Optimisation des Réseaux à très faible Latence pour la 5G

  • Directeur de thèse : Xavier Lagrange, SRCD-Adopnet, IMT Atlantique
  • Location: Rennes
  • sept 2019 – aug 2022

 

Contexte

Dans les réseaux 5G, trois grands types de service sont identifiés : l’accès à très haut débit, les objets communicants et l’accès ultra-fiable à très faible latence appelé mode uRLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications).

Le haut-débit est une simple prolongation de la 4G et il est spécifié depuis mi 2018. Les objets communicants sont intégrables grâce à la version NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things). En revanche, la combinaison d’une grande fiabilité et d’une très faible latence soulève beaucoup de problèmes.  Le premier est que la fiabilité est généralement assurée dans les réseaux par des mécanismes de retransmission et que ceux-ci entrainent nécessairement une augmentation des délais. Le second est que réduire le taux d’erreur pour une transmission (condition nécessaire pour la fiabilité) implique en général de diminuer l’interférence au sein du réseau et limite par conséquent la capacité du réseau. Le troisième est que le contenu ou l’exécution du service doit être localisé au plus proche des terminaux et par conséquent aux extrémités du réseau. Cela peut conduire à multiplier les réplications d’un même contenu et pose des problèmes de cohérence, lorsque ces contenus sont dynamiques, aussi bien que des problèmes de capacité mémoire et de traitement.

Sujet

L’approche utilisée consiste à tirer parti des possibilités qu’offre la technologie C-RAN, RAN signifiant Radio Access Network et C soit Centralized, soit Cloud. Cette architecture permet de mettre en place une transmission coordonnée des signaux sur différents sites (techniques COMP ou COordinated MultiPoint transmission) ainsi qu’une réception coordonnée. En multipliant les sites de réception lorsqu’un terminal émet une requête, on augmente la fiabilité sans augmenter la latence. En revanche, les techniques COMP requièrent des débits très élevés sur le réseau d’accès, c’est-à-dire entre l’équipement qui crée le signal radio, appelé BBU (Base Band Unit), et les points où ce signal est réellement transmis. Il est alors nécessaire d’étudier précisément la répartition des fonctions (i.e. différentes couches protocolaires) entre les têtes radios et le réseau d’accès [DLG16] de façon à garder les avantages que procure la diversité spatiale à large échelle tout en limitant les besoins en débit dans le réseau [MDB16,MCM17].

L’approche scientifique reposera sur des études analytiques, en particulier sur la géométrie stochastique s’il s’avère que c’est un outil pertinent comme dans le contexte des réseaux à longue distance [SLN17]. Ces études seront complétées par des simulations. Les architectures RAN et les

Les principales étapes du travail seront les suivantes

  • état de l’art sur le mode uRLLC à la fois dans les spécifications 5G et dans la littérature scientifique
  • définition d’une architecture C-RAN type permettant une réception et une transmission avec de multiples points d’émission-réception
  • modélisation de l’architecture soit par une approche analytique (par exemple, utilisation de la géométrie stochastique), soit par une approche par simulation (plateforme ns3 ou autre)
  • analyse de performance de l’accès en termes de latence, de capacité et de fiabilité et analyse du débit nécessaire entre les différents noeuds du réseaux
  • identification des  meilleures solutions

Références

[MCM17]  Mountaser, G., Condoluci, M., Mahmoodi, T., Dohler, M., & Mings, I. (2017, December). Cloud-RAN in Support of URLLC. In 2017 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps) (pp. 1-6). IEEE.

[MDB16]   Marsch, P., Da Silva, I., Bulakci, O., Tesanovic, M., El Ayoubi, S. E., Rosowski, T., … & Boldi, M. (2016). 5G radio access network architecture: Design guidelines and key considerations. IEEE Communications Magazine, 54(11), 24-32.

[SLN17]     Song, Q., Lagrange, X., & Nuaymi, L. (2017). Evaluation of macro diversity gain in long range ALOHA networks. IEEE Communications Letters, 21(11), 2472-2475.

[DLG16]    Duan, J., Lagrange, X., & Guilloud, F. (2016, May). Performance analysis of several functional splits in C-RAN. In Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2016 IEEE 83rd (pp. 1-5). IEEE.

Candidature

Envoyez un CV, une lettre de motivation, les notes de master (ou de 2/3ème année d’école d’ingénieur) et les coordonnées de personnes susceptibles de vous recommander à Xavier Point Lagrange à imt-atlantique.fr.