Conception, implémentation et caractérisation des performances de la fonction passerelle d'accès AGF de la 5G programmée en langage P4

La transition vers la convergence fixe-mobile présente des défis complexes, qui sont abordés en utilisant les technologies de virtualisation des fonctions réseau (Network Function Virtualization : NFV) et les réseaux définis par logiciel (Software-Defined Networking : SDN). Ce mémoire souligne l’importance de la passerelle de réseau à large bande (Broadband Network Gateway : BNG) et de la fonction passerelle d’accès (AGF) dans la mise en oeuvre de la FMC dans le noyau de la 5G. Dans le cadre de cette recherche, l’objectif principal est de concevoir et de déployer une solution AGF en utilisant le langage P4, et d’en caractériser les performances sur un commutateur Tofino. Le travail procède en analysant les spécifications techniques de l’AGF fournies par le Broadband Forum (BBF), à traduire lesdites spécifications en code P4 (Programming Protocol-Independent Packet Processors), avant de procéder à la simulation du plan de données de l’AGF sur des modèles comportementaux de commutateurs. L’implémentation du prototype AGF sur le commutateur Tofino suit, ainsi que l’évaluation des performances et des limitations de la solution, ainsi que la formulation de recommandations pour un déploiement industriel. Les résultats de l’étude montrent que le commutateur Tofino programmable en P4 peut supporter jusqu’à 285 500 sessions en utilisant uniquement des SRAM, et jusqu’à 400 300 sessions en exploitant les TCAM (Ternary Content-Addressable Memory). Ces conclusions permettent de mieux comprendre les performances et les limites de la solution proposée, ouvrant la voie à un déploiement industriel de la convergence fixe-mobile basée sur le commutateur Tofino.

Abstract

The transition to fixed-mobile convergence presents complex challenges, which are addressed by using Network Function Virtualization (NFV) and Software-Defined Networking (SDN) technologies. This thesis highlights the importance of the Broadband Network Gateway (BNG) and the Access Gateway Function (AGF) in implementing fixed-mobile convergence in the core of 5G. The main objective of this research is to design and deploy an AGF solution using the P4 language and characterize its performance on a Tofino switch. The work involves analyzing the technical specifications of AGF provided by the Broadband Forum (BBF), translating these specifications into P4 code (Programming Protocol-Independent Packet Processors), and simulating the AGF data plane on behavioral models of switches. The implementation of the AGF prototype on the Tofino switch follows, along with evaluating the performance and limitations of the solution and providing recommendations for industrial deployment. The results of the study demonstrate that the programmable P4 Tofino switch can support up to 285,500 sessions using only SRAM and up to 400,300 sessions by leveraging TCAM (Ternary Content-Addressable Memory). These findings enhance understanding of the performance and limitations of the proposed solution, paving the way for industrial deployment of fixed-mobile convergence based on the Tofino switch.