Implementing programmable data planes on hardware devices - slice management use case with PolKA

• Grant number: 23/11089-4
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: October 01, 2023
• End date: September 30, 2024
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Computer Science - Computer Systems
• Agreement: MCTI/MC
• Principal Investigator: Magnos Martinello
• Grantee: Willen Borges Coelho
• Host Institution: Centro Tecnológico. Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Vitória , SP, Brazil
• Associated research grant: 20/05182-3 - PORVIR-5G: programability, orchestration and virtualization in 5G networks, AP.TEM

Abstract

Este plano de trabalho de treinamento técnico se propõe a viabilizar a implementação de planos de dados (datapaths) programáveis híbridos, com combinação de software x86 e hardware ASIC e possui como objetivo principal aproveitar plataformas de hardware disponíveis nas instituições parceiras do projeto, tais como switches Tofino ASICs, SmartNICs e x86/DPDK, a fim de habilitar o desenvolvimento de soluções em redes programáveis de alto desempenho. O principal desafio desse projeto é integrar datapaths híbridos, borda e núcleo, que sejam capazes de lidar de forma eficiente e possam ser tratadas como slices. Os avanços esperados com este projeto incluem o desenvolvimento de uma arquitetura escalável, capaz de utilizar de forma eficiente tanto os recursos de software disponíveis nos servidores quanto os recursos de hardware, como um switch P4. Como metodologia, pretende-se utilizar a plataforma P7 para aproveitar a programabilidade do hardware P4 para emular redes, instanciar topologias, permitindo que a programabilidade seja operada usando um único switch físico P4, conforme a infraestrutura das instituições parceiras do projeto.Como caso de uso deste plano de trabalho, sabe-se que as redes 5G são caracterizadas pela capacidade de fornecer serviços diferenciados com requisitos específicos de desempenho, latência e largura de banda. O conceito de slicing, ou fatiamento de rede, é fundamental nesse contexto, permitindo a criação de múltiplas fatias de rede isoladas e otimizadas para atender a diferentes necessidades de aplicação. O PolKA pode ser uma solução adequada para o gerenciamento de slices em redes 5G devido à sua capacidade de oferecer roteamento personalizado e flexível. A utilização de chaves polinomiais permite a definição de políticas de roteamento específicas para cada fatia de rede, permitindo um melhor controle e garantia de qualidade de serviço para os diferentes serviços oferecidos. Além disso, o PolKA oferece escalabilidade, o que é crucial em redes 5G que lidam com inúmeras fatias de rede e fluxos de tráfego. A capacidade de se adaptar a mudanças na topologia da rede ou nas condições de tráfego torna o PolKA uma opção atraente para a gestão dinâmica e eficiente de fatias de rede em tempo real. No entanto, é importante considerar os aspectos práticos da implementação do PolKA no núcleo da rede 5G. Será necessário garantir a compatibilidade e o suporte adequado em todos os elementos da rede, bem como avaliar o impacto no desempenho e na latência do sistema. Além disso, é fundamental realizar estudos e experimentos para avaliar a eficácia e os benefícios do uso do PolKA em comparação com outras soluções de gerenciamento de slices existentes. Os desafios descritos para este caso de uso deverão ser explorados pelo bolsista deste plano de trabalho. (AU)