Ieee communication surveys & tutorials, vol. 16, No. 4, Fourth quarter 2014

F. Robust Wireless Integration

Although OpenFlow has been well developed in wired, local

network, there are very few studies on its performance in

wireless networks. All the existing wireless network OpenFlow

designs [19], [35], [111]–[114] have not overcome the follow-

ing two challenging issues.

1) Integrated Management of Channel Access and Data For-

warding: Many wireless networks support multi-channel com-

munications among routers and clients, especially in cognitive

radios. Therefore, each wireless node needs to detect available

channels, and select the high-quality ones. Moreover, the nodes

can change physical characteristics for optimal link radio com-

munications. Thus in a wireless networks the OpenFlow data

panel must perform efficient channel sensing/access. However,

the existing OpenFlow standards only define data forwarding

functions in the hardware. We will need to significantly improve

the existing OpenFlow model (including its control/data panels’

task division, FlowVisor control, network visualization, etc.) by

designing a brand-new flow-table management scheme. Such

a scheme may use reinforcement learning to simultaneously

manage two flow tables one for real-time data forwarding and

another for multi-channel sensing/selection.

2) Conflict-Free Scheduling of Control Traffic and Data

Traffic: Unlike wired OpenFlow model that can use cables

to easily achieve control/data packet communications among

nodes, wireless network uses unreliable wireless links for both

control panel communications and data panel packet forward-

ing. The control panel demands a high-quality channel for loss-

free delivery, while the data panel should use other available

channels for routing. Therefore, a carefully designed chan-

nel allocation and packet scheduling scheme is required for

conflict-free control/data traffic delivery in routers and nodes.

X. C

ONCLUSION

In this paper, we have comprehensively surveyed the design

issues for SDN/OpenFlow. Especially we have covered all

important issues in concrete network implementation including

language abstraction, controller design, virtualization scheme,

QoS support, security issues, and wireless/optical network

integration.

Below we briefly summarize some important aspects for

highlight: SDNs have many applications including developing

new protocols prior to implementing them in real networks,

increasing connectivity in rural environments, making both

cloud based and regular data centers better, and supporting

mobile device offloading. As the Internet continues to grow

and becomes available to increasing more people, networks will

need to be able to adapt to ever changing circumstances. SDNs

allow the data and control planes to be separated, and hence to

be easier for improvements.

Network virtualization based on OpenFlow is a successful

implementation of Software Defined Networking, and its de-

velopment offers users a great deal of convenient services. We

have reviewed different virtualization architectures that focus

on the improvement of the network flexibility, isolation and

management. It can be seen that embedding additional module

or abstraction layer on the top of OpenFlow or FlowVisor

provides solutions to these challenges. Utilizing the database

can also help to simplify the creation of the abstraction layer.

QoS is an import issue in many applications especially in

streaming media, VoIP, Videoconferencing, and so on. Many

experiments have been conducted to make OpenFlow support

QoS control. However, these designs are still under testing

phase, and need to be further examined. Many designs are

related to optimization problems, such as dynamic rerouting

for SVC, dynamic QoS re-negotiation for multimedia flows,

etc. And the solution needs heavy calculations in reality as the

dimension increases. It also needs a comprehensive test before

being applied to real world applications. Many experiments are

actually under a small scale of tests to verify the proposed de-

sign, and no large-scale experiments have been performed yet.

Security and privacy are always important in any network.

OpenFlow brings many new security challenges due to the

virtual network management. It is important to design new

low-overhead security/privacy schemes to protect the virtual-

to-physical mapping protocols in SDN/OpenFlow.

We have also pointed out some important unsolved research

issues in this exciting field. Those issues may serve as the

thesis/dissertation topics for graduate students. SDN/OpenFlow

is a relatively new field, and many practical design issues

are waiting for in-depth investigations. We believe that this

comprehensive survey could help R&D people to understand

the state-of-the-art in SDN/OpenFlow.

A

CKNOWLEDGMENT

We sincerely thank the following people for their help

with this survey: A. Gerrity, M. Farooq, T. Zhang, R. Ma,

C. Dickerson, X. Fu, N. Hegde, (they are all with ECE de-

partment at the University of Alabama), and A. V. Vasilakos

(University of Western Macedonia in Greece). They have pro-

vided valuable comments and inputs on some of the above

discussed topics. We also appreciate the editor and reviewers’

time and effort for reviewing this paper.

R

EFERENCES

[1] S. Ortiz, “Software-defined networking: On the verge of a break-

through?” Computer, vol. 46, no. 7, pp. 10–12, Jul. 2013.

[2] H. Kim and N. Feamster, “Improving network management with

software defined networking,” IEEE Commun. Mag., vol. 51, no. 2,

pp. 114–119, Feb. 2013.

[3] K. Bakshi, “Considerations for software defined networking (SDN):

Approaches and use cases,” in Proc. IEEE Aerosp. Conf., Mar. 2013,

pp. 1–9.

[4] S. Agarwal, M. Kodialam, and T. V. Lakshman, “Traffic engineering

in software defined networks,” in Proc. IEEE INFOCOM, Apr. 2013,

pp. 2211–2219.

---

2204

IEEE COMMUNICATION SURVEYS & TUTORIALS, VOL. 16, NO. 4, FOURTH QUARTER 2014

[5] S. Fang, Y. Yu, C. H. Foh, and K. M. M. Aung, “A loss-free multipathing

solution for data center network using software-defined networking ap-

proach,” IEEE Trans. Magn., vol. 49, no. 6, pp. 2723–2730, Jun. 2013.

[6] S. H. Yeganeh, A. Tootoonchian, and Y. Ganjali, “On scalability of

software-defined networking,” IEEE Commun. Mag., vol. 51, no. 2,

pp. 136–141, Feb. 2013.

[7] S. Das et al., “Packet and circuit network convergence with OpenFlow,”

in Proc. Opt. Fiber Commun. Conf. Expo., Mar. 2010, pp. 1–3.

[8] R. Sherwood, M. Chan, and A. Covington, “Carving research slices

out of your production networks with OpenFlow,” ACM SIGCOMM