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Distribution des services de communication dans une infrastructure de réseau mobile virtualisée

Sujet proposé par
Directeur de thèse:
Encadré par
Doctorant: Clement BERTIER
Unité de recherche UMR 7606 Laboratoire d'informatique de Paris 6

Domaine: Sciences et technologies de l'information et de la communication

Projet

Le contexte qui nous intéresse dans le cadre de cette thèse est celui des architectures de la 5G qui offriront des capacités de calcul à l'accès du réseau (Mobile Edge Computing, MEC). En effet, les réseaux 5G comprendront des Points of Presence (POPs) qui permettent d'exécuter des fonctions virtualisées de transcodage de flux, de sécurité, de gestion de mobilité d'utilisateurs et de cache de données applicatives, pour en citer quelques unes. La question centrale est ainsi de savoir comment exploiter ces mécanismes pour améliorer la gestion du réseau. Une des dimensions importantes offertes par le MEC est la possibilité de mieux adapter le réseau à la dynamique de son usage (mobilité des utilisateurs, variations des demandes dans le temps).

Même si des avancées significatives voient le jour régulièrement, des nombreux problèmes fondamentaux restent sans réponse à l'heure actuelle, notamment sur la question de la prise en compte jointe de la dynamique des utilisateurs, de leur intérêt applicatif, et du paradigme de distribution de services. Dans cette thèse, le candidat s'intéressera à la conception et à la mise en place d'un système de réseau mobile virtualisé du type MEC dont le but principal sera de permettre la distribution de services de façon réactive et efficace tout en tenant compte de :

  1. L'hétérogénéité des équipements terminaux et ceux au sein de l'infrastructure de communication.

  1. La proximité entre l'infrastructure virtualisée et les utilisateurs concernés, dans le but de réduire les délais entre le moment où l'utilisateur demande un service et la réponse.

  1. L'extrême dynamique d'un tel système, à la fois dû à la mobilité des utilisateurs et leur changement de comportement.

Enjeux

L'approche originale de la thèse consiste à se démarquer d'une vision centralisée de l'architecture de réseau mobile et de permettre via la répartition des capacités réseaux de supporter des innovations importantes d'adaptation dynamique du réseau en fonction de l'évolution de l'usage et de la mobilité des utilisateurs.

Le travail du doctorant sera structuré autour des objectifs scientifiques suivants :

  1. Gestion adaptative du réseau virtualisé. Basé sur les analyses de traces et la modélisation de la dynamique de trafic et de mobilité dans le réseau, il est ainsi possible de définir des stratégies adaptatives de gestion du réseau. Ceci se traduit par des algorithmes de placement dynamique de fonctions dans le réseau qui permettent d'exploiter l'élasticité offerte par l'infrastructure de réseau virtualisée. Ainsi les fonctions de gestion de mobilité peuvent être redimensionnées en fonction d'un pic de mobilité lors d'un événement localisé (match, rassemblement de foule).

  1. Mesure fine de la co-localité. L'efficacité d'un système de distribution de services dépend, entre autre, de la proximité topologique entre les fonctions et les utilisateurs. Or, cette proximité doit être pondérée par le nombre d'utilisateurs souhaitant accéder aux mêmes services. De plus, il faut que, une fois installées, ces fonctions perdurent le plus longtemps possible, afin d'éviter la migration de fonctions réseaux (action potentiellement très coûteuse). Ainsi, il est indispensable de bien comprendre comment les utilisateurs partageant des intérêts communs sont distribués à la fois dans l'espace et dans le temps.

  1. Étude de la symétrie des échanges. Lorsque les services sont proposés entre les utilisateurs eux-mêmes, la problématique devient différente, car la notion de proximité concerne deux (ou plusieurs) entités mobiles. Ceci crée un espace d'échanges complexe et dont l'étude est fondamentale pour que le dimensionnement du réseau de bordure soit le meilleur possible.

  1. Prise en compte d'une hétérogénéité extrême des équipements. En plus de l'occupation spatiotemporelle par les utilisateurs, le candidat devra également considérer dans son étude la possibilité que des équipements aient des capacités extrêmement variées. Ceci est nécessaire pour que, lors de la conception de l'architecture globale (point suivant), tous les éléments aient été pris en compte. De plus, la tendance naturelle est que, dans le futur, l'instanciation d'un cloud de bordure soit en accord avec les besoins locaux.

  1. Conception d'architectures efficaces. L'objectif ultime de la thèse sera la conception et la mise en place d'une architecture virtualisée en bordure du réseau. Cette architecture devra reposer non seulement sur les briques proposées lors des étapes précédentes mais aussi sur le retour d'expérience des tests mis en place.

Il y a des nombreux verrous pour que la thèse atteigne pleinement ses objectifs. Tout d'abord, le candidat devra s'imprégner d'un sujet très riche qui évolue à un rythme soutenu. La réalisation d'un bon état de l'art sera donc cruciale.