Allocation des ressources dans les réseaux mobiles cloudifiés

Le trafic mobile a considérablement augmenté ces dernières années motivant une évolution vers la prochaine génération de réseau mobile, la 5G. La virtualisation des fonctions du réseau (Network Function Virtualization, NFV), la programmabilité du réseau (Software-Defined Networking, SDN) et l’informatique en nuage (Cloud Computing) sont les technologies retenues pour la mise en œuvre de cette évolution. Ces technologies offrent la flexibilité et l'élasticité nécessaires pour répondre aux défis de la 5G. Cependant, même si ces technologies semblent nécessaires pour la conception de la 5G, reste à savoir si les exigences essentielles de la 5G, en termes de qualité de service et d’expérience d’utilisateur, peuvent être réalisées via ces technologies. Cette thèse traite donc spécifiquement de la façon d'appliquer efficacement ces technologies de virtualisation de réseaux pour la mise en œuvre de la 5G, de la conception au déploiement des services de télécommunication. Elle s’intéresse plus spécifiquement à l’allocation de ressources de façon flexible. Plus spécifiquement, nous avons étudié dans un premier temps l’utilisation de l’approche « cloud-native » et des « microservices » pour la création, de la conception au déploiement, des composants du réseau cœur et ceux du réseau d'accès radio (RAN) de la 5G. Ensuite, afin de maintenir un niveau de qualité de services cible, nous avons traité du problème de la mise à l’échelle automatique des microservices, via une approche prédictive que nous proposons pour éviter les dégradations des services. Celle-ci est intégrée à une plate-forme d'orchestration autonome pour les services de réseau mobile. Pour finir, nous avons également proposé et implémenté un ordonnanceur multi-niveaux, qui permet à la fois de gérer les ressources allouées pour un réseau mobile virtualisé, appelé « slice », mais aussi et surtout de gérer les ressources allouées à plusieurs instances de réseaux mobiles virtualisés, slices, déployés au sein de la même infrastructure physique. Toutes ces propositions ont été mises en œuvre et évaluées sur un banc d’essai réaliste, que nous avons construit.Mobile traffic had been dramatically increasing in recent years along with the evolution toward next generation of mobile network (5G). To face this increasing demands, Network Function Virtualization (NFV), Software Defined Networking (SDN) and Cloud Computing emerged to provide more flexibility and elasticity for mobile networks toward 5G. However, the design of these softwarization technologies for mobile network is not sufficient by itself as and the mobile services also have critical requirements in term of quality of services and user experiences that still need to be full field. Therefore, this thesis focuses on how to apply efficiently softwarization to mobile network services and associate to it flexible resource allocation. The main objective of this thesis is to propose an architecture leveraging virtualization technologies and cloud computing on legacy mobile network architecture. The proposal not only well adopts and provides flexibility as well as high availability to network infrastructure but also satisfies the quality of services requirements of future mobile services. More specifically, we first studied the use of the "cloud-native" approach and "microservices" for the creation of core network components and those of the radio access network (RAN) toward 5G. Then, in order to maintain a target level of quality of services, we dealt with the problem of the automatic scaling of microservices, via a predictive approach that we propose to avoid degradation of services. It is integrated with an autonomous orchestration platform for mobile network services. Finally, we have also proposed and implemented a multi-level scheduler, which allows both to manage the resources allocated for a virtualized mobile network, called "slice", but also and above all to manage the resources allocated to several network instances, deployed within the same physical infrastructure. All these proposals were implemented and evaluated on a realistic test bench