Добірка наукової літератури з теми "5G (téléphonie mobile)"

Résumé : La sécurité des systèmes d’information, désormais considérée comme une question de souveraineté, a pris une soudaine dimension politique avec l’arrivée de la cinquième génération de téléphonie mobile (5G) dont le déploiement a commencé en 2020, selon le calendrier fixé par l’UIT. La prise de conscience des enjeux de cybersécurité est liée à la montée en puissance rapide de la Chine et de son fleuron technologique Huawei dans l’écosystème numérique. Les États-Unis, déjà engagés dans un bras de fer commercial avec Pékin, ont pris une série de mesures visant à limiter la dynamique technologique de la Chine. Depuis, plusieurs pays ont adopté des mesures de contrôle et de restriction visant les équipements chinois. L’objectif est double : prévenir les atteintes à la sécurité nationale par le biais des infrastructures de télécommunications et soutenir l’émergence d’écosystèmes 5G souverains. La Chine inquiète, car elle ne partage pas les valeurs des États-Unis et de l’Union européenne en matière de libertés numériques. Pourtant, aucune preuve ne permet clairement de corroborer les accusations d’espionnage numérique proférées à l’encontre de Pékin. Dès lors, cette contribution vise à déterminer si la 5G, et plus particulièrement la position dominante des équipementiers chinois, représente une menace pour les autres États et pour les personnes afin de mieux apprécier la portée et la licéité des mesures de protection adoptées par les gouvernements.

Une grande partie des résultats rapportés dans cette thèse est basée sur une observation qui n'a jamais été faite pour les communications sans fil et le contrôle de puissance en particulier: les niveaux de puissance d'émission et plus généralement les matrices de covariance peuvent être exploitées pour intégrer des informations de coordination. Les échantillons de rétroaction dépendants des interférences peuvent être exploités comme canal de communication. Premièrement, nous montrons que le fameux algorithme itératif de remplissage d'eau n'exploite pas suffisamment l'information disponible en termes d'utilité-somme. En effet, nous montrons que l'information globale d'état de canal peut être acquise à partir de la seule connaissance d'une rétroaction de type SINR. Une question naturelle se pose alors. Est-il possible de concevoir un algorithme de contrôle de puissance distribué qui exploite au mieux les informations disponibles? Pour répondre à cette question, nous dérivons la caractérisation de la région d'utilité pour le problème considéré et montrons comment exploiter cette caractérisation non seulement pour mesurer globalement l'efficacité mais aussi pour obtenir des fonctions de contrôle de puissance à un coup efficaces au niveau global. Motivés par le succès de notre approche sur les réseaux d'interférences mono bande et multibande, nous nous sommes demandé si elle pourrait être exploitée pour les réseaux MIMO. Nous avons identifié au moins un scénario très pertinent. En effet, nous montrons que l'alignement d'interférence opportuniste peut être implémenté en supposant seulement une rétroaction de covariance d'interférence plus bruit à l'émetteur secondaire. Puis, dans le dernier chapitre, nous généralisons le problème de la quantification, la motivation étant donnée par certaines observations faites dans les chapitres précédents. Premièrement, nous supposons que le quantificateur et le déquantificateur sont conçus pour maximiser une fonction d'utilité générale au lieu de la fonction de distorsion classique. Deuxièmement, nous supposons que le quantificateur et le déquantificateur peuvent avoir des fonctions d'utilité différentes. Cela soulève des problèmes techniques non triviaux, notre revendication est de faire un premier pas dans la résolution d'eux
A large part of the results reported in this thesis is based on an observation which has never been made for wireless communications and power control in particular: transmit power levels and more generally transmit covariance matrices can be exploited to embed information such as coordination information and available interference-dependent feedback samples can be exploited as a communication channel. First, we show that the famous iterative water-filling algorithm does not exploit the available information sufficiently well in terms of sum-utility. Indeed, we show that global channel state information can be acquired from the sole knowledge of an SINR-type feedback. A natural question then arises. Is it possible to design a distributed power control algorithm which exploits as well as possible the available information? To answer this question, we derive the characterization of the utility region for the considered problem and show how to exploit this characterization not only to measure globally efficiency but also to obtain globally efficient one-shot power control functions. Motivated by the success of our approach for single-band and multi-band interference networks, we asked ourselves whether it could be exploited for MIMO networks. We have identified at least one very relevant scenario. Indeed, we show that opportunistic interference alignment can be implemented by only assuming interference-plus-noise covariance feedback at the secondary transmitter. Then, in the last chapter, we generalize the problem of quantization, the motivation for this being given by some observations made in the previous chapters. First, we assume that the quantizer and de-quantizer are designed to maximize a general utility function instead of the conventional distortion function. Second, we assume that the quantizer and de-quantizer may have different utility functions. This raises non-trivial technical problems, our claim is to make a very first step into solving them

