Dissertations / Theses on the topic 'Réseaux d'accès radio ouverts'

La gestion de réseau subit des changements radicaux en raison des attentes élevées de l’infrastructure pour supporter de nouveaux services. Les diverses exigences de ces services nécessitent l’intégration de nouvelles technologies habilitantes qui compliquent le processus de surveillance et de planification du réseau. Par conséquent, pour alléger la charge et augmenter la précision de la surveillance et de la planification, des solutions plus automatisées au niveau des éléments/dispositifs sont nécessaires. Dans cette thèse, nous proposons un cadre semi-automatique appelé AI-driven telemetry (ADT) pour collecter, traiter et évaluer l’état des routeurs en utilisant des données de télémétrie en continu. ADT se compose de 4 blocs de construction : le collecteur, le détecteur, l’explicateur et l’exportateur. Nous nous concentrons sur le bloc de détection dans ADT et proposons une technique de détection de changement en ligne multi-variable appelée DESTIN. Notre étude sur le bloc d’explication de la TAD se limite à explorer le potentiel des données d’entrée et à montrer la possibilité d’une description automatique des événements. Ensuite, nous abordons le problème de la planification et du dimensionnement dans les réseaux d’accès radio équipés de serveurs périphériques distribués. Nous proposons un modèle qui satisfait aux exigences de service et utilise les nouvelles technologies habilitantes, c’est-à-dire le découpage en tranches du réseau et les techniques de virtualisation. Nous montrons les avantages de l’utilisation de notre modèle holistique pour automatiser la planification des réseaux d’accès radio en utilisant le recuit simulé et les méthodes gourmandes
Network management is undergoing drastic changes due to the high expectations of the infrastructure to support new services. The diverse requirements of these services, call for the integration of new enabler technologies that complicate the network monitoring and planning process. Therefore, to alleviate the burden and increase the monitoring and planning accuracy, more automated solutions on the element/device level are required. In this thesis, we propose a semi-automated framework called AI-driven telemetry (ADT) for collecting, processing, and assessing the state of routers using streaming telemetry data. ADT consists of 4 building blocks: collector, detector, explainer, and exporter. We concentrate on the detection block in ADT and propose a multi-variate online change detection technique called DESTIN. Our study on the explainer block of ADT is limited to exploring the potential of the input data and showcasing the possibility of the automated event description. Then, we tackle the problem of planning and dimensioning in radio access networks equipped with distributed edge servers. We propose a model that satisfies the service requirements and makes use of novel enabler technologies, i.e. network slicing and virtualization techniques. We showcase the advantages of using our holistic model to automate RAN planning by utilizing simulated annealing and greedy methods

Les déploiements des systèmes OFDMA (WiMAX,LTE) approchent très rapidement, de telle sorte qu'il est devenu impératif de disposer d'outils d'évaluation de performances de ces réseaux. Dans cette thèse, nous abordons la problématique de l'ingénierie des réseaux OFDMA et de leur dimensionnement. Nous avons divisé l'étude de l'ingénierie des réseaux OFDMA selon deux grands axes : l'étude de couverture et de capacité cellulaire d'une part, l'analyse du trafic d'autre part. Pour le premier axe, nous considérons un système statique composé d'utilisateurs ayant toujours des données à transmettre. La seconde étape considère un système dynamique dans lequel les utilisateurs reçoivent un trafic élastique composé de périodes d'activité et de sommeil. Dans le cadre de l'étude de couverture et de capacité, nous avons étudié les performances de différents schémas de réutilisation fréquentielle en comparant les débits cellulaires atteignables et les probabilités de dépassement. Nous avons montré qu’il était possible d'atteindre un facteur de réutilisation 1 en utilisant la technique des antennes intelligentes. Nous avons enfin proposé une méthode semi-analytique pour calculer rapidement la distribution spatiale du SINR effectif. En ce qui concerne l'étude du système dynamique, nous avons validé les modèles analytiques développés pour WiMAX permettant d'obtenir les principaux paramètres de dimensionnement d'un réseau. Nous avons aussi étudié leur robustesse par simulation en modifiant les hypothèses de canal et de trafic. Cette thèse fournit donc un large spectre d'outils de dimensionnement pour les systèmes OFDMA. Elle ouvre également de nouvelles perspectives de recherche
The deployment of OFDMA systems (WiMAX, LTE) is approaching quite fast. It is imperative to analyze the performance evaluation of these systems prior to network deployment. Therefore, in this thesis we look into dimensioning issues related to OFDMA based system. The study of network engineering for OFDMA networks into two major components: Radio Coverage and Capacity and Traffic Analysis. While analyzing the former, we consider a static system such that users have always something to transmit in their buffer. Traffic Analysis, on the other hand, takes into account a dynamic system in which users receive an elastic traffic during active phase which is followed by a reading time. In the study of Radio Coverage and Capacity, we evaluated the system performance under various frequency reuse schemes keeping in view both cell capacity and outage probability. We have investigated the possibility of achieving reuse 1 and have shown under which conditions it is possible while using beamforming technique. A time efficient method to acquire the spatial effective SINR distribution is also proposed. As far as study of the dynamic system is concerned, the validation and robustness study of analytical models, developed for WiMAX systems, is carried out in this thesis. The analytical models take into account different scheduling policies and different classes of traffic. The performance parameters furnished by these models could be used in the dimensioning process. This thesis offers a frame work for dimensioning process of an OFDMA system. In addition to its utility, the work carried out in this thesis will pave the way for future research

Cette thèse traite de l’aspect radio sur fibre dans le contexte du réseau d’accès et du réseau privatif. Elle nous a permis de comprendre les problèmes liés à une transmission radio sur fibre. Par la suite, nous avons réalisé des bilans de liaison radio sur fibre pour les systèmes suivant UMTS, WiMAX WiFi et UWB afin d’avoir une première idée sur les architectures réalisables. Puis nous avons réalisé et validé les modèles équivalents en bande de base des équipements optiques pour une transmission radio sur fibre. Ces modèles permettront d’ajuster et d’optimiser les signaux radio en tenant compte de la dégradation du signal lié à l’optique. Enfin, nous avons proposé des architectures radio sur fibre innovantes qui permettent de mutualiser les infrastructures d’accès optiques.

L’évolution rapide des réseaux radio-mobiles incite les opérateurs mobiles à l’adaptation de leurs méthodes de planification et d’ingénierie aux nouvelles technologies et standards apparus et à l’introduction de services multimédia. Dans ce travail de thèse, il s’agit d’élaborer des modèles et des méthodologies de planification à la fois simples et précis tout en intégrant les nouvelles techniques et procédures radio de l'évolution de la norme 3GPP de l'UMTS. Des approches de simulation statique et dynamique ont été utilisées dans notre travail. Une étude de cas du HSDPA a été menée pour que les règles et techniques conçues s'adaptent à l'évolution rapide de la norme. Le test et la validation des modèles élaborés ont amené à l’optimisation de quelques techniques de gestion et de partage des ressources radio : En effet, de nouvelles techniques de séquencement radio ont été introduites dans l’évolution HSPA de l'UMTS pour tenir compte de l’aspect de services multiples. Plusieurs alternatives de dimensionnement ont été élaborés et proposées pour l’UMTS standard (Rel’99) ainsi que pour le HSDPA. L’opérateur n’a qu’à choisir la ou les stratégie(s) optimale(s) en fonction de ses priorités de coûts et de QoS. Les différentes alternatives ont été implémentées et comparées dans un outil de nature statique et semi-analytique en l’enrichissant par les modèles analytiques élaborés pour l’équilibrage de charge et pour tenir compte du modèle d’adaptation du lien en HSDPA selon la Release 6 selon la technique d’ordonnancement utilisée. Nous avons également attiré une attention particulière à la composante économique rencontrée par les opérateurs lors du déploiement de leurs réseaux mobiles de la nouvelle génération
The fast challenge of mobile radio networks push operators to adapt their planning and engineering procedures to the new technologies and multimedia services. The objective of this thesis is to elaborate simple and accurate planning models and methodologies integrating advanced aspects and evolved new standardized radio techniques and procedures. Our work uses both static and dynamic approaches. A case study of HSDPA has been conducted to adapt the methods and techniques elaborated to the rapid 3GPP evolution. Test and validation of those models and rules allowed us to optimise some radio resource management techniques: In fact, new scheduling techniques have been introduced in the HSPA evolution of UMTS taking into account multiple services aspect. Multiple dimensioning alternatives have been suggested for basic UMTS (Rel’99) and for HSDPA. The mobile operator has to choose the optimal strategie(s) for them according to its priorities, cost and QoS. The different alternatives have been implemented and compared in an elaborated static and semi-analytical tool enhanced by analytical models established for load balancing and to take into account the link adaptation model of HSDPA (Release 6) according to the scheduling technique used. A particular attention has been granted to the economic component that operators encounter when deploying new generation mobile networks

Cette thèse traite de l'aspect radio sur fibre dans le contexte du réseau d'accès et du réseau privatif. Elle nous a permis de comprendre les problèmes liés à une transmission radio sur fibre. Par la suite, nous avons réalisé des bilans de liaison radio sur fibre pour les systèmes suivant UMTS, WiMAX WiFi et UWB afin d'avoir une première idée sur les architectures réalisables. Puis nous avons réalisé et validé les modèles équivalents en bande de base des équipements optiques pour une transmission radio sur fibre. Ces modèles permettront d'ajuster et d'optimiser les signaux radio en tenant compte de la dégradation du signal lié à l'optique. Enfin, nous avons proposé des architectures radio sur fibre innovantes qui permettent de mutualiser les infrastructures d'accès optiques.

Il s'agit d'étudier l'usage du médium radio comme solution conforme au standard Télédomotis, pour offrir aux réseaux d'habitat, les avantages du sans fil. Certains des équipements devant offrir une très grande autonomie énergétique, cette méthode d'accès adaptée aux faibles puissances d'émission, est basée sur deux niveaux de négociation permettant l'un d'élire un réseau, l'autre d'activer une des entités de l'élu. L'élection est faite à l'aide d'une variante de CSMA/CA, à une puissance "dominante". L'élu dispose d'un temps "Epoque" pour faire communiquer ses entités à puissance récessive, via des mécanismes inspirés du PCF de la norme 802. 11. Les débits et temps de transit obtenus par une simulation via OPNET, sont comparés à ceux relatifs à 802. 11. Il en résulte une amélioration des performances en terme d'équité dans une configuration composée d'une concentration de réseaux de l'habitat. Cette technique est transposable aux cas nécessitant l'équité ou une consommation optimisée

La technologie d’accès radio 1xEV-DO, également connue sous le nom d’IS-856, fait partie des alternatives potentielles d’évolution pour les systèmes CDMA2000 (1x). Elle est conçue pour améliorer le support des services de données, et plus précisément, pour augmenter la capacité du débit binaire exigé par les applications évoluées, comme l’accès Internet à haut débit, le traitement d’images, la vidéo-conférence, la télécopie, la messagerie multimédia et le courrier électronique. Cette méthode d’accès repose sur des techniques évoluées, comme le codage et la modulation adaptatifs (AMC : Adaptive Modulation and Coding), les algorithmes d’ordonnancement (Scheduling Algorithm) et de demande de retransmission automatique hybride (H-ARQ : Hybrid Automatic Repeat reQuest). Ces techniques permettent de satisfaire les contraintes de qualité de service qui caractérisent les futures applications à offrir aux usagers mobiles. Nos travaux de recherche présentent une étude approfondie sur la procédure à suivre pour évaluer la performance de la méthode d’accès radio 1xEV-DO. Ils proposent, à partir d’une série de simulations et d’expérimentations, une méthodologie d’évaluation de performance en vue de mieux présenter et d’analyser le débit binaire offert. Les résultats obtenus illustrent la capacité de la technologie 1xEV-DO offrir un débit binaire en fonction de celui requis par utilisateur, par service et par secteur. Ces résultats permettent également d’explorer les diverses stratégies à adopter en vue d’améliorer les performances d’une telle technologie.

