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Thèse Diffusion à l'aide d'algorithmes d'intelligence artificielle de contenus via des communications device-to-device

ref : 0018783 | 02 Apr 2019

apply before : 30 Sep 2019

2 avenue Pierre Marzin 22300 LANNION - France

about the role

Votre rôle est d'effectuer un travail de thèse sur : « Performance de la diffusion de contenu dans des zones denses par communications Device to Device».

Contexte global du sujet de thèse et état de l'art

Contexte : Les réseaux ad-hoc existent depuis de nombreuses années mais n'ont pas connu le succès attendu, en grande partie à cause des difficultés rencontrés par les utilisateurs pour activer les connexions Device-to-Device (D2D) sur les terminaux (configuration, appairage, etc.) et du problème de densité des terminaux. En effet, celui-ci doit atteindre un niveau suffisant pour établir la connectivité entre les différents terminaux dans une zone géographique donnée (lié au phénomène de percolation). Par ailleurs, le routage dans un réseau qui a réussi à se former (routage multi-hop) est également un problème complexe. En dehors des aspects techniques, la régulation sur l'utilisation des fréquences radio est également un obstacle à la formation des réseaux ad-hoc, les opérateurs ayant été longtemps réticents à la formation de tels réseaux. On peut néanmoins constater aujourd'hui un changement avec l'apparition de bandes de fréquences LTE non licenciées, le Wifi direct, etc. L'émergence de l'alliance Multefire montre notamment l'intérêt que portent les industriels aux modes alternatifs de communications sans fil. La grande différence par rapport aux débuts des années 2000 est la prolifération de smartphones/tablettes avec de nouvelles interfaces, qui permet la diffusion massive de contenu dans des zones denses, pour lesquelles le problème de percolation n'existe pas et le problème de routage multi-hop est rendu moins critique. Aujourd'hui, il est permis de penser que la diffusion massive de contenu par des réseaux ad-hoc denses peut s'appliquer à l'événementiel (stades, concert, etc.). L'opérateur peut de plus jouer un rôle de catalyseur en utilisant sa propre infrastructure.

Etat de l'art : Les réseaux D2D ont été étudiés depuis de nombreuses années dans la littérature technique (cf. par exemple [1]), ainsi que les problèmes de percolation associés [3,4] ; des groupes de travail ont notamment été créés à l'IETF (MANET) pour les réseaux ad-hoc et pour les réseaux véhiculaires (VANET) depuis la fin des années 1990, avec une attention particulière pour les problèmes de routage dans ces réseaux (cf. par exemple OLSR [2]). Ce type de communications réapparaît néanmoins de manière plus aigüe aujourd'hui avec l'émergence de la 5G et des « verticales » (notamment pour le véhiculaire) [5]. Par ailleurs, l'emploi massif de smartphones et de tablettes permet d'envisager de diffuser de manière virale des contenus dans des zones denses, c'est-à-dire de proche en proche sans repasser par le réseau de l'opérateur, étant donné la présence d'un grand nombre de terminaux dans une zone dense. Contrairement aux études déjà parues dans le domaine des communications D2D, on s'intéresse ici aux zone denses où il n'y pas de problèmes de connectivité. Par ailleurs, on suppose qu'il existe plusieurs points d'injection d'un contenu et que plusieurs contenus sont concurrents dans une zone donnée. L'injection de contenu peut être coordonnée par un acteur qui a une vision globale du réseau de terminaux (en l'occurrence un opérateur), ce qui est une hypothèse originale dans les études sur les réseaux D2D, qui se positionnent traditionnellement en concurrence du réseau d'opérateur. On se référera à la section « Les plus de l'offre » pour une description plus détaillée des missions scientifiques de la thèse.

about you

Vous avez un diplôme d'ingénieur ou un master 2 universitaire.

  • connaissances approfondies en probabilités appliquées (limites fluides, renormalisation, convergence de processus), modèles de file d'attente, optimisation
  • connaissances en réseaux : WiFi, radio cellulaire
  • méthodes de simulation

Une expérience de stage dans le domaine des réseaux radio serait un plus pour la thèse.

additional information

Objectif scientifique - verrous à lever

L'objectif de la thèse proposée est de modéliser la diffusion de contenu dans une zone dense avec plusieurs points d'injection du contenu et de comparer cette méthode à d'autres schémas de distribution, y compris celle reposant sur du broadcast combiné à du stockage anticipé, une diffusion point à point à partir des points d'accès (des hotpsot WiFi ou des small cells), etc. La thèse doit permettre de mesurer le temps de propagation du contenu dans cette configuration particulière où il n'y a ni problèmes de connectivité ni de routage, ce qui démarque cette thèse par rapport à la majorité des travaux sur les réseaux ad-hoc. Par ailleurs, la thèse s'intéressera à la diffusion de plusieurs contenus concurrents dans une zone dense. Les modèles de propagation concurrente donneront lieux à des contributions vis-à-vis de la communauté scientifique. Si ces méthodes de propagation virale sont concluantes, le but final est de mettre au point des règles d'ingénierie pour la couverture par Orange d'événements (stades, concerts, etc.). Le but final de la thèse est de jauger l'intérêt des communications D2D pour la diffusion de contenu dans les zones dense. Si les résultats de l'étude sont positifs, la thèse devra identifier les freins et le leviers pour la diffusion de contenu en mode D2D.