Cette thèse cristallise des contributions significatives articulées autour de concepts intégraux tels que DevOps cohérent et l’automatisation déclarative pour réaliser une pile MANO cloud natif, spécialisé pour des réseaux de télécommunications. Ces principes sont appliqués dans le contexte des systèmes multi-x, où « x » représente diverses dimensions telles que le fournisseur RAN, l’OS et le cloud, traitant plusieurs niveaux d’hétérogénéité et de diversité des réseaux modernes. Interprétant le multi-x comme une extension cloud natif de l’écosystème Open RAN, cette thèse est conçu et validé à travers un prototype concret et un pilot pour les réseaux 5G multi-fournisseurs. Cela répond parfaitement aux complexités des systèmes MANO dans le contexte des déploiements dans des clouds privés et publics en intégrant des technologies avancées telles que eBPF et des développements récents dans le domaine cloud natif, notamment Kubernetes
This thesis crystallizes significant contributions pivoted around integral concepts such as Consistent DevOps and Declarative Automation to realize the envisioned cloud-native MANO. These principles are applied in the context of multi-x systems, where ‘x’ represents various dimensions such as RAN vendor, OS, and cloud, addressing the level of heterogeneity and diversity in the modern networks. Interpreting multi-x as a cloud-native extension to the Open RAN ecosystem, the thesis is conceived and validated through a concrete proof-of-concept prototype for multi-vendor 5G networks. This addresses the complexities of next generation private and public cloud-native MANO systems by incorporating advanced technologies such as eBPF and recent developments in the cloud-native domain, including Kubernetes

La prolifération d'applications et de services sophistiqués s'accompagne de diverses exigences de performances, ainsi que d'une croissance exponentielle du trafic pour le lien montant (uplink) et descendant (downlink). Les réseaux cellulaires tels que 4G et 5G évoluent pour prendre en charge cette quantité diversifiée et énorme de données. Le travail de cette thèse vise le renforcement de techniques avancées de gestion et supervision des réseaux cellulaires prenant l'explosion du trafic et sa diversité comme deux des principaux défis dans ces réseaux. La première contribution aborde l'intégration de l'intelligence dans les réseaux cellulaires via l'estimation du débit instantané sur le lien montant pour de petites granularités temporelles. Un banc d'essai 4G temps réel est déployé dans ce but de fournir un benchmark exhaustif des métriques de l'eNB. Des estimations précises sont ainsi obtenues. La deuxième contribution renforce le découpage 5G en temps réel au niveau des ressources radio dans un système multicellulaire. Pour cela, deux modèles d'optimisation ont été proposés. Du fait de leurs temps d'exécution trop long, des heuristiques ont été développées et évaluées en comparaisons des modèles optimaux. Les résultats sont prometteurs, les deux heuristiques renforçant fortement le découpage du RAN en temps réel
The proliferation of sophisticated applications and services comes with diverse performance requirements as well as an exponential traffic growth for both upload and download. The cellular networks such as 4G and 5G are advocated to support this diverse and huge amount of data. This thesis work targets the enforcement of advanced cellular network supervision and management techniques taking the traffic explosion and diversity as two main challenges in these networks. The first contribution tackles the intelligence integration in cellular networks through the estimation of users uplink instantaneous throughput at small time granularities. A real time 4G testbed is deployed for such aim with an exhaustive metrics benchmark. Accurate estimations are achieved.The second contribution enforces the real time 5G slicing from radio resources perspective in a multi-cell system. For that, two exact optimization models are proposed. Due to their high convergence time, heuristics are developed and evaluated with the optimal models. Results are promising, as two heuristics are highly enforcing the real time RAN slicing

Avec l'augmentation du trafic de données, la multiplication des objets connectés et la diversification des types de communication, la cinquième génération de réseaux cellulaires (5G) doit relever un grand nombre de défis. Dans ce contexte, les systèmes« massive MIMO » présentent de nombreux avantages en utilisant un grand nombre d'antennes combiné à des techniques de traitement de signal adaptées. De plus, l'utilisation de la modulation FBMC/OQAM au lieu de la modulation OFDM pourrait améliorer la performance des systèmes dans ce11aines situations. En premier lieu, cette thèse se centre sur des scénarios véhiculaires. En par1iculier, les systèmes« massive MIMO » sont proposés dans le but de combattre les interférences dues à l'effet Doppler pour la voie montante. Nous montrons ainsi de manière analytique que