Vers l'application du découpage du réseau dans les réseaux 5G

Towards enforcing network slicing in 5G networks

• Auteur / Autrice : Sihem Bakri
• Direction : Adlen Ksentini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Télécommunications
• Date : Soutenance le 28/01/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut EURECOM (Sophia-Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Härri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadia Lynda Mokdad, Joanna Moulierac, Pantelis Frangoudis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Negru, Hacène Fouchal

Mots clés

Mots clés contrôlés

SDN (architecture des réseaux d'ordinateurs)

Apprentissage par renforcement (intelligence artificielle)

Apprentissage supervisé (intelligence artificielle)

Technologie 5G

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Découpage du réseau dans la 5G

Gestion des ressources radio

Contrôle de l'admission des tranches

Frais généraux de signalisation

Apprentissage machine

Apprentissage par renforcement

Network slicing in 5G

Radio resource management

Slice admission control

Signaling overhead

Machine learning

Reinforcement learning

Résumé

Les architectures de réseaux sans fil actuelles, de type « une taille pour tous », ne peuvent pas prendre en charge ces critères de services hétérogènes de nouvelle génération 5G. Par conséquent, la recherche autour de la 5G vise à fournir des architectures et des mécanismes plus adéquats pour répondre à ce besoin. L'architecture 5G est conçue pour répondre aux exigences variées et contradictoires des services, en termes de latence, de bande passante et de fiabilité, qui ne peuvent être assurées par la même infrastructure du réseau. Dans ce contexte, le découpage du réseau fourni par la virtualisation du réseau permet de diviser l'infrastructure en différentes tranches, chaque tranche est adaptée aux besoins spécifiques des services, où elle permet à différents services (comme l'automobile, l'Internet des objets...) d'être fournis par différentes instances de la tranche du réseau. Les chercheurs ont défini trois grandes classes de services de découpage en réseau, qui sont: enhanced Mobile BroadBand (eMBB), massive Machine Type Communication (mMTC), and ultra-Reliable and Low-Latency Communication (uRLLC). L'un des principaux défis du déploiement des tranches de réseau est le découpage du réseau d'accès radio (RAN). En effet, la gestion des ressources RAN et leur partage entre les tranches de réseau est une tâche particulièrement difficile. Cette thèse propose des solutions qui visent à améliorer les performances du réseau et d'introduire de la flexibilité et une plus grande utilisation des ressources du réseau, en fournissant de manière précise et dynamique aux tranches de réseau activées les quantités de ressources appropriées pour répondre à leurs divers besoins.

The current architecture “one size fits all” of 4G network cannot support the next-generation 5G heterogeneous services criteria. Therefore, research around 5G aims to provide more adequate architectures and mechanisms to deal with this purpose. The 5G architecture is envisioned to accommodate the diverse and conflicting demands of services in terms of latency, bandwidth, and reliability, which cannot be sustained by the same network infrastructure. In this context, network slicing provided by network virtualization allows the infrastructure to be divided into different slices. Each slice is tailored to meet specific service requirements allowing different services (such as automotive, Internet of Things, etc.) to be provided by different network slice instances. Each of these instances consists of a set of virtual network functions that run on the same infrastructure with specially adapted orchestration. Three main service classes of network slicing have been defined by the researchers as follows: Enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive Machine Type Communication (mMTC), and ultra-Reliable and Low-Latency Communication (uRLLC). One of the main challenges when it comes to deploying Network Slices is slicing the Radio Access Network (RAN). Indeed, managing RAN resources and sharing them among Network Slices is an increasingly difficult task, which needs to be properly designed. This thesis proposes solutions that aim to improve network performance, and introduce flexibility and greater utilization of network resources by accurately and dynamically provisioning the activated network slices with the appropriate amounts of resources to meet their diverse requirements.