Projet de recherche doctoral numero :3844

Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Contrôle par une approche orientée service de noeuds d'accès de radio de 4ième génération dématérialisés
Directeur de thèse: Eric RENAULT (LTCI (EDMH))
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini

Resumé: 1- Contexte CloudRAN Le nuage change profondément l'industrie IT en permettant le déport et l'exécution en ligne de nombreuses applications auparavant exécutées localement. Il a également un impact considérable sur l'infrastructure sans fil à un moment charnière où les opérateurs mobiles ont du mal à faire face, économiquement et techniquement, a l'augmentation exponentielle du trafic de données mobiles. Dans [1], une architecture de référence appelée “Wireless Network Cloud” (WNC) est proposée: ● Dans le WNC, toutes les fonctions couche physique, couche mac et réseau sont traitées dans un emplacement centralisé (une ferme de calcul) en utilisant des techniques informatiques classiques telles que la virtualisation, l’allocation dynamique des ressources permettant les économies d'énergie, le regroupement des ressources a des fins de gain statistiques... Ces fonctions sont considérées comme des instances d'une station de base (“Base Station” ou BS) qui devient donc virtuelle (“Virtual BS” ou VBS). Bien qu'il soit de plus en plus possible de traiter un ou plusieurs eNBs (“enhanced Node B” ou eNB) complets dans un serveur multi-coeurs classique [2], il peut également être intéressant de «spécialiser» les machines ou d’utiliser un matériel spécifique et dédié. Par exemple tous les processus couche mac peuvent être exécutes dans une seule machine tandis que plusieurs processus couche physique seraient exécutes sur des machines séparées. ● l'interface frontale radio (“Radio Front End” ou RFE) se compose: ○ d’une tête radio distante (“Remote Radio Head” ou RRH) comprenant la conversion analogique, le filtrage et l’amplification. ○ d’un réseau appelé «radio front-hauling» entre le RFE et le VBS, qui transporte les échantillons numérisés (dits “IQ”) avec la qualité de service requise (débit binaire, taux d'erreur binaire, gigue). La distance entre les unités de bande de base et RFE peut aller jusqu'à 20 km. Cette approche distribuée est communément reconnue dans la littérature sous le nom de “Cloud RAN” ou “noeud d’accès radio dématérialisé”. Intérêt La forte concentration de VBS dans la ferme de calcul offre de nombreux avantages tels qu’une maintenance plus efficaces (tous les équipements étant co-localisés, nous pouvons mettre hors tension dynamiquement ceux qui ne sont pas nécessaires), une utilisation plus efficace du spectre (techniques avancées de traitement du signal combinant les signaux provenant de multiples sites), une mise à niveau plus facile (échange d’équipements locaux)... En outre, puisque le traitement en bande de base peut être effectué dans une ferme de calcul ‘standard’, il peut s'exécuter sur des serveurs en rack banalisés (puce x86, ARM), éventuellement assistés par des coprocesseur matériels peu ou pas spécialisés: - carte graphique, en anglais “Graphical Processing Unit” ou GPU, - circuit logique programmable, en anglais “Field Programmable Gate Array” ou FPGA, - processeur de signal numérique, en anglais “Digital Signal Processor” ou DSP. Dans tous les cas, l'architecture n’a plus besoin d'être hautement spécialisée, comme c’est le cas aujourd’hui, et se rapproche d’une architecture IT classique à base de serveurs de type PC. Cela permet d'assurer des mises à niveau technologiques beaucoup plus rapides (par exemple, on bénéficiera immédiatement des nouvelles générations de processeurs Intel / ARM par échange standard du processeur sur la carte mère). Il devient possible d'effectuer des migrations de processus et donc d'optimiser la charge des serveurs (de façon similaire aux machines virtuelles des fermes de calcul mais avec des contraintes opérationnelles beaucoup plus drastiques) en adaptant les outils logiciels de distribution de charge et les middlewares développés dans le cadre du calcul parallèle. Limitations Cette architecture découple le traitement en bande de base de BS des antennes et par conséquent impose une charge sévère sur le RFE, en particulier pour les scénarios visés par la norme cellulaire 4G appelée “Long Term Evolution Advanced” ou LTE-A qui ont un degré élevé de sectorisation, des canaux larges (100 MHz) et une grande diversité spatiale (jusqu’à 8 antennes d’émission). Le débit soutenu d'une BS est de l’ordre de 10 Gb/s en full duplex. Cela nécessite probablement une meilleure distribution des fonctions entre le RFE et la ferme de calcul, en faisant la part entre capacité de transport et efficacité spectrale. Les échanges de flux au sein du nuage RAN sont très contraints temporellement (3 ms pour recevoir et renvoyer une réponse à l'utilisateur) et très sensible aux erreurs (le signal de liaison descendant vers le RFE doit être synchronisé au niveau de partie pour million). Cela nécessite des équipements de commutation/routage ainsi que de terminaison à grande capacité et faible retard.   2- Objectifs L'objectif de cette thèse sera pluriel: ● il s’agit tout d’abord d’analyser les contraintes et les objectifs de performance du réseau in

Doctorant.e: Aravinthan Gopalasingham