Coopération et autonomie dans les réseaux à petites cellules

Cooperation and self -* for small cells networks

• Auteur / Autrice : Btissam Er-Rahmadi
• Direction : César Viho, Adlen Ksentini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 15/09/2016
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - DIONYSOS

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux locaux sans fil

Mots clés libres

Petites cellules

Déploiements Green-Field

Réseau de Collecte Sans Fil

WLAN Haute capacité

Ul mu-Mimo

Small Cells

. Green-Field Deployments

Wireless Backhaul

WLAN High capacity

Ul mu-Mimo

Résumé

La croissance phénoménale du trafic pousse les opérateurs mobiles à différencier leurs plans de tarification en se basant sur la bande passante consommée. Afin de maximiser la monétisation du trafic de données, les opérateurs devront envisager des approches plus intelligentes tout en améliorant leurs réseaux actuels ou en déployant de nouvelles infrastructures. Les Small Cells sont une partie intégrante des réseaux cellulaires matures 3G/4G et futurs 5G. Les Small Cells peuvent être de facto déployées dans des architectures hétérogènes pour la densification des réseaux macrocellulaires, ou de façon homogène pour une couverture en haut débit. Pour le deuxième cas de déploiement, de nouveaux défis doivent être résolus: un réseau de collecte fiable et économique est vital pour les déploiements des Small Cells. Le réseau de collecte est spécifiquement plus contraignant pour les déploiements des Small Cells dans les zones dites green-field, où les infrastructures de transport sont absentes ou présentes mais ne peuvent être contrôlées par l'opérateur. En d'autres termes, l'opérateur mobile souhaite garantir une bonne qualité d'accès aux services haut débit en se basant uniquement sur des Small Cells, tout en réduisant le coût global de l'installation. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur des solutions de réseau de collecte rentables qui peuvent fournir les capacités minimales requises par les utilisateurs finaux. Notre première contribution vise à assurer une capacité suffisante aux réseaux Small Cells 4G. Tout d'abord, nous proposons une méthode rentable qui minimise les coûts du réseau de collecte tout en respectant les contraintes de : 1) demande de trafic dans le réseau d'accès, et de 2) caractéristiques technologiques des liens de collecte. Cette méthode permet d'obtenir des solutions sur mesure de réseau de collecte à coûts optimal pour un réseau d'accès donné, basé sur des Small Cells; ces solutions sont constituées de différentes technologies de liaison. Deuxièmement, nous analysons l'impact de l'activité des utilisateurs finaux sur le trafic généré à la fois sur les deux interfaces logiques S1 et X2 d'une Small Cell, tout en tenant compte les différentes composantes de trafic moyen d'un utilisateur final. Cette analyse permet d'avoir un aperçu très utile pour la sélection des solutions nécessaires au réseau de collecte. Dans notre deuxième contribution, nous nous focalisons sur l'amélioration des capacités des systèmes WLAN. Nous concevons un protocole d'ordonnancement MAC pour les transmissions uplink multi-utilisateurs : il permet un échange minimal des trames de contrôle requises pour la mise en place des transmissions entre les multiples émetteurs et le récepteur. Les résultats d'analyse et de simulations révèlent des performances améliorées, d'un point de vue du système et de l'utilisateur.

The recent phenomenal traffic growth is driving mobile operators to tier their pricing plans based on consumed bandwidth. To maximize data traffic monetization, operators will need to consider smarter approaches while upgrading their current networks or deploying new ones. Small Cells are an integral part of both mature 3G/4G and future 5G cellular networks. Small Cells may be de facto deployed in heterogeneous architectures for Macro cells densification, or homogeneously for minimum broadband coverage. In this respect, emerging challenges must be tackled: a reliable and economical backhaul is vital for Small Cells deployments. It is specifically more constraining for Small Cells deployments in green-field areas, where transport infrastructure are absent or non-owned. In other words, the mobile operator wants to ensure good quality access to broadband services based only on Small Cells, while reducing overall installation cost. In this thesis, we focus on cost-efficient backhaul solutions that may provide the minimum capacities required by end users. Our first contribution targets the provisioning of 4G Small Cells networks with sufficient capacity. Firstly, we provide a cost-efficient method that minimizes backhaul cost while respecting the constraints of access network traffic demand and connecting technologies characteristics. This method provides with customized cost-optimal backhaul solutions for a given Small Cells access network; those solutions are made up of different linking technologies. Secondly, we analyze the impact of end users activity -i.e. data exchange- on generated traffic on both a Small Cell logical interfaces S1 and X2; by taking into account different traffic components of an end user device. The analysis supplies with valuable insights on selecting the needed backhaul solutions. In our second contribution, we focus on improving capacity in WLAN systems. We design a MAC scheduling scheme for uplink multi-users transmissions: it enables to exchange minimal control frames required for the establishment of transmissions between the multiple transmitters and the receiver. Both analytic results and conducted proof-of-concept simulations show improved efficiency for both system and user oriented performances.