Approche méthodologique-planning

Dans un premier temps, le travail de thèse consistera à dresser un état de l'art de la propagation de contenu dans des zones denses via des communications D2D tout en prenant en compte les problèmes techniques (appairage dans le WiFi, scheduling pour le cellulaire).

Ensuite, la thèse s'attachera à proposer des modèles de propagation d'un seul contenu injecté dans une zone dense via plusieurs points, la zone pouvant être homogène ou hétérogène, en termes de densité de terminaux, mais toujours sous l'hypothèse qu'il y a un grand nombre de terminaux. Pour mettre au point des modèles de diffusion, des techniques de renormalisation et de convergence vers des limites fluides seront utilisées. Ces méthodes utilisent des théorèmes généraux sur la convergence des processus. Il est donc essentiel de maîtriser la théorie de la convergence des processus stochastiques. Cette première phase de la thèse sera suivie par celle de la propagation de plusieurs contenus concurrents. Le but est de modéliser le ralentissement mutuel des contenus injectés simultanément dans le système ou de manière différée. En fonction des résultats, il sera peut être nécessaire d'introduire des méthodes de scheduling ou de priorisation pour l'injection de contenu ou lors du relais par les terminaux.

Les modèles mis au point et éventuellement les algorithmes de scheduling/priorisation proposés devront servir à mettre au point des règles d'ingénierie prenant en compte la configuration de l'infrastructure fixe et de la densité des terminaux pour permettre à un opérateur de diffuser du contenu dans une zone dense avec des temps de de diffusion maîtrisés.

department

La thèse aura lieu au sein de l'équipe ARC qui conçoit l'infrastructure 5G, réseau et IT, de l'opérateur en intégrant les chaînes de valeur économique, les besoins des partenaires (mode B2B2C, ‘verticals' 5G), de l'exploitant, à partir du socle des accès et de la connectivité.

Cette équipe étudie en particulier les apports et impacts des évolutions technologiques: web (HTTP2.0, QUIC, Service Based Architectures…), d'orchestration et virtualisation (NFV, SDN,..), d'architectures à « registres distribués » (Distributed Ledger Technology, Blockchain), ainsi que les solutions à place de marché, pour les intégrer dans les architectures de l'opérateur et les nouvelles chaines de valeur. Elle explore les solutions pour une infrastructure programmable flexible énergétiquement efficace, recherche les solutions exploitant l'intelligence Artificielle (Machine Learning), pour une meilleure ouverture, interaction et valorisation de notre infrastructure avec les tiers (opérateurs, acteurs de l'internet, verticals 5G, régulateurs). Elle contribue à construire la stratégie Orange en standardisation (IETF, ITU-T, ETSI, 3GPP, …) en coordination avec le service en charge de la stratégie de la normalisation du Groupe. C'est un pôle de compétences et d'expertise des architectures de l'infrastructure et de l'intelligence associée (orchestration, virtualisation, protocoles et API)

Qu'est ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

La thèse proposée s'inscrit dans la continuité de travaux existants sur la diffusion de contenu via des communications D2D mais elle se place dans un contexte original (zone dense avec un grand nombre de terminaux). L'offre de service de diffusion de contenu lors d'événement (matches, concerts, etc.) est une préoccupation à la fois pour les opérateurs, qui ont besoin de soulager leurs réseaux cellulaires, les organisateurs d'événements pour satisfaire les participants et les fournisseurs de contenus qui souhaitent diffuser leur contenu et créer de nouveaux services. La thèse se situe ainsi la confluence de plusieurs secteurs d'activités et peut donner lieu à de nombreux développements avec différents acteurs. La diffusion de contenu en zone dense est en particulier une des préoccupations de la future génération des réseaux mobiles (5G). La thèse a ainsi pour but de contribuer à un secteur en plein essor.

Références :

[1]P. Mohapatra, S.V. Krishnamurthy. Ad hoc networks: Technologies and Protocols. 2005 Springer Science + Business Media, Inc.

[2]P. Jacquet, P. Muhlethaler, T. Clausen, A. Laouiti, Q. Qayyul, L. Viennot. Optimized link state routing protocol for ad hoc networks. Proc. INMIC 2001.

[3]O. Dousse, P. Thiran. Connectivity in dense ad hoc networks. Infocom 2004.

[4]Ingmar Glauche, Wolfram Krause, Rudolf Sollacher, Martin Greiner, Continuum percolation of wireless ad hoc communication networks, In Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Volume 325, Issues 3-4, 2003, Pages 577-600.

[5]5GPPP White paper 2016. 5G empowering vertical industries.

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