SDN/NFV-based Network Slicing Management

Aujourd’hui, les applications et les services de l’Internet sont devenus de plus en plus complexes et exigeants. Ces nouveaux services, comme la e-health, la communication inter-véhicules et la vidéo à la demande, nécessitent différents modèles pour leurs mises en place et aussi pour la gestion de leurs qualités de service. Plusieurs avancées technologiques se succèdent dans le but de permettre aux opérateurs d’augmenter la capacité de leurs réseaux et aux fournisseurs de services d’introduire des nouveaux services. Bien que l’Internet ait été très efficace en termes de performances du réseau et elle ait été adoptée à grande échelle, elle rend la mise en place et le déploiement de nouveaux services réseaux difficiles et coûteux à cause de son architecture physique. De plus, Le service "best effort" de l’Internet ne permet pas de garantir une qualité de service de bout en bout pour les nouveaux services réseaux. Les dernières directions lancées dans le contexte de l’Internet du futur reposent sur la mise en place d’une couche logicielle programmable permettant une vue globale du réseau et une gestion dynamique des ressources. Trois nouveaux paradigmes sont aujourd’hui au coeur de cette tendance : le SDN (Software Defined Networking), le NFV (Network Function Virtualization) et le Network Slicing. Ces approches visent à introduire une certaine agilité pour le déploiement et l’évolution des services réseau. Afin de répondre aux interrogations présentées, nous nous intéressons dans la première partie de la thèse au processus de déploiement des services réseaux dans un contexte évolutif en termes de technologies et d’usages. En effet, nous nous intéressons au processus d’orchestration permettant l’automatisation du processus de création, de monitoring et de gestion continue des services réseaux au niveau de l’architecture proposée. Ce système d’orchestration offre une vue complète et un contrôle total sur l’infrastructure réseau. Il gère dynamiquement les fluctuations de la demande et les événements soudains au niveau du réseau. Dans ce contexte de recherche nous proposons une nouvelle architecture pour le provisioning des services. Il s’agit d’appliquer les concepts proposés dans le cadre du paradigme SDN/NFV et la technologie « Network Slicing » pour la délivrance et la continuité du service réseau. Dans la deuxième partie de nos travaux de recherche, nous proposons un nouveau module au sein de notre framework pour l’automatisation et l’optimisation des opérations de création des slices réseaux. En effet, ce module exécute des algorithmes en se basant sur les informations liées au réseau ainsi qu’aux utilisateurs pour avoir les décisions optimales pour la création des slices réseaux. Dans cette partie, notre objectif est de respecter les contraintes des services de 5G en termes de latence, sureté de fonctionnement et disponibilité pour le déploiement des services dans les noeuds du réseau. La troisième partie de nos travaux est consacrée pour l’étude de la gestion des événements qui occurrent dans les slices tels que la congestion des slices, la dégradation de la qualité de service, la mobilité des utilisateurs, etc. Pour Pallier ces problèmes, nous proposons un algorithme basé sur la logique floue. Cet algorithme analyse la valeur actuelle de la charge ainsi que sa future valeur prédite. Pour la prédiction de l’état dela charge du slice nous utilisons l’algorithme Support Vector Regression (SVR). Nous étudions aussi la mobilité des utilisateurs entre les slices. Nous proposons un algorithme pour la gestion du handover des utilisateurs d’un slice à un autre. L’objectif est de garantir la continuité du service avec la meilleure qualité de service possible.Fifth Generation of Mobile Networks (5G) is proposed to address the future networkcontext. This context is characterized by an everywhere-connected society where notonly persons will be connected to the network but also clothes, vehicles and smartobjects. Therefore, 5G has to serve an expanding number of users and terminals andthus an exponentially increasing traffic. This traffic will be generated from severalemerging services such as e-health, autonomous driving, IoT, etc. These services requestdifferent and stringent constraints mainly in terms of latency, reliability, and availability.For instance, for the smart city applications, current network architectures are not ableto handle neither the increased number of sensors and IoT devices nor the large amountof data exchanged over the network.5G networks try to cope with the limitations of current network implementationsby proposing a new system aiming to meet new challenges. Indeed, unlike previoustechnologies, 5G will not only enhance the network system but will also provide an endto-end infrastructure that will support emergent services and respond to stringent userrequirements. The key concepts for the 5G vision are the Software Defined Networking(SDN), Network Function Virtualization (NFV) and Network Slicing technologies. Thoseparadigms allow the network to provide services for various scenarios under differentrequirements. They permit to achieve higher performance and flexibility for the networkthrough the introduction of the network programming and the one size per serviceapproach instead of the traditional one size fits all approach.In this context, this thesis aims first to propose a new architecture for network slicesprovisioning and management. We propose the multi-level Delegation Architecturefor Network Slicing Orchestration (DANSO) architecture which considers the SDN,NFV and network slicing technologies in order to present a programmable and flexibleframework for services provisioning. The second aim is the optimization of the processvviof the network slices creation and the admission control of users’ request. For thispurpose, we propose heuristic algorithms in order to either map the users’ demands toexisting slices or to create a new network slices. Our algorithms consider the reliability,availability and latency requirements as well as the offered quality by the underlyinginfrastructure. The third aim is related to the management aspect. In fact, we intereston the management of sudden events that occur in the slice during its running time.In this regard, we study the congestion of the slices and users’ mobility events. Wepropose a fuzzy logic-based algorithm that considers the actual and the predicted loadstate of the slice in order to perform auto-scaling actions. The future load values aredetermined using the Support Vector Regression (SVR) technique. Finally we intereston the problem of vertical handover management in the context of network slices. Wepropose an algorithm that decides when to perform the handover and selects the targetslic