AVIS DE SOUTENANCE de Madame SAVITA STHAWARMATH

L’Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris
et le Laboratoire de recherche SAMOVAR – Services rĂ©partis, Architectures, MOdĂ©lisation, Validation, Administration des RĂ©seaux

présentent

l’AVIS DE SOUTENANCE de Madame SAVITA STHAWARMATH

AutorisĂ©e Ă  prĂ©senter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l’Institut Polytechnique de Paris, prĂ©parĂ© Ă  TĂ©lĂ©com SudParis en :

Informatique

« Conception du nouveau plan de contrĂ´le virtuel universel de gestion dynamique ‘sans Ă©tat’ »

le mardi 13décembre 2022 à 13h30

2C07/Amphi 7
Télécom SudParis 19 place Marguerite Perey 91120 Palaiseau France

Membres du jury :

M. Eric RENAULT, Professeur, TĂ©lĂ©com SudParis, FRANCE – Directeur de thèse
M. Jalel BEN-OTHMAN, Professeur, Univ. Paris 13, FRANCE – Rapporteur
M. Hassine MOUNGLA, MaĂ®tre de confĂ©rences, Univ. Paris 5 Descartes, FRANCE – Rapporteur
Mme VĂ©ronique VEQUE, Professeure, CentraleSupelec, FRANCE – Examinatrice
Mme Françoise SAILHAN, Professeure, IMT Atlantique, FRANCE – Examinatrice
Mme Selma BOUMERDASSI, MaĂ®tresse de confĂ©rences, CNAM, FRANCE – Examinatrice
M. Thierry LEJKIN, Senior Project Architect , Orange Innovation Networks, FRANCE – Encadrant de thèse


Résumé :

Une augmentation sans prĂ©cĂ©dent des capacitĂ©s de communication avec les objets, en gĂ©nĂ©ral, et leur adoption par le marchĂ© a conduit Ă  une estimation de 29 milliards de connexions d’appareils IoT d’ici 2030 par le rapport de prĂ©vision d’Ericsson. Cette estimation dĂ©fie non seulement les fournisseurs de services Internet traditionnels, mais impose Ă©galement l’Ă©volution aux architectures actuelles. Les opĂ©rateurs de tĂ©lĂ©communications ont jouĂ© un rĂ´le majeur dans la connexion des personnes Ă  Internet et sont dĂ©sormais obligĂ©s de s’adapter aux objets communicants avec des demandes de trafic diverses et imprĂ©visibles. Ă€ cette fin, la softwarisation et la virtualisation des entitĂ©s de rĂ©seau ont largement contribuĂ© Ă  atteindre un haut degrĂ© de flexibilitĂ© et de scalabilitĂ©, aidant ainsi les opĂ©rateurs de tĂ©lĂ©communications Ă  mieux optimiser leurs CAPEX et OPEX face aux tendances actuelles du marchĂ©. Cependant, les indicateurs de performance clĂ©s rigoureux ou des propriĂ©tĂ©s telles que la fiabilitĂ© des rĂ©seaux 5G et au-delĂ  dĂ©pendent fortement de la disponibilitĂ©. Pour assurer la disponibilitĂ©, nous avons traditionnellement des solutions actives-actives ou veille-active qui sont des solutions coĂ»teuses. Cela dit, les fonctions rĂ©seau nĂ©cessitent un deuxième degrĂ© de dĂ©couplage – sĂ©parer l’informatique du stockage pour rendre les fonctions rĂ©seau hautement rĂ©silientes et donc fiables. L’objectif de cette thèse est d’Ă©valuer si le concept de “sans-Ă©tat”peut ĂŞtre appliquĂ© aux fonctions des rĂ©seaux de tĂ©lĂ©communications. Compte tenu de l’importance de cette Ă©tude, nous collectons d’abord les donnĂ©es de trafic rĂ©elles du rĂ©seau de tĂ©lĂ©communications et analysons les mĂ©triques de trafic qui sont gĂ©rĂ©es par les fonctions de rĂ©seau d’aujourd’hui. Bien que le trafic de tĂ©lĂ©communications actuel soit en grande partie gĂ©nĂ©rĂ© par une communication de type humain, il suffit d’Ă©valuer l’impact de l’intĂ©gration du concept de “sans-Ă©tat” sur les fonctions actuelles du rĂ©seau. Avec ces mĂ©triques analysĂ©es, nous choisissons le schĂ©ma appropriĂ© pour conserver les donnĂ©es utilisateur en dehors de la fonction rĂ©seau, ainsi que les aspects temporels du stockage et de la rĂ©cupĂ©ration conformĂ©ment Ă  la dĂ©finition des normes 3GPP d’un service de stockage idĂ©al pour le cĹ“ur de rĂ©seaux tĂ©lĂ©communications. Les opĂ©rations du plan de contrĂ´le sont d’une importance significative pour permettre la fourniture de services de tĂ©lĂ©communications. Nous proposons le modèle sans Ă©tat pour les fonctions du plan de contrĂ´le oĂą les donnĂ©es utilisateur sont conservĂ©es après chaque message Ă©changĂ© entre les entitĂ©s du rĂ©seau. Compte tenu de la nature sĂ©quentielle de l’exĂ©cution de la procĂ©dure du plan de contrĂ´le des tĂ©lĂ©communications, ce modèle assure la transparence des pannes en Ă©vitant de rĂ©pĂ©ter la demande de service. En plus d’atteindre la rĂ©silience, nous prĂ©sentons l’importance des fonctions de plan de contrĂ´le sans Ă©tat dans la rĂ©duction de la latence globale principalement induite lors de la procĂ©dure de handover. Un modèle sans Ă©tat quasi-local est proposĂ© pour les opĂ©rations du plan utilisateur, oĂą les donnĂ©es utilisateur sont extraites et mises en cache Ă  la demande. Nous justifions le modèle proposĂ© par l’analyse d’Ă©tat, la conception et la dĂ©rivation de mĂ©triques d’Ă©tat. En outre, nous Ă©valuons diverses architectures de rĂ©seau adaptĂ©es aux futures fonctions de rĂ©seau sans Ă©tat afin de maintenir le budget de retard de bout en bout de divers cas d’utilisation des tĂ©lĂ©communications.


