Post Doc Métriques d'équité pour l'ordonnancement du trafic critique sur l'interface radio de la 5G F/H

Description de l'offre

about the role

Votre rôle est d'effectuer un travail de post doc sur les métriques d'équité pour l'ordonnancement du trafic critique sur l'interface radio de la 5G.

Les réseaux mobiles de cinquième génération (5G) sont en cours de définition. En particulier, le 3GPP prévoit la finalisation de la première standardisation en juin 2018. Ces réseaux seront caractérisés par une expérience client non précédée, en termes de débits et de couverture, mais assureront aussi des nouveaux services liés à l'IoT (Internet of Things) classifiés en deux grands groupes de services : mMTC (pour massive Machine Type Communications) et URLLC (pour Ultra Reliable Low Latency Communications) [METIS-D1.1]. Alors que le premier groupe se réfère à des connexions massives de capteurs, le deuxième groupe concerne des applications variées qui ont en commun des exigences très fortes en latence et en fiabilité de communication.

L'URLLC est considéré comme un facteur catalysant pour beaucoup d'applications. Deux exemples phares de ces services sont :

·  Les communications locales entre machines à l'intérieur d'un site industriel, permettant le contrôle de processus industriels, en exploitant la flexibilité des réseaux sans fil [5GPPP15].
·  L'internet tactile, où un opérateur humain contrôle à distance un robot, avec un retour d'effort [FET14].

Malgré les différences notables entre ces applications URLLC d'un point de vue architectural, beaucoup de points communs existent au niveau de l'interface radio. Cette dernière devrait être capable d'assurer un débit élevé, avec une latence et un taux d'erreur très faibles.

La recherche sur les technologies permettant d'assurer les services URLLC sur le RAN (Radio Access Network) s'est focalisée sur des briques de la couche physique telle que la définition d'une trame flexible qui permette de servir les paquets URLLC avec des intervalles temporels courts. Les communications entre équipements usagers (Device to Device D2D) ont suscité un intérêt grandissant pour le trafic URLLC. Une publication récente [PPS+16] a montré comment une gestion dynamique de la taille de l'unité d'ordonnancement (TTI pour Transmission Time Interval) permet de satisfaire les contraintes de latence, en adaptant le TTI à la charge, le type de trafic et les conditions radio. D'autres publications ont étudié la diversité spatiale/temporelle/fréquentielle pour réduire la latence et le taux d'erreur [JWE+15]. La première phase de standardisation de la 5G (Release 15) comportera un certain nombre de fonctionnalités qui permettent de réduire la latence, comme par exemple l'utilisation d'un intervalle d'ordonnancement plus faible. Cependant, des techniques plus avancées de diversité et de communications directes sont à développer et à intégrer dans la phase 2 de standardisation de la 5G(Release 16).

D'autre part, l'allocation de ressources radio et l'ordonnancement jouent un rôle important dans la satisfaction des contraintes de latence. Pour l'URLLC, les mécanismes d'allocation de ressources sont généralement basés sur la préemption et la sur-allocation, et considèrent en général un nombre restreint d'usagers URLLC qui partagent les ressources avec un grand nombre d'usagers eMBB (pour enhanced Mobile Broadband) [Fantastic5G-D22]. Des mécanismes d'ordonnancement entre usagers URLLC sont à développer, tenant compte du fait que, pour ce trafic, la latence est critique et des retransmissions coexistent sur le canal avec des transmissions initiales de paquets. Les métriques classiques d'ordonnancement, basées sur l'historique de l'utilisation des ressources et du débit, comme celui du proportional fair, ne sont pas adaptées à l'exigence de ce service et doivent être réadaptées.

Se référer à la section 3 "le plus de l'offre" pour des détails sur les objectifs scientifiques et les activités associés au post doc.

about you

Vous êtes ingénieur titulaire d'un doctorat sur les aspects radio d'accès mobile. Spécialisé sur les couches PHY et MAC avec des connaissances sur les réseaux 4G, LTE-A et 5G. Un aperçu sur les concepts de slicing et latence des communications est un plus.

Expérience confirmée dans le développement de simulateur de type système est nécessaire.

Excellentes compétences en informatique. Bonne capacité de développement sur C ++, Matlab et LaTeX.

Maîtrise anglais, écrit et parlé.

Capacité à travailler de façon autonome.