l'augmentation du nombre d'antennes implique une réduction drastique de l'impact de l'effet Doppler. De plus, les performances des modulations OFDM et FBMC/OQAM sont comparées dans ce contexte pour des environnements« Non-Line-Of-Sight » (NLOS) et« Line-Of-Sight » (LOS). Le second scéna1io étudié dans cette thèse considère les communications dans des zones mal desservies. Dans ce contexte, les systèmes« massive MIMO » permettent de créer un lien sans-fil longue-po11ée de type« backhaul » entre deux stations de base. Ainsi, le coût de déploiement des réseaux r cellulaires est réduit. Dans cette thèse, un nouveau précodeur « massive MIMO » est proposé dans le but d'utiliser la même bande de fréquence pour le liens accès et« backhaul ». De plus, l'impact d'une désynchronisation entre les liens d'accès et le lien « backhaul » est étudié et l'utilisation de la modulation FBMC/OQAM pour le lien« backhaul » est examinée
ESUME DE LA THESE EN ANGLAIS With the increase of the global data tmffic, the multiplication of co1mected devices and the diversification of the communication types, the fifth generation of cellular networks (5G) has to overcome a se1ies of challenges. In this context, massive MlMO systems hold a wide range of benefits by using a large number of antennas combined with appropriate signal processing techniques. Additionally, the use of the FBMC/OQAM modulation instead of the classical OFDM modulation may enhance the performance of the systems in cer1ain situations. Firstly, this thesis focuses on vehicular scenarios. In par1icular, massive MIMO systems are proposed to overcome the interference due to the Doppler effect for the uplink. We thus analytically highlight that increasing the number of receive antermas induces a drastic reduction of the impact of the Doppler effect. Moreover, the perfonnance of the OFDM and the FBMC/OQAM modulations are compared in this context for Non-Line-Of-Sight (NLOS) and Line-Of-Sight (LOS) environments. The second scenario investigated in this thesis considers communications in wide underse1ved areas. In this context, massive MIMO systems allow to create a long-range wireless back.haul link between two base stations. Thereby, the cost of deployment of the cellular networks is reduced. In this thesis r a new massive MLMO precoding technique is proposed in order to use the same fequency band for the backhaul link and the access links. Moreover, the impact of a desynchronization between the back haul link and the access links is studied and the use of the FBMC/OQAM modulation for the backhaul link is discussed

Le full-duplex (FD) est un principe selon lequel un appareil peut recevoir et émettre sur la même ressource radio temporaux-fréquentiel. Le principe a été longtemps considéré comme irréaliste en raison de la forte auto-interférence qui se produit lors de la transmission et la réception dans le même bloc de ressources. En supposant une annulation parfaite de l’auto-interférence (self-IC), il peut potentiellement doubler l’efficacité spectrale (SE) d’une communication point à point donnée. Dans la pratique, il n’est toutefois pas possible d’obtenir la caractéristique susmentionnée. En outre, dans le contexte d’un réseau cellulaire, la performance du FD n’est pas limitée seulement par l’efficacité du self-IC, puisque des interférences supplémentaires sont créées par les stations de base (BS) et les équipements des utilisateurs (UEs). Toutefois, même avec des niveaux des interférences plus élevés, les liens en voie descendantes(DLs) obtient ainsi de meilleures performances en termes de SE, tandis que les liaisons montantes (UL) sont généralement gravement dégradées par rapport au half-duplex (HD). Nous focalisons notre travail sur l’étude d’alternatives qui peuvent aider à améliorer les UL dégradés dans les réseaux basés sur FD, tout en essayant de profiter des gains obtenus par les DLs. A cet égard, nous utilisons la géométrie stochastique pour caractériser les indicateurs clés de performance des réseaux cellulaires, tels que : probabilité de couverture, SE moyenne et débit de données. La thèse est divisée en trois grandes études. Premièrement, nous proposons une politique qui permet aux BSs d'opérer en FD ou HD en fonction des conditions UL et DL. Deuxièmement, nous étudions la performance des réseaux hybrides HD/FD dans un contexte d’ondes millimétriques. Finalement, nous proposons un algorithme basé sur l’accès multiple non orthogonal (NOMA) et l’annulation d’interférences successives (SIC), qui permet aux stations de base de coordonner leurs schémas de transmission respectifs pour réduire les interférences BS vers BS. Nous démontrons que les modèles présentés permettent d’équilibrer les gains d’une liaison par rapport à l’autre ; réduisant la dégradation de l’UL, tout en maintenant les gains DL. En outre, nous montrons que les scénarios dans lesquels les équipement sont capables de former des faisceaux sont idéaux pour les déploiements FD, puisqu’ils réduisent directement l’interférence co-canal