La préservation de l’environnement et des ressources naturelles pour les prochaines générations est aujourd’hui considérée comme un des axes les plus prioritaires dans presque tous les secteurs économiques. Le secteur des Technologies de l’Information et de la Communication est loin d’être épargné de cette tendance écologique. Nous considérons dans cette thèse la problématique de la conservation d’énergie dans le contexte technologique actuel caractérisé par: • La coexistence d’une multitude de technologies d’accès sans fil offrant un environnement riche et dynamique • Des terminaux mobiles multimodaux • Limitations persistantes des sources d’énergie sur les terminaux mobiles. Dans ce contexte très riche, les possibilités offertes aux usagers sont à double tranchant. D’un côté, elles peuvent très bien améliorer la QoS en offrant toujours la meilleure connectivité en fonction du contexte de l’utilisateur. D’un autre côté, et sans une bonne optimisation de la consommation d’énergie sur le terminal, la disponibilité de celui-ci peut vite diminuer et donc faire baisser la QoE à cause de l’énergie nécessaire pour gérer plusieurs interfaces radio en parallèle. Nous considérons essentiellement les liens entre les stations de base (ou les point d’accès) et les terminaux mobiles. Notre objectif étant d’analyser la consommation d’énergie sur ces liens pour ensuite proposer des contributions permettant de mieux la maitriser. Nous focalisons essentiellement sur l’exploitation des multiples interfaces et du multi-flux pour étudier, analyser et proposer des solutions dynamiques et adaptatives d’ordonnancement, de sélection et de gestion d’interfaces minimisant la consommation d’énergie
Since the last decades, environmental issues are becoming among the major concerns for most human activities, including the Information and Communication Technologies sector. This will surely influence upcoming networking technologies, architectures and usage practices. New approaches and methodologies are required in order to evaluate and to reduce the Carbon Footprint toward what is commonly denoted as Green Networks. Within the ICT sector, the main efforts are related to energy saving techniques. These efforts started in early stages within wireless technologies, mainly because of energy limitations on mobile devices such as mobile phones and wireless sensors. Additionally, because of health considerations, standardization bodies and government had set stringent policies and limits on electromagnetic radiation levels that can be emitted by radio stations. For these reasons, many academic and industrial research and development activities had led to a number of relatively energy efficient solutions. In this thesis, we consider energy efficiency in the context of Heterogeneous Wireless Access Networks. These are composed of multi-standards wireless network solutions, with non uniform topologies and cell sizes and Multi-Modal mobile terminals able to manage simultaneously different connections. The main contributions of our studies include the proposal of new optimization solutions regarding user association and scheduling techniques at both flow and packet levels for multi-homed mobile terminals. An overall context-based solution is also proposed in order to provide end-to-end energy efficient networking solutions

La préservation de l’environnement et des ressources naturelles pour les prochaines générations est aujourd’hui considérée comme un des axes les plus prioritaires dans presque tous les secteurs économiques. Le secteur des Technologies de l’Information et de la Communication est loin d’être épargné de cette tendance écologique. Nous considérons dans cette thèse la problématique de la conservation d’énergie dans le contexte technologique actuel caractérisé par: • La coexistence d’une multitude de technologies d’accès sans fil offrant un environnement riche et dynamique • Des terminaux mobiles multimodaux • Limitations persistantes des sources d’énergie sur les terminaux mobiles. Dans ce contexte très riche, les possibilités offertes aux usagers sont à double tranchant. D’un côté, elles peuvent très bien améliorer la QoS en offrant toujours la meilleure connectivité en fonction du contexte de l’utilisateur. D’un autre côté, et sans une bonne optimisation de la consommation d’énergie sur le terminal, la disponibilité de celui-ci peut vite diminuer et donc faire baisser la QoE à cause de l’énergie nécessaire pour gérer plusieurs interfaces radio en parallèle. Nous considérons essentiellement les liens entre les stations de base (ou les point d’accès) et les terminaux mobiles. Notre objectif étant d’analyser la consommation d’énergie sur ces liens pour ensuite proposer des contributions permettant de mieux la maitriser. Nous focalisons essentiellement sur l’exploitation des multiples interfaces et du multi-flux pour étudier, analyser et proposer des solutions dynamiques et adaptatives d’ordonnancement, de sélection et de gestion d’interfaces minimisant la consommation d’énergie
Since the last decades, environmental issues are becoming among the major concerns for most human activities, including the Information and Communication Technologies sector. This will surely influence upcoming networking technologies, architectures and usage practices. New approaches and methodologies are required in order to evaluate and to reduce the Carbon Footprint toward what is commonly denoted as Green Networks. Within the ICT sector, the main efforts are related to energy saving techniques. These efforts started in early stages within wireless technologies, mainly because of energy limitations on mobile devices such as mobile phones and wireless sensors. Additionally, because of health considerations, standardization bodies and government had set stringent policies and limits on electromagnetic radiation levels that can be emitted by radio stations. For these reasons, many academic and industrial research and development activities had led to a number of relatively energy efficient solutions. In this thesis, we consider energy efficiency in the context of Heterogeneous Wireless Access Networks. These are composed of multi-standards wireless network solutions, with non uniform topologies and cell sizes and Multi-Modal mobile terminals able to manage simultaneously different connections. The main contributions of our studies include the proposal of new optimization solutions regarding user association and scheduling techniques at both flow and packet levels for multi-homed mobile terminals. An overall context-based solution is also proposed in order to provide end-to-end energy efficient networking solutions

Le principal objectif de la thèse est de proposer des approches efficaces portant sur la collecte des mesures, leur traitement ainsi que leur exploitation dans un contexte radio cognitive. Ces travaux sont motivés par la nécessité pour les réseaux sans fil de faire face d’une part à la demande croissante de débit et de services et d’autre part à l'utilisation inefficace des ressources fréquentielles. Dans le chapitre 1, on propose d’améliorer les mécanismes de gestion des ressources radio dans les réseaux radio mobiles grâce à une meilleure exploitation des mesures radio, par le biais de méthodes avancés de traitement de signal (méthodes de régression et de lissage non-paramétrique). Dans le chapitre 2, on propose un nouveau concept dans les réseaux cognitifs qui traduit l’agrégation de la mesure radio avec la localisation: la cartographie d’interférence. Elle a pour but de fournir au réseau une vue d’ensemble complète de son environnement, lui permettant ainsi de prendre les décisions adéquates pour une meilleure utilisation de ses ressources radio. Dans le chapitre 3, on s’intéresse à l’accès opportuniste au spectre des réseaux cognitifs. L’approche proposé s’inspire du problème du ‘bandit à plusieurs bras’. Il s’agit d’une technique d’apprentissage par renforcement qui guide l’utilisateur secondaire par le biais de règles et des politiques. On étudie l’application de cette approche aux systèmes IEEE802. 11 et on propose des méthodes pour réaliser un réglage dynamique des paramètres des algorithmes ‘bandit’ et avoir ainsi de meilleures performances dans des environnements non-stationnaires
The main goal of the thesis is to propose effective approaches dealing with information collection, processing and utilization in cognitive radio context. These works are motivated by the necessity for wireless networks to cope with the increasing demand of throughput and services on one hand, and the inefficient use of spectral resources on the other hand. In chapter 1, we propose to integrate advanced radio signal processing in Radio Resource Management (RRM) mechanisms in order to realize an effective and easy-to-implement exploitation of radio measurements, leading to an overall RRM improvement. Thus, we propose a complete framework that performs a signal processing analysis, based on non-parametric regression and smoothing methods. In chapter 2, we propose a novel concept: the interference cartography. It combines location information with radio measurements and provides a complete view of the environment to be used in autonomous decision making in a cognitive context. Our study deals with advanced signal processing techniques to render the information complete and reliable, and updating the cartography to provide a viable picture of the environment for efficient analysis and decision. In chapter 3, our interest turns to opportunistic spectrum access. The proposed approach is inspired from Multi Armed Bandit problem: a reinforcement learning technique that guides the secondary user thanks to appropriate rules and policies. Our study deals with the application of this approach on IEEE802. 11 systems for the realization of opportunistic spectrum access, as well as the tuning of the algorithms’ parameters for better performances in non-stationary environments

L'évolution des outils télécommunicationnels répond à une révolution des usages. Les réseaux d'accès et de type radio-sur-fibre doivent répondre à cette demande de l'utilisateur final et le déploiement massif de la fibre optique confirme cette évolution. Dans cette perspective, l'utilisation du multiplexage en longueur d'onde (largement utilisé dans les réseaux cœurs) est maintenant considérée dans le cas d'une augmentation du débit chez l'utilisateur. Néanmoins de nouvelles problématiques, propres à ces réseaux, émergent, telles que le coût pour l'abonné. De nouveaux composants indépendants de la longueur d'onde sont donc nécessaires pour réduire les coûts de déploiement tout en apportant flexibilité et facilité de gestion de ce type de réseaux. Les modulateurs déportés (ou RSOA) sont une solution répondant à ces exigences mais ils doivent se plier à celles, nouvelles, des réseaux d'accès et des réseaux radio-sur-fibre. Cette thèse propose une étude détaillée des propriétés physiques de ces composants ainsi que de ces applications en tant qu'émetteur indépendant de la longueur d'onde dans plusieurs configurations réseaux. Les notions fondamentales nécessaires à la compréhension de ces travaux seront abordées ainsi que la conception et la fabrication de ces composants en salle blanche. Une analyse des performances statiques et dynamiques des composants en fonction de certains paramètres clefs tels que le confinement optique, la longueur de la zone active et la réflectivité des facettes est détaillée. La théorie, une modélisation et des mesures expérimentales seront utilisées pour la création de composants optimisés ayant des performances conformes à l'état de l'art. De nouvelles configurations de RSOA à deux électrodes seront proposées pour diverses utilisations originales de ces composants. Finalement, une étude système viendra compléter notre analyse pour des applications concernant les réseaux d'accès et les réseaux de type radio-sur-fibre.

L’évolution des outils télécommunicationnels répond à une révolution des usages. Les réseaux d’accès et de type radio-sur-fibre doivent répondre à cette demande de l’utilisateur final. Dans cette perspective, l’utilisation du multiplexage en longueur d’onde est maintenant considérée dans le cas d’une augmentation du débit chez l’utilisateur. De nouveaux composants indépendants de la longueur d’onde sont donc nécessaires pour réduire les coûts de déploiement tout en apportant flexibilité et facilité de gestion de ce type de réseaux. Les modulateurs déportés (ou RSOA) sont une solution répondant à ces exigences mais ils doivent se plier à celles, nouvelles, des réseaux d’accès et des réseaux radio-sur-fibre. Cette thèse propose une étude détaillée des propriétés physiques de ces composants ainsi que de ces applications en tant qu’émetteur indépendant de la longueur d’onde dans plusieurs configurations réseaux. Les notions fondamentales nécessaires à la compréhension de ces travaux seront abordées ainsi que la conception et la fabrication de ces composants en salle blanche. Une analyse des performances statiques et dynamiques des composants en fonction de certains paramètres clefs tels que le confinement optique, la longueur de la zone active et la réflectivité des facettes est détaillée. La théorie, une modélisation et des mesures expérimentales seront utilisées pour la création de composants optimisés ayant des performances conformes à l’état de l’art. De nouvelles configurations de RSOA à deux électrodes seront proposées pour diverses utilisations original de ces composants. Finalement, une étude système viendra compléter notre analyse
Fibre-to-the premises (FTTP) is considered as the main solution in order to satisfy the demand for higher capacity networks. For next-generation access networks, upgradeability and high capacity could be obtained using Wavelength-Division Multiplexing in PON (WDM-PON). However, cost and compatibility with existing TDM-PON networks is still an important issue. If wavelengths are to be dynamically allocated, one to each RAU, colorless devices are needed in order to minimize the deployment cost. Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) devices can be used as a low-cost solution due to their wide optical bandwidth. In this study, RSOAs are optimized for WDM PON and R-o-F access technology. The design, fabrication and system evaluation are presented. This study oscillates between a theoretical approach, a modeling of the physical mechanisms as well as experimental measurements. 2-section RSOAs are also investigated. Finally, the envisaged architectures of access and RoF networks based on optimized RSOA are evaluated

