Design et orchestration des services 5G basés sur les plateformes

Platform-based 5G service design and orchestration

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Dridi
• Direction : Éric Renault, Laurent Roullet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, données et intelligence artificielle
• Date : Soutenance le 21/01/2021
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (France)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom SudParis (France)
• Jury : Président / Présidente : Amel Bouzeghoub
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Roullet, Jihene Rezgui, Khaled Boussetta, Naila Bouchemal, José Soler, Hacène Fouchal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jihene Rezgui, Khaled Boussetta

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux à valeur ajoutée (télécommunications)

Qualité d'expérience (télécommunications)

Optimisation mathématique

Informatique dans les nuages

Radiocommunications mobiles

Technologie 5G

Mots clés libres

Orcherstration des services

Réseaux 5G

Technologies cloud-native

Réseaux d'accès radio

PaaS

Optimization L1

Service orchestration

5G networks

Cloud-native technology

Radio access networks

PaaS

L1 optimization

Résumé

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).