Full-duplex (FD) is a principle in which a transceiver can receive and transmit on the same time-frequency radio resource. The principle was long held as impractical due to the high self-interference that arises when simultaneously transmitting and receiving in the same resource block. When assuming perfect self-interference cancellation, FD can potentially double the spectral efficiency (SE) of a given point-to-point communication. In practice though, it is not possible to achieve the aforementioned characteristic. Moreover, under a cellular network context, not only the self-interference limits the performance, since additional co-channel interference is created by base stations (BSs) and users equipment (UEs). However, even with the higher interference dowlinks (DLs) still obtain higher SE performances, whereas uplinks (ULs) are generally critically degraded, when compared to half-duplex (HD). We focus our work in the study of alternatives that can help improve the impaired ULs in FD networks, while still trying to profit from the gains experienced by DLs.In this regard, we use stochastic geometry along the thesis as a means to characterize key performance indicators of cellular networks, such as: coverage probability, average SE and data rates. The thesis is divided into three major studies. Firstly, we propose a duplex-switching policy which enables BSs to operate in FD- or HD- depending on the UL and DL conditions. Secondly, we investigate the performance of hybrid HD/FD networks under a millimeter wave context. Finally, we propose a novel algorithm based on nonorthogonal multiple-access (NOMA) and successive interference cancellation (SIC), which allows BSs to coordinate on their respective transmission schemes to reduce the BS-to-BS interference. We demonstrate that the models presented in the thesis allow to balance the gains of one link over the other; reducing the UL degradation, while maintaining DL gains. In addition, we show that scenarios in which equipment is able to perform beamforming are ideal for FD deployments, since they directly reduce the cochannel interference

Cette thèse doctorale explore l'amélioration de l'allocation des ressources sans fil dans les communications Vehicle-to-Everything (V2X), selon la norme 3GPP Release 16. Le domaine spécifique de notre recherche est la communication NR-V2X Sidelink, également connue sous le nom de communication New Radio-Vehicles to Vehicles (NR-V2V). Notre objectif est de formuler un nouveau protocole d'optimisation qui garantit non seulement des services de haute qualité (QoS) mais surpasse également les méthodologies existantes dans la communication NR-V2V.Tout d'abord, nous introduisons la Configuration Physique Adaptative (APC), un algorithme basé sur la recherche conçu pour identifier la configuration optimale de la couche physique à l'intérieur d'un ensemble de facteurs environnementaux, spécifiquement adaptée pour un schéma de communication de diffusion. Suite à cela, nous faisons évoluer l'APC vers une variante sensible à la radio (RA-APC), élargissant son champ d'action en incorporant une communication en unicast et en établissant une structure plus flexible pour les ressources PHY. Dans la phase finale, nous affinons encore RA-APC en intégrant un algorithme d'apprentissage automatique, spécifiquement un arbre de décision. Cette intégration met à jour les schémas au sein des facteurs d'entrée, augmentant ainsi à la fois la précision et l'efficacité du processus d'optimisation de l'allocation
This doctoral dissertation explores the enhancement of wireless resource allocation in Vehicle-to-Everything (V2X) communications, as specified by the 3GPP Release 16 standard. The specific area of our research is the NR-V2X Sidelink communication, also known as the New Radio-Vehicles to Vehicles (NR-V2V) communication. Our goal is to formulate a novel optimization protocol that not only guarantees high-quality services (QoS) but also outperforms existing methodologies in NR-V2V communication.Initially, we introduce Adaptive Physical Configuration (APC), a search-based algorithm designed to identify the optimal physical layer configuration within a set of environmental factors, specifically tailored for a broadcast communication scheme. Following this, we evolve APC into a Radio Aware variant (RA-APC), broadening its scope by incorporating unicast communication and establishing a more flexible structure for PHY resources. In the final phase, we further refine RA-APC by integrating a machine learning algorithm, specifically a decision tree. This integration uncovers patterns within the input factors, thereby augmenting both the accuracy and efficiency of the allocation optimization process

En tant que sujet en expansion de la robotique aérienne, les véhicules aériens sans pilote (UAV) ont fait l'objet d'une attention particulière de la part de la communauté de recherche sur les réseaux sans fil. Dès que les législations nationales permettront aux drones de voler de manière autonome, nous verrons des essaims de drones envahir le ciel de nos villes intelligentes pour accomplir diverses missions : livraison de colis, surveillance des infrastructures, vidéographie événementielle, surveillance, suivi, etc. Les réseaux cellulaires de cinquième génération (5G) et au-delà peuvent améliorer les communications des drones de diverses manières et profiter ainsi à l'écosystème des drones. Il existe une grande variété d'applications sans fil et de cas d'utilisation qui peuvent bénéficier des capacités de ces dispositifs intelligents, y compris les caractéristiques inhérentes du drone de mobilité agile dans l'espace tridimensionnel, le fonctionnement autonome et le placement intelligent. L'objectif général de cette thèse est de fournir une analyse complète des