Avec l’avènement des objets connectés, la bande passante nécessaire dépasse la capacité des interconnections électriques et interface sans fils dans les réseaux d’accès mais aussi dans les réseaux coeurs. Des systèmes photoniques haute capacité situés dans les réseaux d’accès utilisant la technologie radio sur fibre systèmes ont été proposés comme solution dans les réseaux sans fil de 5e générations. Afin de maximiser l’utilisation des ressources des serveurs et des ressources réseau, le cloud computing et des services de stockage sont en cours de déploiement. De cette manière, les ressources centralisées pourraient être diffusées de façon dynamique comme l’utilisateur final le souhaite. Chaque échange nécessitant une synchronisation entre le serveur et son infrastructure, une couche physique optique permet au cloud de supporter la virtualisation des réseaux et de les définir de façon logicielle. Les amplificateurs à semi-conducteurs réflectifs (RSOA) sont une technologie clé au niveau des ONU(unité de communications optiques) dans les réseaux d’accès passif (PON) à fibres. Nous examinons ici la possibilité d’utiliser un RSOA et la technologie radio sur fibre pour transporter des signaux sans fil ainsi qu’un signal numérique sur un PON. La radio sur fibres peut être facilement réalisée grâce à l’insensibilité a la longueur d’onde du RSOA. Le choix de la longueur d’onde pour la couche physique est cependant choisi dans les couches 2/3 du modèle OSI. Les interactions entre la couche physique et la commutation de réseaux peuvent être faites par l’ajout d’un contrôleur SDN pour inclure des gestionnaires de couches optiques. La virtualisation réseau pourrait ainsi bénéficier d’une couche optique flexible grâce des ressources réseau dynamique et adaptée. Dans ce mémoire, nous étudions un système disposant d’une couche physique optique basé sur un RSOA. Celle-ci nous permet de façon simultanée un envoi de signaux sans fil et le transport de signaux numérique au format modulation tout ou rien (OOK) dans un système WDM(multiplexage en longueur d’onde)-PON. Le RSOA a été caractérisé pour montrer sa capacité à gérer une plage dynamique élevée du signal sans fil analogique. Ensuite, les signaux RF et IF du système de fibres sont comparés avec ses avantages et ses inconvénients. Finalement, nous réalisons de façon expérimentale une liaison point à point WDM utilisant la transmission en duplex intégral d’un signal wifi analogique ainsi qu’un signal descendant au format OOK. En introduisant deux mélangeurs RF dans la liaison montante, nous avons résolu le problème d’incompatibilité avec le système sans fil basé sur le TDD (multiplexage en temps duplexé).
With the advent of IoT (internet of things) bandwidth requirements triggered by aggregated wireless connections have exceeded the fundamental limitation of copper and microwave based wireless backhaul and fronthaul networks. High capacity photonic fronthaul systems employing radio over fiber technology has been proposed as the ultimate solution for 5G wireless system. To maximize utilization of server and network resources, cloud computing and storage based services are being deployed. In this manner, centralized resources could be dynamically streamed to the end user as requested. Since on demand resource provision requires the orchestration between the server and network infrastructure, a smart photonic (physical layer)PHY enabled cloud is foreseen to support network virtualization and software defined network. RSOAs (Reflective Semiconductor Optical Amplifier) are being investigated as key enablers of the colorless ONU(Optical Network Unit) solution in PON (Passive Optical Network). We examine the use of an RSOA in radio over fiber systems to transport wireless signals over a PON simultaneously with digital data. Radio over fiber systems with flexible wavelength allocation could be achieved thanks to the colorless operation of the RSOA and wavelength reuse technique. The wavelength flexibility in optical PHY are inline with the paradigm of software defined network (SDN) in OSI layer 2/3. The orchestration between optical PHY and network switching fabric could be realized by extending the SDN controller to include optical layer handlers. Network virtualization could also benefit from the flexible optical PHY through dynamic and tailored optical network resource provision. In this thesis, we investigate an optical PHY system based on RSOA enabling both analog wireless signal and digital On-Off Keying (OOK) transportation within WDM (Wavelength Division Multiplexing) PON architecture. The RSOA has been characterized to show its potential ability to handle high dynamic range analog wireless signal. Then the RF and IF radio over fiber scheme is compared with its pros and cons. Finally we perform the experiment to shown a point to point WDM link with full duplex transmission of analog WiFi signal with downlink OOK signal. By introducing two RF mixer in the uplink, we have solved the incompatible problem with TDD (Time Division Duplex) based wireless system.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la montée en débit des réseaux d’accès optiques passifs. Les travaux menés durant cette thèse s’appuient sur le constat que les technologies actuelles basées sur le multiplexage temporel, arriveront à leurs limites dans les années à venir et ne pourront plus répondre à l’évolution des besoins en débit. L’étude des problèmes rencontrés lors les déploiements actuels conduit à proposer une autre forme de multiplexage plus adaptée aux débits demandés par les utilisateurs : le multiplexage fréquentiel (ou FDM/FDMA). Les travaux réalisés dans cette thèse ont pour but de montrer la faisabilité d’une telle architecture en laboratoire. Les objectifs sont de déterminer les débits atteignables, que ce soit pour le lien descendant (du central vers l’abonné) ou pour le lien montant (abonnée vers central), mais également de réaliser une étude théorique afin de mettre en lumière les limites de cette solution. Des algorithmes d’allocation dynamique de ressources ont été élaborés et validés expérimentalement afin de déterminer la capacité totale de chaque lien. L’architecture utilisant deux longueurs d’ondes distinctes (une pour le lien descendant et l’autre pour le lien montant) permet d’atteindre un débit de 40 Gbps et 20 Gbps respectivement pour le lien descendant et montant en utilisant le format de multiplexage FDM/FDMA. Enfin, une architecture hybride n’employant qu’une seule longueur d’onde pour le transport à la fois les données montantes et descendantes a été explorée et permet d’atteindre un débit symétrique de 25Gbps
This thesis is part of the growing capacity of passive optical access networks. The works done during this thesis are based on the fact that current technologies, employing time division multiplexing, will reach their limits in the coming years and will no longer respond to changes in high bitrates requirements. The study of problems encountered during the current deployments led us to propose another form of multiplexing more suitable for bitrates requested by users: the FDM/FDMA PON, frequency division multiplexing. The work done in this thesis aim to demonstrate the feasibility of a such architecture in the laboratory. The objectives are to determine the achievable capacity, whether for the downlink (from central office to user) or the uplink (subscriber to central), but also to achieve a theoretical study to highlight the limitations of this solution. Algorithms for dynamic allocation of resources have been developed and validated experimentally to determine the total capacity of each link. The architecture using two distinct wavelengths (one for the downlink and one for the uplink) achieves a capacity of 40Gbps for the downlink and 20Gbps for the uplink by using FDM/FDMA PON. Finally, a hybrid architecture using a single wavelength to transport both uplink and downlink data has been explored and achieves a symmetrical capacity of 25Gbps

Ce mémoire décrit mes travaux de recherche sur le thème : "La métrologie dans les réseaux d'accès radio pour la gestion des ressources radio pour le développement du concept Always Best Connected". Le principal objectif de la thèse est de proposer des approches efficaces portant sur la collecte des mesures, leur traitement ainsi que leur exploitation dans un contexte radio cognitive. Ces travaux sont motivés par la nécessité pour les réseaux sans fil de faire face d'une part à la demande croissante de débit et de services et d'autre part à l'utilisation inefficace des ressources fréquentielles. Dans le chapitre 1, on propose d'améliorer les mécanismes de gestion des ressources radio dans les réseaux radio mobiles grâce à une meilleure exploitation des mesures radio, par le biais de méthodes avancés de traitement de signal (méthodes de régression et de lissage non-paramétrique). Cette approche vise également à fournir au réseau cognitif des moyens efficaces pour lui assurer une perception plus complète de son environnement extérieur, en se basant sur les mesures radio déjà existantes dans le réseau et sans pour autant générer plus de complexité. Dans le chapitre 2, on propose un nouveau concept dans les réseaux cognitifs qui traduit l'agrégation de la mesure radio avec la localisation: la cartographie d'interférence. Cette cartographie a pour but de fournir au réseau une vue d'ensemble complète de son environnement, lui permettant ainsi de prendre les décisions adéquates pour une meilleure utilisation de ses ressources radio. Ceci est réalisé en combinant les mesures radio avec les informations de localisation correspondantes, en appliquant des méthodes de traitement de signal pour rendre la cartographie plus complète et fiable et enfin en mettant en place des procédés efficaces pour mettre à jour la cartographie. Dans le chapitre 3, on s'intéresse à l'accès opportuniste au spectre des réseaux cognitifs. On propose de fournir des outils et moyens appropriés permettant aux utilisateurs secondaires d'accéder au spectre d'une manière opportuniste. L'approche proposé s'inspire du problème du

Au cours des dernières décennies, la croissance des statistiques d’utilisation de réseau exige une technologique évolutive. Une question naturelle surgit dans nos esprits: que sera la 5G? Pour répondre à cette question, l’architecture 5G doit être conçue avec un certain niveau de flexibilité via l’intégration des principes de softwarization et virtualisation. Le réseau peut être utilisé de manière efficace et indépendante via la création de plusieurs espaces séparées logiquement, appelés tranches de réseau. De plus, chaque réseau logique peut déployer ses fonctions de réseau dans un environnement de nuage avec la flexibilité d’exécution. À cette fin, l’objectif de cette thèse est d’étudier ces deux techniques: (a) C-RAN et (b) découpage de RAN. Dans la première partie, nous étudions C-RAN, dans lequel les stations de base monolithiques sont remplacées par (1) les éléments radio distribués et (2) les pools centralisés pour des unités de traitement en bande de base. Le concept C-RAN est toujours confronté à des exigences sévères en matière de capacité et de latence de l’interface fronthaul qui connecte l’unité de radio distante distribuée à l’unité de traitement en bande de base centralisée. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur le découpage RAN non seulement pour permettre des différents niveaux d’isolation et de partage à chaque tranche de réseau, mais également pour customiser le plan de contrôle, le plan utilisateur et la logique de contrôle de réseau virtualisé. Par conséquent, nous proposons un environnement d’exécution flexible pour le système de slicing, nommé «RAN Runtime» pour héberger les instances de service sur chacun des modules RAN sous-jacents
Over the past few decades, the continuing growth of network statistics requires a constantly evolving technology. Therefore, a natural question arises in our minds: what will 5G be? To answer this question, the 5G architecture must be designed with a certain level of flexibility through the integration of softwarization and virtualization principles. Therefore, we can see that 5G will provide a paradigm shift beyond radio access technology in order to establish an agile and sophisticated communication system. The network can be used efficiently and independently by creating multiple logically separated spaces, called network slices. In addition, each logical network can deploy its network functions in a flexible cloud environment. To this end, the goal of this thesis is to study these two techniques: (a) Cloud-RAN and (b) RAN splitting. In the first part, our focus is on the C-RAN concept, in which monolithic base stations are replaced by (1) distributed radio elements and (2) centralized pools for baseband processing units. The C-RAN notion is still confronted with stringent capacity and latency requirements of the fronthaul interface that connects the distributed remote radio unit to the centralized baseband processing unit. In the second part, we focus on RAN cutting not only to allow different levels of isolation and sharing at each slice of network, but also to customize the control plane, user plane and control logic. Therefore, we provide a flexible runtime environment for the "RAN Runtime" slicing system to host service instances on each of the underlying RAN modules

