs): A Comprehensive Survey.

Anu Mercian, Michael P. McGarry+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2015

Software-Defined Networks and 5G被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、PONを含む光アクセスネットワークにおけるソフトウェア定義光アクセスネットワーク（SDOANs）の包括的サーベイを提示し、SDNおよびネットワーク仮想化の分析を実施している。研究はアーキテクチャ、プロトコル、層（物理層、MAC層、ネットワーク層）に分類され、サービス品質、マルチレイヤーネットワーキング、仮想化における主な課題と今後の方向性が特定されている。

ABSTRACT

The emerging software defined networking (SDN) paradigm separates the data plane from the control plane and centralizes network control in an SDN controller. SDN facilitates the virtualization of network functions so that multiple virtual networks can operate over a given installed physical network. Optical network segments, such as passive optical networks (PONs), have become important for providing network access. In this article, we comprehensively survey studies that examine the concepts of SDN and network virtualization in optical access networks; in brief, we survey the area of software defined optical access networks (SDOANs). We organize the SDOAN studies into architecture and protocol focused studies. We then subclassify the studies according to the network layers. In particular, for protocol-focused studies, we consider subclassifications for the physical layer, medium access control (link) layer, and network layer. In addition, we consider subclassifications for studies focused on quality of service, multilayer (multitechnology) networking, and virtualization. Based on the survey, we identify open challenges for SDOANs and outline future directions.

研究の動機と目的

• 急速に進化する分野における知識を統合するため、ソフトウェア定義光アクセスネットワーク（SDOANs）に関する既存研究を体系的かつ包括的にサーベイすること。
• SDNおよびネットワーク仮想化を通じて、スケーラブルで柔軟かつ管理可能な光アクセスネットワークの増大するニーズに対応すること。
• QoSやマルチレイヤーネットワーキングなどの応用分野を含め、アーキテクチャ、プロトコルレイヤー（物理層、MAC層、ネットワーク層）、およびアプリケーション分野に応じてSDOAN研究を分類すること。
• 仮想化およびクロスレイヤー最適化を含む、SDOANにおける未解決の課題を特定し、今後の研究方向性を提示すること。

提案手法

• 分野の体系的概要を提供するため、SDOAN研究をアーキテクチャ中心とプロトコル中心の研究に分類すること。
• プロトコル中心の研究をネットワークレイヤーごとに分類：物理層、メディアアクセス制御（MAC）層、ネットワーク層。
• サービス品質（QoS）、マルチレイヤー（マルチテクノロジー）ネットワーキング、ネットワーク仮想化の各テーマを別個の研究分野として分析すること。
• 多様な研究から得られた知見を統合し、繰り返し現れる設計パターン、制御メカニズム、アーキテクチャ的トレードオフを同定すること。
• 分類法に基づくアプローチを用いて、レイヤーおよび機能ごとの研究貢献をマップし、体系的な比較を可能にすること。
• 特にスケーラビリティ、相互運用性、動的リソース割り当ての観点から、既存文献の厳密なレビューを通じてギャップと未解決課題を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNの原則は、PONのような光アクセスネットワークに効果的に適用可能であり、ネットワーク管理およびリソース割り当てをどのように改善できるか？
• RQ2 物理層、MAC層、ネットワーク層の各レイヤーにおいて、SDOANで見られる主なアーキテクチャ的およびプロトコルレベルの革新は何か？
• RQ3 動的でマルチサービスな光アクセス環境において、SDOANはどのようにサービス品質（QoS）の保証を実現するか？
• RQ4 SDOANにおけるマルチレイヤーおよびマルチテクノロジーネットワーキングを実現するにあたり、主な課題と機会は何か？
• RQ5 共有された物理インフラ上で複数の共存する仮想ネットワークをサポートするために、ネットワーク仮想化はSDOANでどのように活用可能か？

主な発見

• SDNは、光アクセスネットワークにおける集中型で動的かつプログラマブルな制御を可能にし、リソース割り当てとネットワークの俊敏性を顕著に向上させている。
• MAC層におけるプロトコルレベルの革新により、SDNベースのスケジューリングによってPONにおける帯域幅の効率的割り当てと競合の低減が実現されている。
• SDOANにおける仮想化により、単一の物理的PONインfrastrucuture上に複数の隔離された仮想ネットワークを共存可能にし、ネットワークの柔軟性とサービスカスタマイズ性が向上している。
• QoS指向のSDOAN設計は、インтелリジェントなトラフィック優先順位付けとリソースプロビジョニングを通じて、マルチサービス環境における遅延とジターパフォーマンスの向上を示している。
• マルチレイヤーSDOANアーキテクチャは、光ネットワークと電気ネットワークドメインの統合に有望であるが、クロスレイヤー連携とシグナリングの標準化に課題を抱えている。
• 進展は見られるものの、SDNコントローラーのスケーラビリティ、ベンダーデバイス間の相互運用性、動的光アクセス環境におけるリアルタイム適応性の分野で未解決の課題が依然として存在する。