synergies qui peuvent être réalisées en combinant les réseaux cellulaires 5G et au-delà avec la technologie des drones. Cette thèse présente quatre types de modèles d'intégration de l'écosystème des drones et des réseaux cellulaires. Le paradigme cellulaire assisté par drone fait référence à des scénarios de communication dans lesquels les drones sont utilisés comme stations de base volantes (ou aériennes) ou comme relais pour augmenter la connectivité cellulaire terrestre actuelle ou pour atténuer les situations de catastrophe. Le paradigme des drones à assistance cellulaire prévoit l'intégration des drones dans le réseau cellulaire actuel en tant que nouvel utilisateur aérien (UE volant) pour servir une grande variété d'applications et de cas d'utilisation. Le paradigme "drone à drone" met l'accent sur la force collective d'une flotte de drones en tant qu'essaim et sur la communication entre les drones à l'intérieur de l'essaim. Le paradigme hybride non terrestre englobe les réseaux satellitaires et aériens, examinant ainsi l'ensemble du spectre des liaisons de communication du sol à l'air et à l'espace sous la forme d'un réseau de communication intégré espace-air-sol. Dans un premier temps, cette thèse se concentre sur les stations de base aériennes, qui ont fait l'objet d'une grande attention de la part des chercheurs afin de fournir des services de communication flexibles et à la demande aux utilisateurs au sol. À cette occasion, nous construisons une plateforme prototype de démonstration de faisabilité qui délimite les composants de conception requis pour mettre en œuvre de telles plateformes dans le monde réel, et nous expliquons ensuite la nécessité d'un placement optimal des stations de base aériennes pour augmenter les services de communication. Pour prendre en charge une classe hétérogène de services 5G provenant de diverses industries verticales (appelées locataires des opérateurs de réseaux 5G), nous proposons un cadre de station de base aérienne sensible au découpage dans lequel les utilisateurs au sol ayant des exigences de trafic différenciées en termes de débit de données, de latence et de déploiement massif sont pris en charge par le biais d'un approvisionnement intelligent en ressources. Ensuite, nous décrivons les utilisateurs aériens qui sont pris en charge par l'infrastructure cellulaire actuelle et examinons les difficultés telles que la coexistence des utilisateurs aériens et des utilisateurs au sol, les transferts et l'optimisation des trajectoires en fonction des communications
As an expanding subject of aerial robotics, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have received substantial research attention within the wireless networking research community. As soon as national legislations enable UAVs to fly autonomously, we will witness swarms of UAV filling the skies of our smart cities to complete diverse missions: package delivery, infrastructure monitoring, event videography, surveillance, tracking, etc. Fifth generation (5G) and beyond cellular networks can improve UAV communications in a variety of ways and thus benefit the UAV ecosystem. There is a wide variety of wireless applications and use cases that can benefit from the capabilities of these smart devices, including the UAV's inherent characteristics of agile mobility in three-dimensional space, autonomous operation, and intelligent placement. The broad goal of this thesis is to provide a comprehensive analysis of the synergies that may be realized when combining 5G and beyond cellular networks with UAV technology. This thesis presents four types of UAV and cellular ecosystem integration models. "UAV-assisted cellular paradigm" refers to communication scenarios in which UAVs are used as flying (or aerial) base stations or as relays to augment current terrestrial cellular connectivity or to mitigate disaster situations. The "cellular-assisted UAV paradigm" foresees the integration of UAVs into the current cellular network as a new aerial user (flying UE) to serve a wide variety of applications and use cases. The "UAV-to-UAV paradigm" stresses the collective strength of a fleet of UAVs as a swarm and communication amongst UAVs inside the swarm. The "hybrid non-terrestrial paradigm" encompasses satellite and aerial networks, therefore examining the whole spectrum of communication links from the ground to the air to the space in the form of an integrated space-air-ground communication network. Initially, this thesis focuses on aerial base stations, which have gained great academic attention in order to provide flexible, on-demand communication services to ground users. On this occasion, we build and construct a proof-of-concept prototype platform that delineates the design components required to implement such platforms in the real world, and we then explain the necessity for optimal placement of aerial base stations for increasing communication services. To support a heterogeneous class of 5G services from various vertical industries (referred to as tenants of 5G network operators), we propose a slicing-aware aerial base station framework in which ground users with differentiated traffic requirements in terms of data rate, latency, and massive deployment are supported through intelligent resource provisioning. Second, we describe aerial users who are supported by current cellular infrastructure and examine difficulties such as coexistence