Gout pour l'innovation et le travail en équipe

additional information

Objectif scientifique - verrous à lever

L'objectif du post doc est de développer des nouvelles métriques d'ordonnancement pour l'URLLC qui considèrent la latence comme objectif primaire de QoS, mais aussi la fiabilité (définie comme la proportion de paquets correctement reçus au bout d'un certain temps). Les paquets initiaux étant en concurrence avec des retransmissions HARQ, les délais ne sont pas causés uniquement par la congestion (comme dans les mécanismes classiques), mais aussi par les erreurs de réception et les retransmissions. Le choix des paquets à servir à un instant donné devrait prendre en compte cette latence, mais aussi la présence de différentes classes d'usagers, ayant des conditions radio hétérogènes, et donc des probabilités de pertes (et de retransmissions) différentes. L'équité est alors à étudier et des notions telles que l'équité proportionnelle est à revisiter. Egalement, la coexistence avec des services eMBB doit être prise en compte.

Le post doctorant travaillera sur la définition de ces métriques et la définition d'ordonnanceurs pour un mix des services eMBB et URLLC. Ces métriques permettront de répondre aux exigences de QoS classiques pour les usagers eMBB et de QoS en termes de latence (et de fiabilité, un paquet arrivant en retard étant considéré comme perdu) pour les usagers URLLC. Au même temps l'ordonnanceur garantira l'équité entre différentes classes d'usagers URLLC (différents services URLLC qui coexistent) et les usagers eMBB. Les performances théoriques de ces ordonnanceurs est alors à étudier et le schéma d'ordonnancement optimal est à déduire. Le post doctorant implémentera par la suite l'ordonnanceur sur le simulateur URLLC d'Orange afin de vérifier ses performances dans des contextes réalistes.

·  approche méthodologique-planning

1.Etat de l'art et compréhension des exigences de l'URLLC dans différents scénarios. Échange avec la communauté interne et externe pour comprendre les tendances des technologies réseaux mobile.

2.Etude des mécanismes d'ordonnancement dans la littérature et de leur adéquation avec l'URLLC.

3.Développement de la métrique d'ordonnancement et de l'ordonnanceur et évaluation théorique de ses performances.

4.Intégration de la méthodologie développée au simulateur de système URLLC, et quantification des gains en termes de fiabilité, latence et utilisation des ressources radio.

department

Le post doc se déroulera en partie au sein d'une équipe dont les coeurs de métier sont les couches basses radio mobile (L1, L2). Les activités sont principalement tournées vers la définition et l'évaluation des évolutions technologiques radio mobiles. L'écosystème de l'équipe est composé d'activité de recherche interne, de travail collaboratif avec les universités (Européennes et Américaines).

Qu'est ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

Le post doc se déroule dans une équipe qui est profondément impliquée dans la définition et la standardisation de la 5G.

Références

[Fantastic5G-D22] Fantastic-5G deliverable D2.2, Integration of Technical Components, December 2016.

[METIS-D11] METIS-II deliverable D1.1, “Refined scenarios and requirements, consolidated use cases, and qualitative techno-economic feasibility assessment”, January 2016.

[MDB+16] Marsch, P., Da Silva, I., Bulakci, O., Tesanovic, M., El Ayoubi, S. E., Rosowski, et al. (2016). 5G radio access network architecture: design guidelines and key considerations. IEEE Communications Magazine, 54(11), 24-32.

[5GPPP15] 5G PPP white paper, 5G empowering vertical industries, Mobile world congress 2016.

[JWE+15] N. A. Johansson, Y.-P. E. Wang, E. Eriksson and M. Hessler, “Radio Access for Ultra-Reliable and Low-Latency 5G Communications”, in IEEE ICC, 2015.

[PPS+16]Guillermo Pocovi, Klaus I. Pedersen, Beatriz Soret, Mads Lauridsen, Preben Mogensen, On the Impact of Multi-User Traffic Dynamics on Low Latency Communications, ISWCS 2016.

[DEM89] A. Demers, S. Keshav, and S. Shenker. "Analysis and simulation of a fair queueing algorithm.", ACM SIGCOMM Computer Communication Review. Vol. 19. No. 4., 1989.

[FET14] Fettweis, G. P. (2014). The tactile internet: Applications and challenges. IEEE Vehicular Technology Magazine, 9(1), 64-70.

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