L’architecture actuelle des réseaux d’accès radio n’est pas adaptée en terme de capacité à supporter l’accroissement continu du trafic dans les systèmes cellulaires 4G et au-delà. L’objectif de cette thèse est de proposer une architecture réseau générique, GeRoFAN (Generic Radio over Fiber Access Network) pour la fédération des stations de base des systèmes cellulaires de nouvelle génération (WiMAX, 4G LTE). Deux innovations technologiques majeures sont utilisées pour l’implémentation de l’architecture GeRoFAN: la radio-sur-fibre (RoF) et les modulateurs réflexifs éléctro-absorbants. La thèse vise aussi à concevoir pour l’architecture GeRoFAN un plan contrôle et un canal de signalisation adapté permettant le basculement des ressources radio, selon la fluctuation du trafic, entre un grand nombre de cellules réparties à l’échelle métropolitaine. Cependant, il a été bien avéré que la transmission optique de plusieurs canaux radios en utilisant la RoF analogique est assujettie à des multiples facteurs de dégradation physique altérant la qualité du signal de ces canaux et induisant une perte dans leur capacité de Shannon. L’originalité du plan de contrôle de GeRoFAN est de réaliser une affectation optimisée des canaux radios sur les porteuses optiques, grace au multiplexage par sous-porteuse (SCM), afin d’ajuster la capacité de Shannon dans chaque cellule radio à la charge de trafic à laquelle elle est soumise. A cet effet, une connaissance fine des contraintes physiques de la transmission RoF est requise pour le plan de contrôle. Cette connaissance est acquise par l’élaboration d’un modèle analytique des divers bruits de transmission du système GeRoFAN. Contrairement à des propositions comparables, le plan contrôle de GeRoFAN se doit d’être le plus transparent que possible à la technologie des systèmes radio concernés. Sa nature " MAC radio agnostique " vise à permettre, grâce au multiplexage en longueur d’onde et au routage optique WDM, la fédération de plusieurs opérateurs utilisant différentes technologies radio sur la même infrastructure. Plus généralement, avec la mutualisation de l’architecture GeRoFAN, le plan de contrôle permet de virtualiser les ressources radiofréquences et de promouvoir de nouveaux modèles économiques pour les opérateurs Télécoms. Le dernier volet de la thèse se focalise sur la valeur "business" du paradigme GeRoFAN. Les contours du nouveau éco-system d’affaire promu par GeRoFAN sont définis. Les motivations/attentes des différentes parties prenantes dans cet éco-system sont esquissées, les contraintes réglementaires et organisationnelles soulevées sont adressées afin d’assurer un déploiement sans heurts de GeRoFAN. Bien qu’exigeant un nouveau modèle réglementaire, il s’agit de mettre en évidence l’intérêt économique de la solution GeRoFAN, tout particulièrement en comparaison à la RoF digitale, à travers des études technico-économiques chiffrant les couts d’investissement (CapEx), les couts opérationnels (OpEx) et les possibles retours sur investissement. A cet effet, deux modèles économiques sont proposés mettant en évidence la valeur ajoutée de GeRoFAN tout au long de la chaine de valeur
Current radio access networks architectures are not suited in terms of capacity and backhauling capabilities to fit the continuing traffic increase of 4G cellular systems. The objective of the thesis is to propose an innovative and generic mobile backhauling network architecture, called GeRoFAN (Generic Radio-over-Fiber Access Network), for next generation mobile systems (WiMAX, 4G LTE). Two major technological innovations are used to implement GeRo-FAN: analog Radio-over-Fiber (RoF) and reflective amplified absorption modulators. The aim of this thesis is to design for such an architecture an original Control Plane (CP) and a signaling channel enabling to balance radio resources between a set of neighboring cells at the access/metropolitan scale according to traffic fluctuations. The transmission of several radio frequencies by means of an analog RoF link suffers from several impairments that may degrade the capacity of the radio system. The originality of the GeRoFAN-CP consists in mapping radio frequencies with optical carriers by means of Sub-Carrier Multiplexing (SCM) in order to optimize the Shannon’s capacity within the various cells covered by the system according to the current traffic load. For that purpose, a deep analysis and modeling of the various physical layer impairments impacting the quality of the radio signal is carried out. Unlike comparable approaches, the GeRoFAN-CP is as independent as possible from the radio layer protocols. Thus, the "radio MAC-agnostic" nature of the GeRoFAN-CP enables to federate multiple operators using different radio technologies onto the same backhauling optical infrastructure. Subcarrier and wavelength division multiplexing (SCM/WDM) as well as WDM optical routing capabilities are exploited onto the GeRoFAN transparent architecture. More globally, the GeRoFAN-CP enables a form of "radio frequency virtualization" while promoting new business models for Telecom service providers. The last part of the thesis focuses on the business value of the GeRoFAN paradigm. The expectations of the different stake-holders and main regulatory/organizational entities that could be involved in the deployment of GeRoFAN infrastructures should be addressed in order to achieve a smooth deployment of this new type of mobile backhauling. Economics of the GeRoFAN architecture are investigated in terms of OpEx/CapEx valuation and investment profitability, especially in reference to digitized RoF. Two business models are then proposed to study how GeRoFAN contributes to enriching the cellular backhauling service value chain

L’architecture actuelle des réseaux d’accès radio n’est pas adaptée en terme de capacité à supporter l’accroissement continu du trafic dans les systèmes cellulaires 4G et au-delà. L’objectif de cette thèse est de proposer une architecture réseau générique, GeRoFAN (Generic Radio over Fiber Access Network) pour la fédération des stations de base des systèmes cellulaires de nouvelle génération (WiMAX, 4G LTE). Deux innovations technologiques majeures sont utilisées pour l’implémentation de l’architecture GeRoFAN: la radio-sur-fibre (RoF) et les modulateurs réflexifs éléctro-absorbants. La thèse vise aussi à concevoir pour l’architecture GeRoFAN un plan contrôle et un canal de signalisation adapté permettant le basculement des ressources radio, selon la fluctuation du trafic, entre un grand nombre de cellules réparties à l’échelle métropolitaine. Cependant, il a été bien avéré que la transmission optique de plusieurs canaux radios en utilisant la RoF analogique est assujettie à des multiples facteurs de dégradation physique altérant la qualité du signal de ces canaux et induisant une perte dans leur capacité de Shannon. L’originalité du plan de contrôle de GeRoFAN est de réaliser une affectation optimisée des canaux radios sur les porteuses optiques, grace au multiplexage par sous-porteuse (SCM), afin d’ajuster la capacité de Shannon dans chaque cellule radio à la charge de trafic à laquelle elle est soumise. A cet effet, une connaissance fine des contraintes physiques de la transmission RoF est requise pour le plan de contrôle. Cette connaissance est acquise par l’élaboration d’un modèle analytique des divers bruits de transmission du système GeRoFAN. Contrairement à des propositions comparables, le plan contrôle de GeRoFAN se doit d’être le plus transparent que possible à la technologie des systèmes radio concernés. Sa nature " MAC radio agnostique " vise à permettre, grâce au multiplexage en longueur d’onde et au routage optique WDM, la fédération de plusieurs opérateurs utilisant différentes technologies radio sur la même infrastructure. Plus généralement, avec la mutualisation de l’architecture GeRoFAN, le plan de contrôle permet de virtualiser les ressources radiofréquences et de promouvoir de nouveaux modèles économiques pour les opérateurs Télécoms. Le dernier volet de la thèse se focalise sur la valeur "business" du paradigme GeRoFAN. Les contours du nouveau éco-system d’affaire promu par GeRoFAN sont définis. Les motivations/attentes des différentes parties prenantes dans cet éco-system sont esquissées, les contraintes réglementaires et organisationnelles soulevées sont adressées afin d’assurer un déploiement sans heurts de GeRoFAN. Bien qu’exigeant un nouveau modèle réglementaire, il s’agit de mettre en évidence l’intérêt économique de la solution GeRoFAN, tout particulièrement en comparaison à la RoF digitale, à travers des études technico-économiques chiffrant les couts d’investissement (CapEx), les couts opérationnels (OpEx) et les possibles retours sur investissement. A cet effet, deux modèles économiques sont proposés mettant en évidence la valeur ajoutée de GeRoFAN tout au long de la chaine de valeur
Current radio access networks architectures are not suited in terms of capacity and backhauling capabilities to fit the continuing traffic increase of 4G cellular systems. The objective of the thesis is to propose an innovative and generic mobile backhauling network architecture, called GeRoFAN (Generic Radio-over-Fiber Access Network), for next generation mobile systems (WiMAX, 4G LTE). Two major technological innovations are used to implement GeRo-FAN: analog Radio-over-Fiber (RoF) and reflective amplified absorption modulators. The aim of this thesis is to design for such an architecture an original Control Plane (CP) and a signaling channel enabling to balance radio resources between a set of neighboring cells at the access/metropolitan scale according to traffic fluctuations. The transmission of several radio frequencies by means of an analog RoF link suffers from several impairments that may degrade the capacity of the radio system. The originality of the GeRoFAN-CP consists in mapping radio frequencies with optical carriers by means of Sub-Carrier Multiplexing (SCM) in order to optimize the Shannon’s capacity within the various cells covered by the system according to the current traffic load. For that purpose, a deep analysis and modeling of the various physical layer impairments impacting the quality of the radio signal is carried out. Unlike comparable approaches, the GeRoFAN-CP is as independent as possible from the radio layer protocols. Thus, the "radio MAC-agnostic" nature of the GeRoFAN-CP enables to federate multiple operators using different radio technologies onto the same backhauling optical infrastructure. Subcarrier and wavelength division multiplexing (SCM/WDM) as well as WDM optical routing capabilities are exploited onto the GeRoFAN transparent architecture. More globally, the GeRoFAN-CP enables a form of "radio frequency virtualization" while promoting new business models for Telecom service providers. The last part of the thesis focuses on the business value of the GeRoFAN paradigm. The expectations of the different stake-holders and main regulatory/organizational entities that could be involved in the deployment of GeRoFAN infrastructures should be addressed in order to achieve a smooth deployment of this new type of mobile backhauling. Economics of the GeRoFAN architecture are investigated in terms of OpEx/CapEx valuation and investment profitability, especially in reference to digitized RoF. Two business models are then proposed to study how GeRoFAN contributes to enriching the cellular backhauling service value chain

L'objectif de ce travail est d'étudier les performances d'un système radio impulsionnel à bande ultra large transposé dans la bande millimétrique pour des réseaux ad hoc. Les contraintes imposées sont la simplicité des architectures, la souplesse d'utilisation et l'asynchronisme des utilisateurs. Dans un premier temps, nous procédons à une modélisation statistique du canal à partir de mesures effectuées à l'IEMN dans la bande 57-59 GHz. L'étude du canal se décompose en deux parties. La première concerne l'étude de la puissance reçue en environnement ad hoc. La deuxième se focalise sur l'effet des trajets réfléchis. Nous proposons ensuite un algorithme de simulation du canal et du système UWB choisi afin de déterminer les performances du système en terme de taux d'erreurs binaires et de probabilité d'erreur par paquet. Un des facteurs limitant les performances est l'interférence d'accès multiples (MAI). Nous effectuons une étude sur la nature de ces interférences. Trois techniques d'estimation sont proposées pour modéliser leur densité de probabilité. La première est une estimation non paramétrique par la méthode du noyau. La seconde est la distribution gaussienne généralisée et la dernière est la distribution a-stable. Les performances des trois approches ainsi que l'impact des conditions matérielles et réseaux sur le MAI sont présentées. Ensuite, en utilisant une démonstration analytique, nous montrons que la modélisation du MAI par la distribution a-stable dans le cas des réseaux ad hoc est tout à fait adaptée. Enfin, nous concluons que le récepteur gaussien n'est pas optimal. S'il est difficile d'envisager la mise en œuvre d'un récepteur optimal car nous n'avons pas d'expression analytique exacte pour la densité de probabilité du MAI, un récepteur Cauchy s'avère nettement plus performant que le récepteur gaussien.

Une des évolutions de la 4G à la 5G est l'hétérogénéité des terminaux qui accèdent au réseau. Ces terminaux vont des smartphones aux véhicules connectés en passant par les capteurs pour l'agriculture. Étant donné que les contraintes et les exigences associées aux différents types de terminaux sont hétérogènes, il n'est pas facile de multiplexer les services qui leur sont associés sur une seule infrastructure physique. Le slicing est la technologie qui permet à l'infrastructure physique de fournir plusieurs réseaux logiques (appelés slices) pour servir les différents terminaux et services associés : cette thèse étudie le slicing et sa mise en œuvre au niveau RAN. Une des principales questions soulevées par le slicing est l'allocation des ressources. En effet, de nombreux modèles existent pour l'allocation des ressources du RAN mais il manque des modèles qui prennent en compte les nouvelles contraintes impliquées par le slicing. La première contribution de cette thèse est de définir un nouveau modèle pour le slicing au niveau RAN. Ce modèle prend en compte différentes contraintes de slicing telles que la capacité, la densité des UEs, la latence et la fiabilité. L'homologie simpliciale est utilisée pour valider le respect des contraintes des slices. De plus, ce modèle est appliqué à l'optimisation de la puissance, qui est un aspect critique du déploiement du réseau. Le deuxième défi abordé dans ce travail est la supervision et le contrôle du réseau. En effet, certains verticaux ont des exigences de contrôle très élevées, et le réseau lui-même pourrait ne pas être en mesure de satisfaire pleinement ces contraintes. Par conséquent, nous introduisons une sonde qui peut extraire des données du réseau pour alimenter des outils de supervision pour le contrôle et le suivi du réseau. Cette sonde est conçue pour être résiliente aux cyber-attaques et est donc indépendante du réseau. La dernière contribution principale de cette thèse est l'introduction d'une couche physique 5G open-source appelée free5GRAN. La couche physique fournit toutes les procédures et algorithmes minimaux pour les communications entre le gNodeB et les UEs. La structure du projet est construite de manière à pouvoir facilement la modifier et mettre en place de nouvelles fonctionnalités. De plus, l'architecture logicielle est conçue de manière à ce que la couche physique soit modulaire et puisse être dérivée pour mettre en œuvre le split 7.2 de l'open-RAN
A critical evolution from 4G to 5G is the heterogeneity of the terminals that connect the network. Those terminals range from smartphones to connected vehicles and sensors for agriculture. Given that the constraints and requirements associated with the different kinds of terminals are heterogeneous, it is not trivial to multiplex the services associated with them on top of a single physical infrastructure. Network slicing is the technology that enables the physical infrastructure to provide multiple logical networks (called network slices) to serve the various devices and associated services: this thesis studies network slicing and its implementation at the RAN level.One main issue raised by network slicing is resource allocation. Indeed, many models exist for resource allocation of the RAN but we are missing models which take into account new constraints implied by network slicing. The first contribution of this thesis is to define a new model for network slicing at the RAN level. This model takes into account diverse slices constraints such as capacity, UEs density, latency, and reliability. Simplicial homology is used to validate slices constraints fulfillment. Furthermore, this model is applied to power optimization, which is a critical aspect of network deployment. The second challenge addressed in this work is the network's supervision and control. Indeed, some verticals have ultra-high control requirements, and the network itself might not be able to satisfy this constraint fully. Therefore, we introduce a probe that can extract data from the network to feed supervision tools for the network's monitoring and control. This probe is designed to be resilient to cyber-attacks and is thus independent of the network.The last main contribution of this thesis is the introduction of an open-source 5G physical layer called free5GRAN. The physical layer provides all the minimal procedures and algorithms for communications between the gNodeB and UEs. The project's structure is built so one can easily modify it and implement new features. Furthermore, the software architecture is designed so that the physical layer is modular and can be derived to implement the open-RAN split 7.2