of aerial users and ground users, handovers, and communication-aware trajectory optimization. The use of a swarm of UAVs is considerably more cost-effective as compared to a single UAV conducting a mission when considering realistic mission goals. A swarm of UAVs opens up new opportunities for new services and applications since the UAVs may independently coordinate their operations and work together to complete a given task. Due to the spatio-temporal dynamics of swarm topology, dependable network development with seamless communication amongst UAVs is essential for any operation to be successful. As part of this thesis, we offer centralized and decentralized network models for UAV-to-UAV (U2U) communication inside swarm and conduct a full investigation of sidelink-assisted U2U communication with performance assessment

L'omniprésence des dispositifs mobiles équipés d'une connectivité Internet et de systèmes de positionnement, nous pousse à les considérer comme une ressource précieuse à exploiter. Dans cette thèse, nous abordons l'utilisation des dispositifs mobiles sous un nouvel angle. Nous considérons l'extension de la capacité du MEC en utilisant les ressources disponibles des dispositifs mobiles au-delà de la bordure du réseau d'infrastructure. L'objectif est de tirer parti de leurs ressources inexploitées pour traiter les tâches de calculs au profit du MEC de manière distribuée. Pour pouvoir s'appuyer sur des nœuds mobiles, il est fondamental que le MEC soit capable de connaître son environnement d'exploitation. Dans la première partie de la thèse, nous explorons la disponibilité temporelle des ressources au-delà du bord. Nous avons choisi d'étudier la co-localisation des terminaux et d'analyser leurs persistances dans une cellule. Puis, nous nous intéressons à l'allocation des tâches. Nous mettons l'accent sur l'aspect spatio-temporel en quantifiant les ressources qu'une cellule peut fournir pour effectuer une tâche MEC. Nous estimons le potentiel de tâches de calcul effectuées par les terminaux en fonction du temps de présence cumulé dans une cellule donnée et d'un délai d'achèvement donné. Les résultats permettent de déterminer les possibilités de décharger des tâches de calcul sur des dispositifs mobiles. En outre, ils permettent de connaître les emplacements où il est judicieux de délester les tâches et la durée des tâches pouvant être délestées
The pervasiveness of mobile devices equipped with internet connectivity and positioning systems leads us to regard them as a valuable resource to leverage. In this thesis, we tackle the use of mobile devices from a new perspective. We consider the extension of the capacity of the MEC by using the available resources of mobile devices beyond the edge of the infrastructure network. The goal is to leverage their untapped resources to process computation on behalf of the MEC in a distributed way. It is fundamental for the MEC to be aware of its operating environment to rely on mobile nodes. In the first part of the thesis, we have focused on the temporal availability of beyond-the-edge resources. We chose to investigate the co-location of terminals and analyze their persistence in a cell. Then, we turn our attention to task allocation. We shift the focus on the spatio-temporal aspect by quantifying the resources that a cell can provide to perform a MEC task. We estimate the potential amount of computational tasks performed by nodes based on the cumulative presence time in a given cell and a given completion delay. Results provide insight into the possibilities of offloading computing tasks on mobile nodes. Furthermore, it allows knowing the locations where it is advisable to offload tasks and the time duration of tasks offloadable

La croissance rapide du trafic de données sans fil et des services intensifs en bande passante (voix sur IP, streaming vidéo, live streaming, etc.) nécessite de trouver des solutions viables pour améliorer la qualité de service et maximiser les performances du réseau. Pour s'adapter à ces applications intensives en bande passante, les réseaux cellulaires hétérogènes (HetNets) ont été introduits dans le 3GPP comme l'une des principales caractéristiques pour répondre à ces exigences avancées.Maintenant, en raison de la différence de charges de trafic de liaison montante (UL) et de liaison descendante (DL) attendues dans les prochaines générations HetNets, il devient essentiel d'ajuster dynamiquement les ressources UL/DL. Pour soutenir cette nouvelle approche, le duplexage temporel (TDD) dynamique a été proposé. Néanmoins, l'importance d'UL se pose avec l'évolution des réseaux sociaux et des solutions cloud. Par conséquent, il est très intéressant d’introduire de nouvelles techniques qui atténuent les interférences de l’UL, améliorent les débits UL et DL et permettent également une meilleure utilisation des ressources radio en fournissant un équilibrage de charge adéquat entre UL et DL. Une telle caractéristique supplémentaire est le découplage accès UL/DL.Dans notre travail, nous développons d'abord un modèle TDD dans HetNets. Dans ce modèle, nous dérivons des expressions analytiques pour la distribution de l'emplacement du brouilleur considérant tous les scénarios d’interférences possibles qui pourraient se produire dans les réseaux basés sur TDD, tout en tenant compte de l'impact nocif de cette interférence.Basé sur ce dernier résultat, nous