Thèse sur l'évolution de l'architecture du réseau d'accès mobile et l'optimisation de la gestion des ressources radio F/H

Description de l'offre

about the role

Contexte et Etat de l'art

Les technologies de virtualisation et de Softwarisation [1] Network Functions Virtualization (NFV) et Software Defined Networking (SDN) ont eu un grand impact sur la conception, le déploiement et la supervision des réseaux. En effet, l'architecture du réseau d'accès mobile (RAN) subit une transformation vers une désagrégation de ses composants et une ouverture de ses interfaces [2]. L'eNodeB est désormais découpée en plusieurs sous-entités : Centralized Unit (CU), Distributed Unit (DU) et Radio Unit (RU). Cette désagrégation présente plusieurs défis, comme l'interopérabilité entre les différents composants de la gNodeB. Ces défis sont traités par 3GPP et par l'alliance O-RAN [3] dont l'objectif est de promouvoir l'ouverture et l'intelligence du RAN.

La gestion des fonctions du réseau d'accès mobile est faisable à plusieurs échelles de temps [4]. Au niveau de l'ordonnanceur (scheduler) c'est à l'ordre d'1 ms, alors que le near Real-Time RAN Intelligent Controller (nRT RIC) agit à une échelle de temps allant de 10 ms jusqu'à 1 s, et finalement le Non-RT RIC (NRT RIC) agit à une échelle de temps supérieure à 1 s.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la gestion des ressources radio en s'appuyant sur l'évolution de l'architecture du RAN, la désagrégation de la gNodeB et une plateforme expérimentale open source [5]. La thèse s'articule autour des axes suivants :

1. Modification des mécanismes d'ordonnancement en temps réel

2. Modélisation mathématique du problème d'allocation des ressources en considérant la coexistence de services hétérogènes

3. Définition de mécanismes de gestion permettant un choix dynamique de l'ordonnanceur adéquat et son changement à chaud selon le besoin

4. Etude de l'impact sur l'architecture que pourrait entraîner la mise en place de ces mécanismes d'ordonnancement

5. Comparaison des performances des approches proposées par rapport à l'état de l'art

Objectif scientifique

L'objectif de la thèse est de proposer des mécanismes innovants pour optimiser l'allocation des ressources radio. Plusieurs verrous scientifiques seront à lever :

·  Quels KPIs sont à utiliser pour modifier l'allocation des ressources radio
·  Comment modéliser le problème d'allocation des ressources radio
·  Le besoin de modifier les interfaces ouvertes du RAN, notamment l'interface E2 (entre near-RT RIC et gNB) et E1 (entre CU-CP et CU-UP)

Approche méthodologique

Pour lever ses verrous, le travail se déroulera comme suit:

·  Etat de l'art sur l'évolution de l'architecture du RAN et la gestion des ressources radio
·  Modélisation du problème d'allocation de ressources de manière distribuée (théorie des jeux, apprentissage par renforcement) et centralisée (apprentissage supervisé ou optimisation convexe)
·  Conception d'approches innovantes pour la gestion des ressources radio
·  Evaluation des performances des approches proposées et leur impact sur l'architecture
·  Valorisation des innovations proposées (brevets, publications et PoCs)
·  Rédaction du manuscrit et préparation de la soutenance

Références

[1] Y. Li et al., “Software-Defined Network Function Virtualization: A Survey,” IEEE Access, 2015

[2] “3GPP TS 38.300: NR and NG-RAN Overall Description, Stage 2,” 2017

[3] “O-RAN Alliance Overview,” Available: https://www.o-ran.org/

[4] “O-RAN Architecture Description v1.0,” Tech. Spec, Feb. 2020

[5] M. Yassin et al., “Demo Abstract: 5G End-to-End Open Source Network with Traffic Prioritization Mechanism,” in IEEE INFOCOM, 2019

about you

Formation demandée (master, diplôme d'ingénieur, domaine …) :

Diplôme d'Ingénieur ou Master Recherche

Expériences souhaitées (stages, …) :

Stage de recherche sur un sujet en lien avec la gestion des ressources dans le réseau d'accès radio
Compétences (scientifiques et techniques) et qualités personnelles souhaitées par le poste :

·  Très bonne connaissance de l'architecture du réseau d'accès mobile (RAN) 4G et 5G
·  Une expérience en modélisation mathématique est un atout pour cette thèse, en particulier, une bonne connaissance des techniques d'optimisation et d'apprentissage (théorie des jeux, apprentissage par renforcement, apprentissage supervisé).
·  Maîtrise d'un ou plusieurs langages de programmation : C/C++, Python et MATLAB. La connaissance de l'écosystème open source serait un plus
·  Autonomie, curiosité scientifique, esprit critique et motivation pour l'innovation

additional information

Cette thèse permettra au candidat d'acquérir une connaissance pointue sur l'architecture du réseau d'accès mobile ouvert et intelligent. Ça permet également d'approfondir ses connaissances sur la modélisation du problème d'allocation de ressources et sur les outils de simulation. La plateforme expérimentale mise à disposition du thésard lui permettra également de démontrer concrètement les avantages des solutions proposées via des PoCs. Le tout dans un contexte innovant et dynamique.

department

L'équipe Software and RAN Architecture (SRA) a la charge de définir les architectures du réseau d'accès radio et d'accompagner la transformation vers la virtualisation et le logiciel. SRA assure plusieurs missions, dont la proposition des architectures d'accès 3GPP/non-3GPP, l'évolution de l'architecture du RAN et la contribution aux organismes de normalisation (3GPP, O-RAN), l'analyse des fonctions de gestion des ressources radio (RRM), l'animation d'un pôle d'excellence logiciel centré sur la radio et le développement d'une stratégie open source pour concevoir les réseaux 5G.

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