A l'époque de l'Internet des Objets, le nombre de dispositifs communicants ne cesse d'augmenter. Souvent, les objets connectés utilisent des bandes de fréquences « industriel, scientifique et médical (ISM) » pour effectuer les communications. Ces bandes sont disponibles sans licence, ce qui facilite le déploiement de nouveaux objets connectés. Cependant, cela mène aussi au fait que le niveau d'interférences augmente dans les bandes ISM. Les interférences ont non seulement un impact négatif sur la qualité de service, mais aussi elles causent des pertes de messages couteuses en énergie, ce qui est particulièrement nocif pour les nœuds capteurs souvent limités en énergie. Dans cette thèse, l'impact des interférences sur la consommation énergétique des nœuds est étudié expérimentalement. Les résultats de ces expérimentations sont utilisés pour estimer la durée de vie des nœuds en fonction de différents niveaux d’interférence subis. Puis, un algorithme de Radio Cognitive (RC) basé sur la technique d’ échantillonnage de Thompson est proposé et évalué par la simulation et implémentation. Les résultats montrent que l'approche proposée trouve le meilleur canal plus vite que les autres techniques. De plus, une extension multi sauts pour RC est proposée et évaluée par expérimentation lors d'une compétition EWSN Dependability Competition. Finalement, le protocole adaptatif WildMAC est proposé pour le cas d'usage du projet LIRIMA PREDNET qui consiste à surveiller des animaux sauvages. Les performances sont évaluées par simulation avec le simulateur WSNet. Les résultats montrent que la solution proposée respecte les contraintes imposées par le projet PREDNET dans la zone ciblée
In the era of the Internet of Things, the number of connected devices is growing dramatically. Often, connected objects use Industrial, Scientific and Medical radio bands for communication. These kinds of bands are available without license, which facilitates development and implementation of new connected objects. However, it also leads to an increased level of interference in these bands. Interference not only negatively affects the Quality of Service, but also causes energy losses, which is especially unfavorable for the energy constrained Wireless Sensor Networks (WSN). In the present thesis the impact of the interference on the energy consumption of the WSN nodes is studied experimentally. The experimental results were used to estimate the lifetime of WSN nodes under conditions of different levels of interference. Then, a Thompson sampling based Cognitive Radio (CR) adaptive solution is proposed and evaluated via both, simulation and hardware implementation. Results show that this approach finds the best channel quicker than other state of the art solutions. An extension for multihop WSN was proposed for this CR solution and evaluated by hardware implementation in the framework of EWSN Dependability Competition. Finally, an adaptive WildMAC MAC layer protocol is proposed for the usecase of the LIRIMA PREDNET wildlife animal tracking project. Obtained field range test data were used to theoretically estimate cell densities and deployment zone coverage in this Low Power Widea Area Network (LPWAN). Then performance of the protocol was evaluated in WSNet simulation. The results show performance that allows to respect PREDNET project requirements with the given coverage

L'Internet des objets (IoT) présente un nouveau style de vie en développant des maisons intelligentes, des réseaux intelligents, des villes intelligentes, des transports intelligents… etc., alors l'IoT se développe rapidement. Cependant, des recherches récentes se concentrent sur le développement des applications IoT sans tenir compte du problème de rareté du spectre IoT ont recontrant. L'intégration de la technologie de l'Internet des objets (IoT) et des réseaux radio cognitifs (CRN), formant l'Internet des objets par radio cognitive (CRIoT), est une solution économique pour battre la rareté du spectre IoT. Le but de cette thèse est de résoudre le problème du partage du spectre pour CRIoT; le travail en thèse est présenté en trois parties.Notre première contribution est de proposer deux nouveaux protocoles pour résoudre le problème de la prédiction de l'état des canaux pour les CRN entrelacés.Les deux protocoles utilisent le modèle de Markov caché (HMM). Dans la phase d'entrainement des deux protocoles, les données disponibles sont utilisées pour produire deux modèles HMM, un modèle HMM occupé et un modèle pas occupé.Les deux modèles sont utilisés ensemble pour produire le HMM à 2 modèles (2-model HMM). Dans la phase de prédiction, le premier protocole utilise le théorème de Bayes et le modèle HMM à 2 modèles, tandis que le second protocole utilise la machine à vecteur de support (SVM) qui emploie les paramètres produits à partir de l'application du modèle HMM à 2 modèles. Le HMM-SVM à 2 modèles est supérieure l’ HMM classique et le HMM à 2 modèles en termes de pourcentage réel, d'imprécision et de probabilité de collision des utilisateurs principaux(prédiction de faux négatifs). Dans notre deuxième contribution, nous avons proposé un protocole central pour ordonner les de paquets pour CRIoT à créneaux temporels. On applique l'optimisation des essaims de particules à permutation discrète (DP-PSO) pour programmer les paquets IoT parmi les créneaux libres obtenus en appliquant la technique d'estimation de canal des réseaux radio cognitifs proposée dans la première partie. Notre protocole proposé est appliqué aux établissements de santé intelligents.On a compose trois blocs de construction principaux pour la construction d'application utilisée; Blocage des appareils IoT, blocage des nœuds de brouillard de première couche et serveur de brouillard central. Chaque groupe d'appareils IoT est connecté à un nœud de brouillard, tous les nœuds de brouillard du système sont connectés au nœud de brouillard central. Le protocole proposé est nommé Planification basée sur l'optimisation des essaims de particules à permutation discrète(SDP-PSO). Une fonction de fitness objective est formulée avec trois paramètres;maximiser l'indice d'équité entre les nœuds de brouillard, minimiser le délai de mise en file d'attente des paquets et minimiser le nombre de paquets abandonnés qui ont dépassé leur temps dans le réseau sans être envoyés. Les performances du protocole SDP-PSO proposé surmontent un ancien protocole appelé vente aux enchères de spectre en termes d'équité entre les nœuds de brouillard, le délai moyen de mise enfile d'attente, le nombre de paquets abandonnés et la complexité temporelle et spatiale.Enfin, dans la troisième contribution, nous avons proposé un protocole d'ordonnancement de paquets distribués pour CRIoT. Notre proposition de protocole est appliquée à un contrôle de la circulation urbaine. Le système configuré dans cette partie se compose de trois blocs de construction principaux: le bloc d'appareils IoT,le premier bloc de couche de brouillard (unités routières (RSU)) et le deuxième bloc de couche de brouillard. Chaque groupe d'appareils IoT est connecté à une RSU, chaque groupe de RSU est connecté à un noeud de brouillard qui est en de tête du groupe. Les noeuds de brouillard sont connectés ensemble pour former un réseau maillé partiel
Internet of Things (IoT) presents a new life style by developing smart homes, smart grids, smart city, smart transportation, etc., so IoT is developing rapidly. However recent researches focus on developing the IoT applications disregarding the IoT spectrum scarcity problem facing it. Integrating Internet of Things (IoT) technology and Cognitive Radio Networks (CRNs), forming Cognitive Radio Internet of Things (CRIoTs), is an economical solution for overcoming the IoT spectrum scarcity. The aim of this thesis is to solve the problem of spectrum sharing for CRIoT; the work in thesis is presented in three parts, each represents a contribution. Our first contribution is to propose two new protocols to solve the problem of channel status prediction for interweave CRNs. Both protocols use Hidden Markov Model (HMM). In the training stage of both protocols, the available data are trained to produce two HMM models, an idle HMM model and a busy one. Both models are used together to produce the 2-model HMM. In the prediction stage the first protocol uses Bayes theorem and the 2-model HMM, while the second protocol uses Support Vector Machine (SVM) employing the parameters produced from applying the 2-model HMM, named 2-model HMM-SVM. The 2-model HMM-SVM outperforms the classical HMM and 2-model HMM in terms of the true percentage, the inaccuracy and the probability of primary users’ collision (false negative prediction). In our second contribution, we proposed a centralized time slotted packet scheduling protocol for CRIoTs. It uses Discrete Permutation Particle Swarm Optimization (DP-PSO) for scheduling the IoT device packets among the free slots obtained from applying cognitive radio networks' channel estimation technique proposed in the first part. Our proposed protocol is applied to smart healthcare facility. Configuring three main building blocks for the used application architecture; the IoT devices block, the first layer fog nodes block and the central fog server. Each group of IoT devices is connected to a fog node, the entire fog nodes in the system are connected to the central fog node. The proposed protocol is named Scheduling based-on Discrete Permutation Particle Swarm Optimization (SDP-PSO). An objective fitness function is formulated with three parameters; maximizing the fairness index among fog nodes, minimizing the packets' queuing delay and minimizing the number of dropped packets that exceeded their allowed time in the network without being sent. The performance of the proposed SDP-PSO protocol overcomes an old protocol named spectrum auction in terms of the fairness between fog nodes, the average queuing delay, the number of dropped packets and the time and the space complexity. Finally, in the third contribution, we proposed a distributed packets' scheduling protocol for CRIoTs. Our proposed protocol can be applied to an urban traffic control. The configured system in this part consists of three main building blocks; the IoT devices block, the first fog layer block (Road Side Units (RSUs)) and the second fog layer block. Each group of IoT devices is connected to a RSU, each group of RSU are connected to a fog node which acts as their cluster head. The fog nodes are connected together forming a partial mesh network. The proposed distributed packets' scheduling protocol for CRIoTs is applying three distributed access strategies together with the SDP-PSO proposed in the second part to schedule the packets on the estimated free slots resulted from applying the protocol proposed in the first part. The used access strategies are the classical round robin, in addition to two proposed ones named; the vertex cover and the enhanced round robin. An objective fitness function near similar to that used in the centralized protocol, was applied but with some differences to make it suitable for distributed scheduling

