Conception et implémentation en langage P4 de la fonction de passerelle d'accès de la 5G, et caractérisation de ses performances sur un commutateur logiciel

L’Internet a profondément imprégné notre quotidien, transformant la structure fondamentale de la société et la dynamique des entreprises. Face à l’augmentation exponentielle de la demande, des défis architecturaux majeurs ont vu le jour. La cinquième génération de technologie de communication mobile, la 5G, a émergé comme une réponse à ces défis, envisageant une convergence des réseaux filaires et mobiles. Par ailleurs, les fournisseurs de services Internet doivent sans cesse optimiser leurs services tout en maîtrisant les coûts. Historiquement, les passerelles de réseau à large bande (BNG) étaient les garantes de cet accès réseau. Cependant, avec l’avènement de la 5G, cette approche semble dépassée. Les principaux défis résident dans la capacité à concilier les exigences variées des applications modernes, allant des jeux en ligne en temps réel aux communications nécessitant une latence ultra-faible. La 5G, bien qu’adossée aux principes du réseau défini par logiciel (SDN) et de la virtualisation du réseau (NFV), nécessite des changements profonds dans son architecture, en particulier concernant l’accès fixe. C’est dans cette optique que la passerelle d’accès (AGF) se présente comme une alternative à la BNG traditionnelle, offrant des solutions adaptées aux exigences spécifiques du coeur du réseau 5G. Les objectifs de ce mémoire se concentrent sur la conception, le développement et l’évaluation de la fonction de passerelle d’accès (AGF) en utilisant le langage P4. Le but ultime étant de caractériser ses performances, en particulier sur le commutateur DPDK, qui a démontré sa capacité à gérer un grand nombre de sessions tout en maintenant un débit satisfaisant.

Abstract

The internet has profoundly permeated our daily lives, reshaping the foundational structure of society and the dynamics of businesses. In the face of the exponential rise in demand, significant architectural challenges have arisen. The fifth generation of mobile communication technology, 5G, has emerged as a response to these challenges, envisioning a convergence of wired and mobile networks. Additionally, internet service providers constantly strive to optimize their service while keeping costs in check. Historically, Broadband Network Gateways (BNG) were the mainstay of this network access. However, with the advent of 5G, this approach seems outdated. The primary challenges lie in reconciling the varied requirements of modern applications, ranging from real-time online gaming to communications requiring ultra-low latency. While 5G, underpinned by the principles of Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV), requires profound shifts in its architecture, especially concerning fixed access. It’s in this light that the Access Gateway Function (AGF) presents itself as an alternative to the traditional BNG, offering solutions tailored to the specific demands of the 5G core network. The objectives of this thesis focus on the design, development, and evaluation of the Access Gateway Function (AGF) using the P4 language. The ultimate goal being to characterize its performance, particularly on the DPDK switch, which has shown its ability to manage a high number of sessions while maintaining a satisfactory throughput.