[论文解读] 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 25

一句话总结

本篇系统性文献回顾综合分析了74项关于集成NFV/SDN架构的研究，探讨其设计模式、功能组件及挑战。研究识别出关键趋势，基于所提出的分类法对架构进行分类，并指出了在可扩展性、安全性与标准化方面存在的关键研究空白，为未来软件定义虚拟化网络的发展奠定基础。

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.

研究动机与目标

• 提供对集成NFV/SDN架构领域最新技术的全面、深入综述。
• 在云、5G及多域网络等不同环境中，综合比较各类架构设计。
• 识别NFV/SDN集成中持续存在的挑战，如可靠性、性能、可扩展性与安全性。
• 通过突出尚未充分探索的研究领域与系统设计及标准化方面的创新机遇，为未来研究提供指导。
• 基于功能性和非功能性需求，建立用于分类NFV/SDN架构的分类法。

提出的方法

• 遵循预设协议执行系统性文献回顾（SLR），以识别、筛选并分析关于集成NFV/SDN架构的相关学术研究。
• 在多个学术数据库中进行检索，并补充2016年后的出版物，以确保时间相关性与最新趋势。
• 采用结构化数据提取流程，由多名评审员参与，以减少主观性并增强有效性。
• 基于NFV框架设计、SDN控制器部署位置、SDN API及部署环境，使用所提出的分类法对架构进行分类。
• 由于各研究在报告格式与实验设置方面存在高度差异，因此执行定性综合分析。
• 通过同行对筛选、数据提取与总结阶段的验证，评估有效性威胁，以确保研究的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同网络环境中，集成NFV/SDN解决方案的主要架构设计与部署模式是什么？
• RQ2 现有NFV/SDN架构如何应对可扩展性、可靠性与安全性等关键非功能性需求？
• RQ3 当前集成NFV/SDN研究中识别出的最常见挑战与局限性有哪些？
• RQ4 架构选择如何影响NFV/SDN系统的表达能力、可扩展性与标准化程度？
• RQ5 在5G与网络切片等新兴领域中，NFV与SDN集成方面存在哪些未来研究机遇？

主要发现

• 共分析74项研究，显示研究重点集中于云与数据中心环境，同时对5G及多域场景的兴趣持续上升。
• SDN控制器主要采用集中式或分层式部署模型，而VNF则通常通过OpenStack或Kubernetes等编排框架进行管理。
• 安全性仍是主要挑战，尤其在网络切片场景中，资源隔离与跨域策略协调至关重要但尚未有效解决。
• 可扩展性与性能常被列为限制因素，特别是在处理高速流量或大规模服务功能链时。
• 尽管已有行业参考架构，但缺乏标准化接口与资源目录，阻碍了互操作性与VNF的快速集成。
• 当采用统一框架时，系统的可扩展性与模型表达能力得到提升，从而降低了对多个松散耦合工具或插件的依赖。