Optimisation des associations BBU-RRH dans les réseaux Cloud-RAN

BBU-RRH Association Optimization in Cloud-Radio Access Networks

• Auteur / Autrice : Karen Boulos
• Direction : Steven Martin, Hadi Sawaya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 04/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Université Saint-Joseph (Beyrouth). Ecole supérieure d'ingénieurs de Beyrouth
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne ; 1998-2020)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Conchon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Steven Martin, Sylvain Conchon, Pascale Minet, Emilio Calvanese Strinati, Kinda Khawam, Marc Ibrahim, Oriol Sallent, Nadjib Ait Saadi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Minet, Emilio Calvanese Strinati

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gestion des ressources radio

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Cloud Radio Access Networks

Association BBU-RRH

Economie de puissance

Efficacité énergétique

Programmation linéaire en nombre entiers

Théorie des jeux

Cloud Radio Access Networks

BBU-RRH Association

Power Saving

Energy Efficiency

Integer Linear Programing

Game Theory

Résumé

De nos jours, la demande en trafic mobile a considérablement augmenté. Face à cette croissance, plusieurs propositions font l'objet d'étude pour remédier à un tel défi. L’architecture des réseaux d’accès de type Cloud (C-RAN) est l’une des propositions pour faire face à cette demande croissante, et constitue une solution candidate potentielle pour les réseaux futurs 5G. L'architecture C-RAN dissocie deux éléments principaux de la station de base: La BBU ou ``Baseband Unit", qui constitue une unité intelligente pour le traitement des données en bande de base, et le RRH ou ``Remote Radio Head", constituant en une antenne passive pour fournir l'accès aux utilisateurs (UEs). Grâce à l’architecture C-RAN, les BBUs sont centralement regroupées, alors que les RRHs sont distribués sur plusieurs sites. Plusieurs avantages sont ainsi dérivés, tels que le gain en multiplexage statistique, l’efficacité d’utilisation des ressources, et l’économie de puissance. Contrairement à l’architecture conventionnelle où chaque RRH est exclusivement associé à une BBU, dans l’architecture C-RAN, plusieurs RRHs sont regroupés en une seule BBU lorsque les conditions de charge sont faibles. Ceci présente plusieurs avantages, tel que l’amélioration en efficacité énergétique et la minimisation en consommation de puissance. Dans cette thèse, nous adressons le problème d’optimisation des associations BBU-RRH. Nous nous intéressons à l’optimisation des regroupements des RRHs aux BBUs en tenant compte de critères multiples. Plusieurs contraintes sont ainsi envisagées, tel que la réduction de la consommation d'énergie sous garantie de Qualité de Service (QoS) minimale. En outre, la prise en compte du changement du niveau d’interférence en activant/désactivant les BBUs est primordiale pour l’amélioration de l’efficacité spectrale. En plus, décider dynamiquement de la réassociation des RRHs aux BBUs sous des conditions de charges variables représente un défi, vu que les UEs connectés aux RRHs changeant leurs associations font face à des ``handovers" (HOs).

The demand on mobile traffic has been largely increasing nowadays. Facing such growth, several propositions are being studied to cope with this challenge. Cloud-Radio Access Networks Architecture (C-RAN) is one of the proposed solutions to address the increased demand, and is a potential candidate for future 5G networks. The C-RAN architecture dissociates two main elements composing the base station: The Baseband Unit (BBU), consisting in an intelligent element to perform baseband tasks functionalities, and the Remote Radio Head (RRH), that consists in a passive antenna element to provide access for serviced User Equipments (UEs). In C-RAN architecture, the BBUs migrate to a Cloud data center, while RRHs remain distributed across multiple sites. Several advantages are derived, such as statistical multiplexing gain, efficiency in resource utilization and power saving. Contrarily to conventional architecture, where each RRH is associated to one BBU, in C-RAN architecture, multiple RRHs can be embraced by one single BBU when network load conditions are low, bringing along several benefits, such as enhanced energy efficiency, and power consumption minimization. In this thesis, the BBU-RRH association optimization problem is addressed. Our aim is to optimize the BBU-RRH association schemes, taking into consideration several criteria. The problem presents many constraints: For example, achieving minimized power consumption while guaranteeing a minimum level of Quality of Service (QoS) is a challenging task. Further, taking into account the interference level variation while turning ON/OFF BBUs is paramount to achieve enhanced spectral efficiency. Moreover, deciding how to re-associate RRHs to BBUs under dynamic load conditions is also a challenge, since connected UEs face handovers (HOs) when RRHs change their associations.