Le "network slicing" dans les réseaux 5G : intégration d'un lien satellite avec continuité de service

« Network Slicing in 5G » : Satellite Link Integration with Service Continuity

• Auteur / Autrice : Youssouf Drif
• Direction : Emmanuel Chaput, Emmanuel Lavinal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunication
• Date : Soutenance le 13/07/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Fladenmuller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Chaput, Emmanuel Lavinal, Anne Fladenmuller, Toufik Ahmed, Pascal Berthou, Géraldine Texier, Olivier Grémillet, Fabrice Arnal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Toufik Ahmed

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes virtuels (informatique)

Satellites artificiels dans les télécommunications

5G (téléphonie mobile)

Mots clés libres

Réseau à définition logicielle

Virtualisation de réseau

Découpage réseau

5G

Réseaux non terrestres

Software Defined Networks

Network Function Virtualization

Network Slicing

5G

Non Terrestrial Networks

Résumé

L’avènement des mega-constellations satellites à basse orbite et les récentes avancées sur les satellites Very High Throughput Satellite (VHTS) permettent de réduire les coûts des connexions satellites et offrent une plus grande compétitivité. Avec des connectivités atteignants le Gbit/s et des temps de latence inférieurs à une quarantaine de millisecondes par terminal, les réseaux satellites atteignent des performances inédites. Ils sont majoritairement destinés à fournir une connectivité aux utilisateurs finaux mais peuvent être intégrés avec les réseaux existants. L’un des cas d’usage prometteur des réseaux satellites est leur intégration au sein des réseaux 5G. Les réseaux mobiles de 5ème génération sont en cours de déploiement et offrent une multitude de services hétérogènes. Ils sont l’évolution des réseaux 4G et intègrent dans leur définition le concept innovant de network slicing qui permet le déploiement de connectivités réseaux personnalisées bout-en-bout pour un service spécifique. Chacune de ces connectivités doit être instanciée au-dessus d’une seule et même infrastructure réseau physique, ce qui permet la mutualisation des ressources et une meilleure optimisation de leur utilisation. Néanmoins, l’utilisation du network slicing introduit un certain nombre d’enjeux et de défis qu’il faut relever. L’un de ces défis est l’intégration des réseaux de transport qui font le lien entre l’accès radio et le coeur de réseau 5G tout en respectant les exigences de services. L’objectif de cette thèse est de montrer qu’en s’appuyant sur les technologies Software Defined Network et Network Function Virtualization ainsi que du network slicing, il est possible d’unifier les réseaux satellites et 5G afin d’accélérer le déploiement des réseaux 5G et d’augmenter leurs capacités. Dans ce contexte, nous proposons une architecture satellite novatrice qui supporte le network slicing et qui intègre des composants dans le plan de contrôle et dans le plan de données pour assurer une continuité de service de bout-en-bout. Cette contribution a été validée sur une plateforme d’expérimentation ouverte et extensible sur laquelle différents scénarios de déploiement de slices 5G sur des liens satellites ont été testés.

The advent of low-earth orbit mega-constellations and recent advances in satellite technology are reducing the cost of satellite connections and offering greater competitiveness. With connectivity reaching Gbit/s and latency times of less than 40 milliseconds per terminal, satellite networks are achieving unprecedented performance. They are mainly designed to provide connectivity to endusers but can be integrated with existing networks. One promising use case for satellite networks is their integration into 5G networks. 5G mobile networks are being deployed and offer a multitude of heterogeneous services. They are the evolution of 4G networks and integrate in their definition the innovative concept of network slicing which allows the deployment of customized end-to-end network connectivities for a specific service. Each of these connectivities is instantiated on top of a single physical network infrastructure, which allows the mutualization of resources and a better optimization of their usage. Nevertheless, network slicing introduces a number of issues and challenges that must be addressed. One of these challenges is the integration of transport networks that bridge the gap between the radio access and the 5G core network while meeting service requirements. The objective of this thesis is to show that, by relying on the Software Defined Network and Network Function Virtualization technologies as well as the network slicing, it is possible to unify the satellite and 5G networks in or- der to accelerate the deployment of 5G networks and to increase their capacities. In this context, we propose a novel satellite architecturethat supports network slicing and integrates components both in the control plane and in the data plane to ensure end-to-end service continuity. This contribution has been validated on an open source and extensible experimentation platform on which different scenarios of 5G slices deployment, integrating satellite links, have been tested.