Abstract : « Design of the new ‘stateless’ dynamically-managed universal control plane »

An unprecedented surge in communication capabilities to things, in general and their market adoption has lead to an estimation of 29 billion IoT device connections by 2030 by Ericsson forecast report. This estimate is not only challenging the traditional internet service providers but also mandating the evolution to the current architectures. Telecommunication operators played a major role in connecting people to the internet and are now compelled to accommodate communicating things with traffic demands that are diverse and unpredictable in nature. To that end, softwarization and virtualization of network entities have extensively helped to achieve a high degree of flexibility and scalability thereby helping telecom operators to better optimise their CAPEX and OPEX in the face of current market trends. However, the stringent key performance indicators or properties like reliability for 5G and beyond networks highly rely on the availability. To ensure availability, traditionally we have active-active or active-standby which are expensive solutions. Having said that, the network functions requires a second degree of decoupling -separating the computing from the storage to make the network functions highly resilient and hence reliable. The goal of this thesis is to evaluate if the concept of statelessness to be applied to telecom network functions. Given the significance of this study, we first collect the real traffic data from the telecom network and analyse the traffic metrics that are managed by today’€™s network functions. Though current telecom traffic is largely generated by human-type communication, it is sufficient to evaluate the impact of incorporating statelessness concept to current network functions. With these analysed metrics, we choose the appropriate schema to persist the user data outside of the network function, along with the temporal aspects of store and fetch adhering to the 3GPP standards definition of an ideal storage service for telecom core network scenario. Control-plane operations are of significant importance in enabling telecom service delivery. We propose the stateless model for control-plane functions where user data is persisted after every message being exchanged between network entities. Given the sequential nature of telecom control-plane procedure execution, this model provides failure transparency by avoiding reiterating service request. In addition to achieving resiliency, we present the importance of stateless control-plane functions in reducing overall latency mainly induced during handover procedure. A Quasi-Local stateless model, is proposed for user-plane operations, where the user data is fetched and cached on-demand basis. We justify the proposed model with the state analysis, design, and derivation of state metrics. Furthermore, we assess various network architectures suitable for future stateless network functions to maintain the End-to-End delay budget of diverse telecom use cases.