L’exigence de débit de données dans les communications sans fil due à l’emploi de smartphones, d’ordinateurs portables, de tablettes et de capteurs augmente considérablement. Cela pose directement des demandes extraordinaires sur de précieuses ressources spectrales. Pour satisfaire la saturation attendue sur les bandes actuellement utilisées, les systèmes de communication modernes permettent une réutilisation très fréquente des fréquences spatiales et évoluent vers des réseaux hétérogènes de stations de base (BS) couvrant des zones plus petites (petites cellules). De toute évidence, un tel système souffre des conditions d’interférence intercellulaires préjudiciables, en particulier aux bords des cellules. Par conséquent, il est clairement convaincant que la gestion des interférences est un goulot d’étranglement pour les réseaux sans fil actuels et futurs. Les schémas de traitement multicellulaire (MCP) ont été principalement utilisés pour fournir aux BS des versions quantifiées des signaux d’émission / réception d’autres BS via des liaisons de liaison (permettant le décodage en cluster. Il est alors possible que les données utilisateur soient traitées conjointement par plusieurs BS) à la fois en liaison montante et en liaison descendante, imitant ainsi les avantages du MIMO virtuel. Cependant, la mise en oeuvre de MCP pour toutes les BS du réseau est assez difficile en pratique en raison de la grande complexité de calcul et des retards excessifs, même pour les grands réseaux modérés. Cependant, diviser le réseau en plusieurs clusters et les laisser coopérer au sein de chaque cluster plutôt que sur l’ensemble du réseau apporte également certains avantages du MCP en ne nécessitant que les signaux reçus locaux et le CSI local. Nous appelons ce cadre MCP local, ce qui améliore également la robustesse du réseau aux échecs de connexion et l’évolutivité. Dans cette thèse, nous avons étudié les avantages de MCP local dans la gestion des interférences pour modèle de réseau hexagonal sectorisé sous trois scénarios différents. Dans le premier, nous avons supposé que le BS peut coopérer par le biais de liaisons à capacité limitée pour un nombre donné de cycles de coopération. Nous avons proposé un nouveau schéma de regroupement pratique qui adapte la façon dont les BS coopèrent à la sectorisation des cellules. Plus haut et plus bas et limites supérieures des degrés de liberté par utilisateur (DoF) en fonction de la coopération de nombres et la capacité de raccordement a été dérivée et une analyse SNR finie a ét é effectuée. Dans le deuxième scénario, nous supposé un système cellulaire multi-cloud, o`u chaque processeur central (CP) a une puissance de traitement limitée. UNE un schéma de clustering a été proposé qui adapte l’association entre BS et CP à la sectorisation. Limite inférieure du DoF par utilisateur en fonction de la capacité de liaison, de la capacité de CP et du rapport du nombre de Le CP en nombre de BS a ét é dérivé. Dans le dernier scénario, nous avons supposé à nouveau un cellulaire basé sur plusieurs nuages et appliqué des systèmes de calcul et de transfert (CoF) et de CoF quantifiés au clustering proposé. Pour CoF quantifié, nous avons proposé une méthode pour réduire le nombre de codes de réseau imbriqués pour réduire la mise en oeuvre complexité tout en conservant une dégradation raisonnable des performances
The data rate requirement in wireless communication due to employment of smartphones, laptops, tablets and sensors is increasing drastically. This directly poses extra-ordinary demands on precious spectral resources. To satisfy with the expected saturation on the currently used bands, modern communication systems are allowing very aggressive spatial frequency reuse and moving towards heterogenous networks of base stations (BS) covering smaller areas (small cells). Evidently, such system suffer from the detrimental inter-cell interference conditions, particularly at cell edges. Therefore, it is clearly convincing that interference management is a bottleneck for current and future wireless networks. Multi-cell processing (MCP) schemes has mostly been used to provide BSs with quantized versions of the transmit/receive signals of other BSs via backhaul/fronthaul links (allowing for clustered decoding). It is then possible for user data to be jointly processed by several BSs at both uplink and downlink, hence imitating the benefits of virtual MIMO. However, the implementation of MCP for all the BSs of the network is quite challenging in practice due to large computational complexity and excessive delays even for moderately large networks. However, dividing the network into several clusters and letting them to cooperate within each cluster rather than the entire network also brings some benefit of MCP by requiring only local received signals and local CSI. We name this framework as local MCP, which also improves the robustness of the network to connection failures and scalability. In this thesis, we have investigated the benefits of local MCP in interference management for sectored hexagonal network model under three different scenarios. In the first one, we assumed that the BS can cooperate through limited capacity links for a given number of cooperation rounds. We proposed a new practical clustering scheme that adapts the way BSs cooperate to cells sectorization. Upper and lower bounds on the peruser degrees-of-freedom (DoF) as a function of number cooperation round and backhaul capacity have been derived, and finite SNR analysis has been done. In the second scenario, we assumed a multi-cloud cellular system, where each central processor (CP) has a limited processing power. A clustering scheme has been proposed that adapts the association between BSs and CPs to the sectorization. Lower bound on the per-user DoF as a function of fronthaul capacity, CP capacity and the ratio of number of CP to number of BS has been derived. In the last scenario, we assumed again a multi-cloud based cellular system, and applied compute-and-forward (CoF) and Quantized CoF schemes to the proposed clustering. For Quantized CoF, we proposed a method for reducing the number of nested lattice codes to lower the implementation complexity while keeping reasonable performance degradation

In order to realize the convergence of the optical infrastructure of fixed and mobile access networks, the objective of this thesis is to study the solutions for distributing native radio carriers through typical optical access networks.The first Part describes the contexts and the main physical properties of the optical and radio access networks: from nowadays deployed Fiber To The Home (FTTH) systems, and their expected evolutions, to the current radio system Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) towards the expected requirements of modern mobile radio systems. This allows to settle the optical environment in which the Radio over Fiber(RoF)-functionalities will have to be integrated, and to know on which radio systems'figures of merits to focus on when implementing it. The second Part shows the benefit and possibilities of re-using the optical infrastructure of the fixed access networks for distributed radio systems. Then a review of the analog and digital RoF techniques is proposed, and their feasibility of integration into legacy FTTH systems is discussed. The third part deals with the computing and simulations of an analog RoF-system where the optical link is either passive or optically pre-amplified, and even boosted. The goal is to provide numerical results to the practical lab. results of the second half of the fourth part where the Signal to Noise Ratio (SNR) matters. Therefore successively formal expressions, numerical results for simple 2-tone signals and more realistic UMTS signals are considered. The fourth and last part deals with the obtained practical results. These can be split into two main categories : Error Vector Magnitude (EVM)-oriented results where an Avalanche Photo-Detector (APD) is used for legacy and extended-reach PON architectures using a direction shared Semiconductor Optical Amplifier (SOA) ; and an Adjacent/Alternate Channel power Leakage Ratio (ACLR)-driven part where the focus is seton a very critical figure of merit of radio systems, especially in the downlink. The latter part turned out to be mandatory and prevailing over the initially considered EVM concerns. Hence several RoF architectures, compatible with PONs, are introduced in order to overcome the non-linearities undergone by the RoF-signals, induced by the chromatic dispersion of the PON's fiber and the laser chirp, and degrading the ACLR performances

Les réseaux mobiles de la cinquième génération (5G) sont conçus pour introduire de nouveaux services nécessitant des débits de données extrêmement hauts et une faible latence. 5G sera un changement de paradigme qui comprend des réseaux hétérogènes densifiés, des réseaux d'accès radio virtualisés, des fréquences porteuses à ondes millimétrées et des densités de périphériques très élevées. Cependant, contrairement aux générations précédentes, 5G sera un réseau holistique, intégrant n'importe quelle nouvelle technologie radio avec les technologies LTE et WiFi existant. Dans ce contexte, on se concentre sur de nouvelles stratégies d'allocation de ressources capables de bénéficier du multihoming dans le cas d'accès double au réseau. On modélise ces algorithmes au niveau du flux et analyse leurs performances en termes de débit, de stabilité du système et d'équité entre différentes catégories d'utilisateurs. On se concentre tout d'abord sur le multihoming dans les réseaux hétérogènes LTE/WiFi. On considère les allocations centrées sur le réseau où un planificateur central effectue des allocations d'équité proportionnelle (PF) locale et globale pour différentes classes d'utilisateurs, utilisateurs individuels (single-homed) et multi-domiciliés (multihomed). Par rapport à un modèle de référence sans multihoming, on montre que les deux stratégies améliorent la performance et la stabilité du système, au détriment d'une plus grande complexité pour la stratégie PF globale. On étudie également les stratégies d'allocation centrées sur l'utilisateur, dans lesquelles les utilisateurs multihomed décident la partition de la demande d'un fichier en utilisant soit la maximisation du débit crête, soit la stratégie assistée par réseau. On montre que cette dernière stratégie maximise le débit moyen dans l'ensemble du réseau. On montre également que les stratégies centrées sur le réseau permettent d'obtenir des débits de données plus élevés que ceux centrés sur l'utilisateur. Ensuite, on se concentre sur les réseaux d'accès radio virtuels (V-RAN) et en particulier sur l'allocation de multi-ressources. On étudie la faisabilité de la virtualisation sans diminuer ni la performance des utilisateurs, ni la stabilité du système. On considère un réseau hétérogène 5G composé de cellules LTE et mm-wave afin d'étudier comment les réseaux hauts fréquence peuvent augmenter la capacité du système. On montre que la virtualisation du réseau est réalisable sans perte de performance lors de l'utilisation de la stratégie « dominant resource fairness » (DRF). On propose une stratégie d'allocation en deux phases (TPA) qui montre un indice d'équité plus élevé que DRF et une stabilité du système plus élevée que PF. On montre également des gains importants apportés par l'adoption des fréquences mm-wave au lieu de WiFi. Finalement, on considère l'efficacité énergétique et compare les stratégies DRF et TPA avec une stratégie éconergétique basée sur l'algorithme de Dinklebach. Les résultats montrent que la stratégie éconergétique dépasse légèrement DRF et TPA à charge faible ou moyenne en termes de débit moyen plus élevé avec une consommation d'énergie comparable, alors qu'elle les surpasse à une charge élevée en termes de consommation d'énergie moins élevée. Dans ce cas de charge élevée, DRF surpasse TPA et la stratégie éconergétique en termes de débit moyen. En ce qui concerne l'indice d'équité de Jain, TPA réalise l'indice d'équité le plus élevé parmi d'autres stratégies
Fifth generation mobile networks (5G) are being designed to introduce new services that require extreme broadband data rates and utlra-reliable latency. 5G will be a paradigm shift that includes heterogeneous networks with densification, virtualized radio access networks, mm-wave carrier frequencies, and very high device densities. However, unlike the previous generations, it will be a holistic network, tying any new 5G air interface and spectrum with the currently existing LTE and WiFi. In this context, we focus on new resource allocation strategies that are able to take advantage of multihoming in dual access settings. We model such algorithms at the flow level and analyze their performance in terms of flow throughput, system stability and fairness between different classes of users. We first focus on multihoming in LTE/WiFi heterogeneous networks. We consider network centric allocations where a central scheduler performs local and global proportional fairness (PF) allocations for different classes of users, single-homed and multihomed users. By comparison with a reference model without multihoming, we show that both strategies improve system performance and stability, at the expense of more complexity for the global PF. We also investigate user centric allocation strategies where multihomed users decide the split of a file using either peak rate maximization or network assisted strategy. We show that the latter strategy maximizes the average throughput in the whole network. We also show that network centric strategies achieve higher data rates than the user centric ones. Then, we focus on Virtual Radio Access Networks (V-RAN) and particularly on multi-resource allocation therein. We investigate the feasibility of virtualization without decreasing neither users performance, nor system's stability. We consider a 5G heterogeneous network composed of LTE and mm-wave cells in order to study how high frequency networks can increase system's capacity. We show that network virtualization is feasible without performance loss when using the dominant resource fairness strategy (DRF). We propose a two-phase allocation (TPA) strategy which achieves a higher fairness index than DRF and a higher system stability than PF. We also show significant gains brought by mm-wave instead of WiFi. Eventually, we consider energy efficiency and compare DRF and TPA strategies with a Dinklebach based energy efficient strategy. Our results show that the energy efficient strategy slightly outperforms DRF and TPA at low to medium load in terms of higher average throughput with comparable power consumption, while it outperforms them at high load in terms of power consumption. In this case of high load, DRF outperforms TPA and the energy efficient strategy in terms of average throughput. As for Jain's fairness index, TPA achieves the highest one