dérivons la fonction de distribution et de génération de moment (MGF) de l’interférence intercellulaire montante et descendante considérant un réseau composé d'une macro-cellule et d'une petite cellule. Nous nous appuyons sur les expressions dérivées pour analyser la capacité moyenne de la cellule de référence dans les transmissions en liaison montante et en liaison descendante.Deuxièmement, nous développons un modèle statistique conjoint TDD/découplage pour mettre en évidence les avantages que le mode d'accès de découplage peut apporter à un système basé sur HetNet TDD. L'introduction du mode de découplage nécessite une analyse approfondie de l’étude de comparaison avec le mode d'accès couplé UL/DL conventionnel. Par conséquent, nous dérivons les statistiques du signal d'interférence et du signal d'intérêt des deux modes, puis analysons leur impact sur le performance du système.Ce travail a été étendu pour inclure le déploiement de plusieurs petites cellules, où des aperçus supplémentaires sur les avantages du mode de découplage sont fournies en termes de gains de découplage UL et DL. Suite à la mise en œuvre du modèle développé, il est démontré que le cas de découplage apporte de plus grands avantages dans la liaison montante et maintient la même amélioration dans la liaison descendante pour diverses valeurs de décalage et, ainsi, améliore les performances globales du système lorsqu'il est associé avec une technologie TDD dynamique. Il est en outre démontré que notre réseau modélisé peut être optimisé en adoptant la combinaison optimale à la fois du facteur de décalage des petites cellules et de la distance entre les petites cellules.D'un autre côté, l'évaluation des avantages d'un TDD adaptatif et du découplage dans un système basé sur HetNet en fonction des charges de trafic variant dans le temps, nécessite de trouver un simulateur de niveau système où nous pouvons présenter le motif derrière l' adoption de découplage et de TDD dynamique. À partir des scénarios de simulation mise en œuvre, il est observé que l'algorithme adaptatif proposé apporte des améliorations de performances significatives dans le débit UL et DL par rapport à un certain nombre de schémas conventionnels, principalement dans les systèmes fortement chargés
The rapid growth in wireless data traffic and bandwidth intensive services (voice over IP, video streaming, livestreaming, etc.) necessitates finding viable solutions to improve service quality and maximize thenetwork performance. To accommodate these bandwidth intensive applications, heterogeneous cellular networks (HetNets) were introduced in 3GPP as one of the main features to meet these advanced requirements. Yet, because of the difference in uplink (UL) and downlink (DL) traffic loads expected in the next HetNetsgeneration, it becomes essential to dynamically adjust UL/DL resources. To support this newapproach, dynamic time-division duplexing (TDD) has been proposed. Nevertheless, the importance of UL arises along with the evolution of social networking and cloudsolutions. Therefore, it is of great interest to introduce novel techniques that mitigate ULinterferences, improve UL and DL throughputs and allow as well, a better use of radio resources byproviding adequate load balancing among UL and DL. Such an additional feature is the decoupledUL/DL access.In our work, we first develop a TDD model in HetNets. Under this model, we derive analytical expressions for the distribution of the interferer location considering all possible interference scenarios that could occur in TDD-based networks, while taking into account the harmful impact of interference.Based on the latter result, we derive the distribution and moment generating function (MGF) of the uplink and downlinkinter-cell interference considering a network consisting of one macro cell and one small cell. We build on the derivedexpressions to analyze the average capacity of the reference cell in both uplink and downlink transmissions.Second, we develop a joint TDD/decoupling statistical model to highlight the benefits thatthe decoupling access mode can bring to a HetNet TDD based system, in terms of UL and DL spectral efficiencies and throughputs. Introducing the decoupling mode necessitates a thoroughcomparison study with the conventional coupled UL/DL access mode. Therefore, we derive the statistics of the interference signal and the signal of interest of both modes and then analyze their impact on the system performance.This work was extended to include multiple small cells deployment, where more insight into the benefits of decoupling mode is provided in terms of UL and DL decoupling gains. Further to the implementation of the developed model, it is shown that the decoupling case brings greater benefits in the uplink and maintains the same improvement in the downlink for various offset values and thus, improves the overall system performance when being combined with a dynamic TDD technology. It is further shown that our modeled network can be optimized by adopting the optimal combination of both the small cell offset factor and the distance between small cells.On the other hand, evaluating the benefits of an adaptive TDD and decoupling in a HetNet based system according to time-variant traffic loads, necessitates findinga system level simulator where we can present the motivation and accurately assess the role of both decoupling and dynamic TDD techniques in the UL/DL optimization problem. From the applied simulation scenarios, it is observed that the proposed adaptive algorithm (dynamic TDD with decoupling policies) yields significant performance improvements in UL and DL throughput compared to a number of conventional schemes, mainly in dense HetNet deployment and in highly loaded systems