A partir de la cinquième génération, les réseaux mobiles devront supporter une croissance exponentielle du nombre d'appareils connectés de différents types, ceci étant l'un des piliers d'une stratégie globale de numérisation accélérée. En plus de cette croissance de connectivité, ces réseaux devront également supporter et offrir divers services pour de nouvelles industries aux exigences hétérogènes. Les concepteurs et développeurs de réseaux 5G sont alors contraints de fournir de nouvelles solutions et d'optimiser celles qui existent pour contenir les demandes croissantes de bande passante et les attentes plus élevées en termes de qualité d'expérience (QoE). Ces réseaux doivent également être hautement personnalisables pour s'adapter au divers cas d'usage et hautement automatisés pour raccourcir les délais de mise sur le marché. Les caractéristiques attendues des réseaux 5G ont incité les fournisseurs de réseaux mobiles à changer radicalement la façon dont ils conçoivent et développent leurs solutions, en adoptant une stratégie où les solutions logicielles sont privilégiées. Le domaine des réseaux mobiles et le reste du monde IT sont alors en train de converger et les fournisseurs de réseaux mobiles peuvent alors bénéficier de pratiques et outils à la pointe d'écosystèmes logiciels et d'informatique en nuage en plein essor. Les fonctions de réseau logicielles permettraient à ces fournisseurs d'avoir les niveaux de programmabilité et de reconfigurabilité dont ils ont besoin pour faire face à une évolution aussi rapide de la connectivité mobile. Cette thèse a pour objectif de fournir quelques optimisations de différentes parties des réseaux 5G et de la façon dont ils sont déployés et gérés, en espérant que cela contribuera à résoudre certains des problèmes auxquels sont confrontés les concepteurs de réseaux mobiles. Cette thèse propose des solutions à des problèmes spécifiques liés au traitement de la couche physique dans les réseaux 5G pour l'atténuation des interférences, ainsi qu'aux problèmes génériques liés à l'automatisation et à la personnalisation du réseau. Nous avons construit dans cette thèse une plateforme, qui sert à créer des réseaux mobiles de bout en bout, composée d'une plateforme réseau d'accès radio (RAN), coeur de réseau et orchestration, en utilisant les concepts et outils de la métaplateforme. La première partie traite la question d'interférence intercellulaire, qui risque d'être un handicap avec une densification prévue d'antennes dans les réseaux 5G. Nous proposons une solution pour atténuer les effets de cette interférence pour les transmissions du mobiles vers les stations de base. Cette solution est basée sur la technique de détection multi-récepteurs (JD). Elle répond aux exigences architecturales, fonctionnelles et techniques de l'intégration de JD dans des réseaux pratiques. Nous intégrons la solution JD dans une plateforme RAN dans la deuxième partie et étendons cette plateforme avec d'autres fonctionnalités. Nous adoptons la même approche dans la troisième partie de cette thèse pour fournir une solution pour automatiser le déploiement du coeur de réseau et la gestion du cycle de vie dans un environnement de virtualisation des fonctions réseau (NFV) et créer une plateforme de coeur de réseau réutilisable et orchestrée par open network automation platform (ONAP)
5G networks and beyond will have to support an exponential growth in numbers of connected devices of different types, as a pillar of a global accelerated digitization movement. In addition to hyperscale characteristics, these networks will also have to support a diverse set of connectivity services for new industries with heterogeneous requirements. 5G network designers and developers are then compelled to provide new solutions and optimize the existing ones to contain increasing bandwidth demands and higher Quality of Experience (QoE) expectations. These networks also need to be highly customizable to adapt to varying use-cases and highly automated to shorten time-to-market delays. The expected characteristics of 5G networks inspired mobile network providers to radically change the way they design and develop their solutions by adopting an extensive softwarization strategy. Mobile networking domain and the rest of the IT world are then converging and mobile network providers can then benefit from thriving software and cloud computing ecosystems with state-of-the-art practices and tools. Software-based network functions would allow these providers to have the necessary levels of programmability and reconfigurability they need to deal with such a fast-paced evolution of mobile connectivity. This thesis aims at providing a few optimizations of different parts of 5G networks and the way they are deployed and managed, hoping that it would contribute in solving some of the problems that network designers are facing. It proposes solutions to specific problems related to the physical layer processing in 5G networks for interference mitigation, as well as generic issues related to network automation and customization. We built in this thesis an end-to-end network service fabric composed of a Radio Access Network (RAN), core and orchestration platform using Metaplatform concepts and tools. The first part treats the issue of Intercell Interference (ICI), which is expected to be a liability with a foreseen antenna densification in 5G networks. We propose a solution to mitigate ICI in Uplink (UL) transmissions, based on Joint Detection (JD) technique. The proposed solution satisfies the architectural, functional and technical requirement of JD integration in practical networks. We incorporate the JD solution in a RAN platform in the second part and extend this platform with other capabilities. We adopt the same approach in the third part of this thesis to provide a solution to automate core network deployment and life-cycle management in a Network Function Virtualization (NFV) environment and create a reusable core network platform orchestrated by Open Network Automation Platform (ONAP)

Les réseaux mobiles de la cinquième génération (5G) sont conçus pour introduire de nouveaux services nécessitant des débits de données extrêmement hauts et une faible latence. 5G sera un changement de paradigme qui comprend des réseaux hétérogènes densifiés, des réseaux d'accès radio virtualisés, des fréquences porteuses à ondes millimétrées et des densités de périphériques très élevées. Cependant, contrairement aux générations précédentes, 5G sera un réseau holistique, intégrant n'importe quelle nouvelle technologie radio avec les technologies LTE et WiFi existant. Dans ce contexte, on se concentre sur de nouvelles stratégies d'allocation de ressources capables de bénéficier du multihoming dans le cas d'accès double au réseau. On modélise ces algorithmes au niveau du flux et analyse leurs performances en termes de débit, de stabilité du système et d'équité entre différentes catégories d'utilisateurs. On se concentre tout d'abord sur le multihoming dans les réseaux hétérogènes LTE/WiFi. On considère les allocations centrées sur le réseau où un planificateur central effectue des allocations d'équité proportionnelle (PF) locale et globale pour différentes classes d'utilisateurs, utilisateurs individuels (single-homed) et multi-domiciliés (multihomed). Par rapport à un modèle de référence sans multihoming, on montre que les deux stratégies améliorent la performance et la stabilité du système, au détriment d'une plus grande complexité pour la stratégie PF globale. On étudie également les stratégies d'allocation centrées sur l'utilisateur, dans lesquelles les utilisateurs multihomed décident la partition de la demande d'un fichier en utilisant soit la maximisation du débit crête, soit la stratégie assistée par réseau. On montre que cette dernière stratégie maximise le débit moyen dans l'ensemble du réseau. On montre également que les stratégies centrées sur le réseau permettent d'obtenir des débits de données plus élevés que ceux centrés sur l'utilisateur. Ensuite, on se concentre sur les réseaux d'accès radio virtuels (V-RAN) et en particulier sur l'allocation de multi-ressources. On étudie la faisabilité de la virtualisation sans diminuer ni la performance des utilisateurs, ni la stabilité du système. On considère un réseau hétérogène 5G composé de cellules LTE et mm-wave afin d'étudier comment les réseaux hauts fréquence peuvent augmenter la capacité du système. On montre que la virtualisation du réseau est réalisable sans perte de performance lors de l'utilisation de la stratégie « dominant resource fairness » (DRF). On propose une stratégie d'allocation en deux phases (TPA) qui montre un indice d'équité plus élevé que DRF et une stabilité du système plus élevée que PF. On montre également des gains importants apportés par l'adoption des fréquences mm-wave au lieu de WiFi. Finalement, on considère l'efficacité énergétique et compare les stratégies DRF et TPA avec une stratégie éconergétique basée sur l'algorithme de Dinklebach. Les résultats montrent que la stratégie éconergétique dépasse légèrement DRF et TPA à charge faible ou moyenne en termes de débit moyen plus élevé avec une consommation d'énergie comparable, alors qu'elle les surpasse à une charge élevée en termes de consommation d'énergie moins élevée. Dans ce cas de charge élevée, DRF surpasse TPA et la stratégie éconergétique en termes de débit moyen. En ce qui concerne l'indice d'équité de Jain, TPA réalise l'indice d'équité le plus élevé parmi d'autres stratégies
Fifth generation mobile networks (5G) are being designed to introduce new services that require extreme broadband data rates and utlra-reliable latency. 5G will be a paradigm shift that includes heterogeneous networks with densification, virtualized radio access networks, mm-wave carrier frequencies, and very high device densities. However, unlike the previous generations, it will be a holistic network, tying any new 5G air interface and spectrum with the currently existing LTE and WiFi. In this context, we focus on new resource allocation strategies that are able to take advantage of multihoming in dual access settings. We model such algorithms at the flow level and analyze their performance in terms of flow throughput, system stability and fairness between different classes of users. We first focus on multihoming in LTE/WiFi heterogeneous networks. We consider network centric allocations where a central scheduler performs local and global proportional fairness (PF) allocations for different classes of users, single-homed and multihomed users. By comparison with a reference model without multihoming, we show that both strategies improve system performance and stability, at the expense of more complexity for the global PF. We also investigate user centric allocation strategies where multihomed users decide the split of a file using either peak rate maximization or network assisted strategy. We show that the latter strategy maximizes the average throughput in the whole network. We also show that network centric strategies achieve higher data rates than the user centric ones. Then, we focus on Virtual Radio Access Networks (V-RAN) and particularly on multi-resource allocation therein. We investigate the feasibility of virtualization without decreasing neither users performance, nor system's stability. We consider a 5G heterogeneous network composed of LTE and mm-wave cells in order to study how high frequency networks can increase system's capacity. We show that network virtualization is feasible without performance loss when using the dominant resource fairness strategy (DRF). We propose a two-phase allocation (TPA) strategy which achieves a higher fairness index than DRF and a higher system stability than PF. We also show significant gains brought by mm-wave instead of WiFi. Eventually, we consider energy efficiency and compare DRF and TPA strategies with a Dinklebach based energy efficient strategy. Our results show that the energy efficient strategy slightly outperforms DRF and TPA at low to medium load in terms of higher average throughput with comparable power consumption, while it outperforms them at high load in terms of power consumption. In this case of high load, DRF outperforms TPA and the energy efficient strategy in terms of average throughput. As for Jain's fairness index, TPA achieves the highest one

Le réseau mobile est un réseau hybride avec une partie d’accès radio et le réseau central de liaison fixe. Les algorithmes de contrôle de congestion (CCA) conçus pour un type de système spécifique peuvent ne pas fonctionner aussi bien dans l’autre type de réseau, en particulier le réseau avec un dispositif de fonctionnalité hybride comme le réseau de périphérie mobile. Généralement, le goulot d’étranglement dans un réseau mobile est la partie accès radio. Cependant, ce n’est pas toujours le cas puisque plusieurs stations de base radio ou passerelle de réseau de livraison de paquets peuvent partager le même goulot d’étranglement dans le backhaul de livraison de paquets. Dans cette thèse, nous partons d’une méthode cross-layer et abordons le problème avec une solution omniprésente. Le premier algorithme que nous avons analysé est appelé CQIC, qui implique la couche PHY de l’UE dans la conception du contrôle de la congestion. Une amélioration du scénario 3G CQIC au scénario LTE est proposée sous le nom de DCIC. Cet algorithme utilise l’indicateur de commande de liaison descendante (DCI) au lieu de l’indicateur de qualité de canal (CQI) pour économiser la puissance de calcul sur l’UE et prendre en compte le résultat de la planification d’eNB. En outre, nous avons évalué l’algorithme BBR actuel, qui se concentre sur le réseau du centre de données, dans le scénario mobile. La plupart des CCA conventionnels ne prennent pas en compte la dégradation du BW de liaison montante et les autres caractéristiques du système cellulaire dans sa méthode d’estimation de la largeur de bande. Sur la base de cet examen, nous avons proposé les cinq objectifs de compromis pour guider la conception de l’ACC dans un type de réseau hybride mobile: utilisation de la bande passante, délai (où la perte est l’expression extrême du retard), équité, simplicité et généricité. Sur la base des compromis et des objectifs, nous avons proposé le CDBE, une estimation de la bande passante pilotée par le client TCP (CDBE) et une boucle de rétroaction de rapport. La méthode d’estimation BW côté client ne prend que peu de capacité de calcul dans la deuxième version, par rapport à la première version ou CQIC et DCIC. Coopérer avec la transition d’état côté serveur améliorée CDBE peut atteindre une part équitable de BW dans le réseau central `a paquets fixes ou le réseau mobile avec un coût de RTT inférieur à celui des CCA conventionnels. Aucune unité / application de boîtier de médiation ou de périphérie n’est requise dans l’architecture CDBE
The mobile network is a hybrid network with Radio Access part and the fixed backhaul core network. The congestion control algorithms(CCA) designed for a specific type of system may not work as well in the other kind of network, especially the network with hybrid feature device like the mobile edge network. Generally, the bottleneck in a mobile network is the Radio access part. However, this is not always the case since multiple radio base stations or packet delivery network gateway can be sharing the same bottleneck in the packet delivery backhaul. In this thesis, we start from a cross-layer method and address the issue with a ubiquitous solution. The first algorithm we analysed is called CQIC, which get the PHY layer of UE involved in the congestion control design. An improvement from 3G CQIC to LTE scenario is proposed named DCIC. This algorithm uses the Downlink Control Indicator(DCI) instead of Channel Quality Indicator(CQI) to save the computation power on UE and take the scheduling result of eNB into consideration. Further, we evaluated current BBR algorithm, which focuses on the data centre network, in the mobile scenario. Most conventional CCA does not take the uplink BW degradation and other features in the cellular system into consideration in its bandwidth estimation method. Based on the review, we proposed the five tradeoff objectives to guide the CCA design in a mobile hybrid type of network: Bandwidth Utilisation, Delay (where loss is the extreme expression of delay), Fairness, Simplicity and Genericity. Based on the tradeoffs and goals, we proposed CDBE, a TCP clientside driven bandwidth estimation(CDBE) and report feedback loop. The client-side BW estimation method takes only little computation capability in the second version, compared to its first version and the DCIC. Cooperate with the enhanced server-side state transition CDBE can achieve a fair share of BW in both fixed packet core network or mobile network with a lower cost of RTT compared to conventional CCAs. No extra middlebox or edge computing unit/applications is required in CDBE architecture

La cinquième génération de réseaux cellulaires mobiles, 5G, est conçue pour prendre en charge un ensemble de nouveaux cas d'utilisation et exigences, par exemple concernant la qualité de service ou la sécurité. En utilisant les technologies de virtualisation et le concept de découpage de réseau, les opérateurs de réseau 5G seront en mesure de fournir des capacités de connectivité spécifiques afin de prendre en charge ces différents cas d'utilisation. Chaque tranche de réseau (network slice) peut être dédiée à un tiers (c'est-à-dire tout acteur commercial qui n'est pas l'opérateur de réseau) et être conçue pour répondre à ses besoins.Cependant, bien que les tranches de réseau puissent être conçues en activant ou en désactivant certaines fonctions réseau, les mécanismes d'authentification et de contrôle d'accès (AAC) restent les mêmes pour toutes les tranches, avec des composants réseau étroitement couplés.Cette thèse propose 5G-SSAAC (5G Slice-Specific AAC), comme première étape pour introduire une conception à couplage plus lâche dans l'ensemble de l'architecture de réseau 5G. 5G-SSAAC permet aux réseaux 5G de fournir divers mécanismes AAC aux tiers selon leurs exigences de sécurité. Pour évaluer ce mécanisme innovant, la thèse analyse les conséquences de l'utilisation du 5G-SSAAC sur la sécurité de l'ensemble du système 5G. La faisabilité du 5G-SSAAC est également présentée avec la mise en œuvre d'un réseau mobile entièrement virtualisé via un banc d'essai basé sur OAI (Open Air Interface). Ce travail évalue enfin l'impact du mécanisme 5G-SSAAC sur la charge du réseau compte tenu du nombre prévu de messages de signalisation AAC par rapport aux mécanismes AAC existants dans les réseaux cellulaires
The fifth generation of mobile cellular networks, 5G, is designed to support a set of new use cases and requirements, e.g. concerning quality of service or security. Using the virtualization technologies and the concept of network slicing, the 5G network operators will be able to provide specific connectivity capabilities in order to support these various use cases. Each network slice can be dedicated to a 3rd party (i.e., any business actor that is not the network operator), and be designed to fit its requirements.However, although network slices can be designed by enabling or disabling certain network functions, the Authentication and Access Control (AAC) mechanisms remain the same for all slices, with tightly coupled network components.This thesis proposes 5G-SSAAC (5G Slice-Specific AAC), as an initial step to introduce a more loosely coupled design into the whole 5G network architecture. 5G-SSAAC enables 5G networks to provide various AAC mechanisms to the 3rd parties according to their security requirements. To assess this innovative mechanism, the thesis analyses the consequences of using the 5G-SSAAC on the security of the whole 5G system. The feasibility of the 5G-SSAAC is also presented with the implementation of a fully virtualized mobile network through an OAI (Open Air Interface) based testbed. This work finally evaluates the impact of 5G-SSAAC mechanism on the network load considering the anticipated number of AAC signalling messages compared to the existing AAC mechanisms in cellular networks

Pour offrir le haut débit mobile amélioré, les communications massives et critiques pour l'Internet des objets, la cinquième génération (5G) des réseaux mobiles est déployée à nos jours, en se basant sur plusieurs catalyseurs: le réseau d'accès radio nuagique (C-RAN), les réseaux programmables (SDN), et la virtualisation des fonctions réseaux (NFV). Le C-RAN décompose la nouvelle génération Node-B (gNB) en: i) tête radio distante (RRH), ii) unité digitale (DU), et iii) unité centrale (CU), appelée aussi unité cloud ou collaborative. Les DU et CU implémentent la base bande (BBU) tout en utilisant les huit options du split du front-haul pour une performance affinée. La RRH implémente la circuiterie extérieure pour la radio. Le SDN permet la programmation du comportement du réseau en découplant le plan de contrôle du plan utilisateur tout en centralisant la gestion des flux en un nœud de contrôle dédié. La NFV, d'autre part, utilise les technologies de virtualisation pour lancer les fonctions réseaux virtualisées (FRV) sur des serveurs conventionnels du marché. SDN et NFV permettent la partition du C-RAN, réseaux de transport et cœur en tant que tranches définies comme des réseaux virtuels et isolés de bout en bout conçus pour couvrir des exigences spécifiques aux différentes cas d’utilisations. L'objectif principal de cette thèse est de développer des algorithmes de provisionnement des ressources (unité de traitement centrale (CPU), mémoire, énergie, et spectre) pour la 5G, tout en garantissant un emplacement optimal des FRV dans une infrastructure nuagique. Pour achever ce but ultime, on adresse l'optimisation des ressources et d'infrastructure dans les trois domaines des réseaux mobiles: le cœur de réseau 5G (5GC), le C-RAN et les contrôleurs SDN. En tant qu’une première contribution, nous formulons la décharge du 5GC en tant qu'une optimisation sous contraintes ciblant plusieurs objectifs (coût de virtualisation, puissance de traitement, et charge du réseau) pour faire les décisions optimales et avec la plus faible latence. On optimise l'utilisation de l'infrastructure réseau en termes de capacité de traitement, consommation d'énergie et de débit, tout en respectant les exigences par tranche (latence, fiabilité, et capacité, etc.). Sachant que l'infrastructure est assujettie à des évènements fréquents tels que l'arrivée et le départ des utilisateurs/dispositifs, les changements continuels du réseau (reconfigurations, et défauts inévitables), nous proposons l'optimisation dynamique moyennant la technique de Branch, Cut and Price (BCP), en discutant les effets de ces objectifs sur plusieurs métriques. Notre 2ème contribution consiste à optimiser le C-RAN par un regroupement dynamique des RRH aux BBU (DU, CU). D’une part, nous proposons ce regroupement pour optimiser le débit en down-link. D’autre part, nous proposons la prédiction du power Head-room (PHR), sur le lien hertzien pour optimiser le débit en up-link. Dans notre troisième contribution, nous adressons l'orchestration des tranches réseaux 5G à travers le contrôleur C-RAN défini par logiciel en utilisant des approches de ML pour: la classification des exigences de performance, la prédiction des ratios de tranchage, le contrôle d'admission, le séquencement, et la gestion adaptative des ressources. En se basant sur des évaluations exhaustives moyennant notre prototype 5G basé sur OpenAirInterface, et en utilisant une pile de performance intégrée, nous montrons que nos propositions dépassent les stratégies connexes en termes de rapidité d'optimisation, des coûts de virtualisation et de débit
To address the enhanced mobile broadband, massive and critical communications for the Internet of things, Fifth Generation (5G) of mobile communications is being deployed, nowadays, relying on multiple enablers, namely: Cloud Radio Access Network (C-RAN), Software-Defined Networking (SDN) and Network Function Virtualization (NFV).C-RAN decomposes the new generation Node-B into: i) Remote Radio Head (RRH), ii) Digital Unit (DU), and iii) Central Unit (CU), also known as Cloud or Collaborative Unit.DUs and CUs are the two blocks that implement the former 4G Baseband Unit (BBU) while leveraging eight options of functional splits of the front-haul for a fine-tuned performance. The RRH implements the radio frequency outdoor circuitry. SDN allows programming network's behavior by decoupling the control plane from the user plane and centralizing the flow management in a dedicated controller node. NFV, on the other hand, uses virtualization technology to run Virtualized Network Functions (VNFs) on commodity servers. SDN and NFV allow the partitioning of the C-RAN, transport and core networks as network slices defined as isolated and virtual end-to-end networks tailored to fulfill diverse requirements requested by a particular application. The main objective of this thesis is to develop resource-provisioning algorithms (Central Processing Unit (CPU), memory, energy, and spectrum) for 5G networks while guaranteeing optimal provisioning of VNFs for a cloud-based infrastructure. To achieve this ultimate goal, we address the optimization of both resources and infrastructure within three network domains: 5G Core Network (5GC), C-RAN and the SDN controllers. We, first formulate the 5GC offloading problem as a constrained-optimization to meet multiple objectives (virtualization cost, processing power and network load) by making optimal decisions with minimum latency. We optimize the usage of the network infrastructure in terms of computing capabilities, power consumption, and bitrate, while meeting the needs per slice (latency, reliability, efficiency, etc.). Knowing that the infrastructure is subject to frequent and massive events such as the arrival/departure of users/devices, continuous network evolution (reconfigurations, and inevitable failures), we propose a dynamic optimization using Branch, Cut and Price, while discussing objectives effects on multiple metrics.Our second contribution consists of optimizing the C-RAN by proposing a dynamic mapping of RRHs to BBUs (DUs and CUs). On first hand, we propose clustering the RRHs in an aim to optimize the downlink throughput. On second hand, we propose the prediction of the Power Headroom (PHR), to optimize the throughput on the uplink.We formulate our RRHs clustering problem as k-dimensional multiple Knapsacks and the prediction of PHR using different Machine Learning (ML) approaches to minimize the interference and maximize the throughput.Finally, we address the orchestration of 5G network slices through the software defined C-RAN controller using ML-based approaches, for all of: classification of performance requirements, forecasting of slicing ratios, admission controlling, scheduling and adaptive resource management.Based on extensive evaluations conducted in our 5G experimental prototype based on OpenAirInterface, and using an integrated performance management stack, we show that our proposals outperform the prominent related strategies in terms of optimization speed, computing cost, and achieved throughput

Les systèmes de localisations existants présentent des insuffisances au niveau desapplications en environnement indoor. Ces insuffisances se traduisent soit par la non-disponibilité des signaux (le GPS) dans ce type d'environnement, soit par leur manque de précision quand ils sont prévus à cet effet. Ces limites ont motivé la recherche de nouvelles techniques. Les transmissions Ultra-Large Bande (ULB) de par leur singularité en matière de précision et de faible puissance d'émission, s'avèrent être la meilleure réponse à la problématique ci-dessus. Nous avons donc choisi cette technique pour mettre au point un procédé de localisation endogène permettant d'assurer, avec précision, la continuité des services de localisation dans les environnements indoor. Ce procédé s'appuie sur la localisation en trois dimensions (3-D). Il utilise la technique temporelle de différenciation du temps d'arrivée (TDOA). Cette technique permet de mieux tirer profit de la bonne résolution temporelle de l'ULB et de pallier au problème de synchronisation entre l'émetteur et le récepteur. Deux techniques de transmission ULB ont été étudiées : la technique d'accès multiples par séquence directe (DS-CDMA) et la technique d'accès multiples par sauts temporels (TH-CDMA). Une autre étape importante de notre étude a été de développer un algorithme non-itératif de localisation en 3-D pour réduire le temps de calcul. En effet, l'utilisation d'un algorithme non-itératif permet d'optimiser les performances du système en termes de temps de calcul voire de coûts de consommation énergétique. Après l'étude théorique des différents blocs du système, le système a été tout d'abord simulé dans le canal Gaussien (AWGN) et les canaux IEEE.802.15.4a indoor. Il a été ensuite testé dans différents environnements réels de types laboratoires. Les résultats obtenus démontrent que l'utilisation des techniques de transmission basées sur la technologie radio impulsionnelle ULB permet d'obtenir un système de localisation en 3-D avec une précision centimétrique pour les applications indoor.