Les futurs réseaux mobiles promettent des opportunités sans précédent pour l'innovation et des cas d'utilisation disruptifs. L'engagement des réseaux 5G et au-delà à fournir des applications critiques nécessite un réseau polyvalent, évolutif, efficace et rentable, capable d'adapter son allocation de ressources pour répondre aux exigences de services hétérogènes. Pour relever ces défis, le découpage du réseau s'est imposé comme l'un des concepts fondamentaux proposés pour améliorer l'efficacité des réseaux mobiles 5G et leur conférer la plasticité requise. L'idée est de fournir des ressources à différentes industries verticales en construisant plusieurs réseaux logiques de bout en bout sur une infrastructure virtualisée partagée. Chaque "tranche de réseau" ainsi définie est personnalisée pour fournir un service spécifique en adaptant son architecture et ses technologies d'accès radio.Précisément, des applications telles que l'automatisation industrielle ou les communications entre véhicules imposent aux réseaux cellulaires des exigences strictes en matière de latence et de fiabilité. Étant donné que le réseau mobile actuel ne peut pas répondre à ces exigences, les communications ultra-fiables et à faible temps de latence constituent un sujet de recherche essentiel qui a suscité un élan considérable de la part du monde universitaire et des alliances industrielles. Pour répondre à ces exigences, l'utilisation de la multi-connectivité, c'est-à-dire l'exploitation simultanée de plusieurs liaisons radio comme voies de communication, est une approche prometteuse.L'objectif du présent manuscrit est d'étudier des techniques d'allocation de resources exploitant la couverture redondante des utilisateurs, garantie dans de nombreux scénarios 5G. Nous examinons d'abord l'évolution des réseaux mobiles et discutons des diverses considérations relatives à l'architecture de découpage du réseau et de son impact sur la conception des méthodes d'allocation des ressources. Nous utilisons ensuite les outils de la théorie des files d'attente pour modéliser un système dans lequel un ensemble d'utilisateurs URLLC sont connectés simultanément à deux stations de base ayant la même bande passante ; nous appelons ce scénario le cas homogène. Nous introduisons des politiques d'allocation appropriées et évaluons leurs performances respectives en évaluant leur fiabilité. Ensuite, nous étendons les résultats du cas homogène à un cadre plus général où les interfaces physiques gèrent des bandes passantes différentes, que nous appelons le cas hétérogène. Enfin, nous fusionnons les éléments ci-dessus pour valider le choix des schémas d'allocation des ressources en tenant compte de l'architecture déployée
Future mobile networks envision unprecedented innovation opportunities and disruptive use cases. As a matter of fact, the 5G and beyond networks' pledge to deliver mission-critical applications mandates a versatile, scalable, efficient, and cost-effective network capable of accommodating its resource allocation to meet the services' heterogeneous requirements. To face these challenges, network slicing has emerged as one of the fundamental concepts proposed to raise the 5G mobile networks' efficiency and provide the required plasticity. The idea is to provide resources for different vertical industries by building multiple end-to-end logical networks over a shared virtualized infrastructure. Each network slice is customized to deliver a specific service and adapts its architecture and radio access technologies.Precisely, applications such as industrial automation or vehicular communications pose stringent latency and reliability requirements on cellular networks. Given that the current mobile network cannot meet these requirements, ultra-reliable low-latency communications (URLLC) embodies a vital research topic that has gathered substantial momentum from academia and industrial alliances. To reach URLLC requirements, employing multi-connectivity (MC), i.e., exploiting multiple radio links as communication paths at once, is a promising approach.Therefore, the objective of the present manuscript is to investigate dynamic scheduling techniques, exploiting redundant coverage of users, guaranteed in numerous 5G radio access network scenarios. We first review the evolution of mobile networks and discuss various considerations for network slicing architecture and its impact on resource allocation design. Then, we use tools from queuing theory to model a system in which a set of URLLC users are connected simultaneously to two base stations having the same bandwidth; we refer to this scenario as the homogenous case. We introduce suitable scheduling policies and evaluate their respective performances by assessing their reliability. Next, we extend the homogenous case's results to a more general setting where the physical interfaces manage different bandwidths, referred to as the heterogeneous case. Finally, we merge the above elements to validate the choice of resource allocation schemes considering the deployed architecture