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Thèse Réseaux 5G avec communications D2D fixes ou mobiles F/H

ref : 0023755 | 02 Jul 2019

apply before : 31 Dec 2019

40 48 Avenue de la Republique 92320 CHATILLON - France

about the role

Votre rôle est d'effectuer un travail de thèse sur Réseaux 5G avec communications D2D fixes ou mobile : orchestration, allocation dynamique des ressources, Performance, Latence et fiabilité - Impact du full duplex et du beamforming.

Contexte global du sujet de thèse

La communication « device to device » (D2D) est une technologie prometteuse pour les futurs réseaux sans fils. Elle permet une communication directe entre dispositifs, ce qui améliore les délais, la fiabilité, le débit et la consommation d'énergie. Elle permet de plus une diminution de la charge du réseau et une extension de la couverture cellulaire. De plus, un device peut relayer une communication entre une station de base et un autre device situé en dehors de sa zone de couverture. Par conséquent, la communication D2D peut contribuer à répondre aux exigences du futur réseau radio 5G.

À cet égard, une orchestration du système afin d'élaborer des politiques d'allocation dynamiques des ressources et la gestion des interférences constituent deux défis majeurs.

Dans les réseaux actuels, les transmissions sont effectuées en mode half-duplex. Les techniques de duplex intégral (full duplex) et de beamforming permettent d'améliorer considérablement les performances.

Les devices pouvant être soit en mode Découverte, soit en mode Communication. il y a en particulier des ressources radio spécifiques leur permettant de se découvrir et de découvrir les services offerts à proximité et de s'annoncer aux autres avant de passer en communication.

Etat de l'art

Les travaux scientifiques actuels ne permettent pas de répondre pleinement à ces enjeux. En effet, il n'existe par exemple pas à l'heure actuelle de méthode analytique pour la modélisation de la performance, notamment le délai la fiabilité et le débit, d'un service réaliste en communications D2D [1] dans un réseau cellulaire, qui prenne également en considération le mécanisme full duplex [2] et la transmission beamforming [3], ainsi que les variations spatiales et temporelles des performances induites par la mobilité des devices. Bien que le canal à relais full duplex soit un paradigme important en théorie de l'information, l'hypothèse full duplex a rarement été prise en compte jusqu'ici dans les études de performances des communications D2D au sein des réseaux cellulaires. C'est également le cas de la technique de beamforming pour les communications D2D. Toute une littérature sur l'évaluation de performance des communications [4, 5] peut être revisitée à la lumière des techniques full duplex et beamforming dans un cadre D2D, avec des devices fixes ou mobiles.

about you

Vous êtes titulaire d'un Master Recherche Recherche Opérationnelle, Réseaux ou Communications numériques ou d'un diplôme d'ingénieur (Telecom ParisTech, CentraleSupélec, ENS, X, …). Vous avez effectué un stage recherche.

Compétences :

Grande expertise en réseaux sans fil (couches PHY, MAC et gestion des ressources radio) et en mathématiques (optimisation, files d'attentes).

Très bonnes compétences en communication orale et écrite en anglais.

Expertise en simulation et en langage informatique (notamment Matlab).

Première expérience en recherche souhaitée et techniques associées (organisation du travail, rapports, documentation, autonomie, créativité).

additional information

Objectif scientifique - verrous à lever

L'objectif de la thèse est de développer des méthodes analytiques permettant d'évaluer les performances des communications D2D dans un réseau radio, en termes de latence, fiabilité, consommation d'énergie et de débit, et également en termes de capacité, de couverture. Ces méthodes devront prendre en compte une orchestration du système afin d'élaborer des politiques d'allocation dynamiques des ressources répondant aux problématiques de services et aux variations spatiales et temporelles de ces communications. Ces méthodes prendront en considération l'impact des techniques de full duplex et de beamforming, ainsi que la mobilité des devices. A ce titre, l'objectif est de quantifier de manière précise les évolutions spatiales et temporelles des indicateurs de performances induites par la mobilité des utilisateurs et la dynamique des demandes de services.

De plus, les devices pouvant être soit en mode Découverte, soit en mode Communication, les méthodes analytiques développées devront permettre d'étudier les performances de ces mécanismes en prenant en compte notamment les effets du beamforming et en tenant compte également des contraintes de délai pour les services de type URLCC ou de consommation d'énergie pour les services de type IoT.

Critères de performances : latence, fiabilité, économie d'énergie, débits, capacité, couverture,

Un des défis à relever dans le cadre de cette thèse, et qui constitue également un de ses aspects novateurs consiste, à travers les travaux qui seront effectués, à développer et à fournir des méthodes d'études, fondées sur des modèles analytiques, permettant d'établir des résultats d'analyse précis, avec un gain de temps considérable par rapport à des simulations. Cela permet l'analyse d'un grand nombre de scénarios en un laps de temps plus limité.

Approche méthodologique-planning

Le développement de méthodes analytiques permettant d'élaborer des politiques d'allocation dynamiques des ressources, et d'analyser les performances de communications D2D au sein d'un réseau sans fil, en considérant les modes Découverte, et Communication, avec prise en compte de la mobilité des devices et des techniques de full duplex et de beamforming constituera la base des travaux de la thèse.

Les modèles développés prendront en compte les phénomènes de propagation et la position des entités du système, devices et stations de base. Les méthodes utilisées pour l'analyse des performances des scénarios considérés seront également analytiques. En particulier, le doctorant pourra se fonder sur la géométrie stochastique pour les aspects radio (Poisson Line Process pour les modèles de rue). Des modèles de mobilité simples pourront être étendus. La théorie des files d'attente sera utilisée pour modéliser la dynamique des services, et de l'allocation des ressources, l'optimisation de Lyapunov et des algorithmes « drift plus penalty » pour les aspects de latence et de fiabilité, et la mécanique lagrangienne pour les aspects mobilité. L'un des services possibles est d'offrir notamment une connectivité haut débit par relais multi-bonds au réseau.

La validation des modèles proposés sera effectuée à l'aide de simulations.

department

Au sein de la Division Orange Labs Networks, la direction planification et modélisation de réseaux (Radio Network Modeling) est responsable des missions suivantes.

  • Analyser les features 3GPP & les développements industriels de l'accès mobile relatifs à la gestion des ressources radio (RRM & mobilité)

  • Evaluer les performances radio 3G/LTE/LTE-A/5G ainsi que les améliorations de QoS apportées par les features RAN pour le support des services voix & data à l'accès (E2E, couverture, capacité, mobilité)

  • Explorer les concepts innovants de l'accès mobile (ex. modèles analytiques, radio cognitive

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

  • L'opportunité de travailler sur des techniques avancées en lien avec la 5G.

  • L'occasion de développer des approches mathématiques originales pour une utilisation concrète et innovante dans les réseaux.

  • La possibilité d'être en interactions à la fois avec le monde industriel et le monde académique et d'être un pont entre ces deux environnements.

  • La participation éventuelle à des projets collaboratifs régionaux, nationaux ou européens.

  • La possibilité éventuelle de participer à des conférences internationales prestigieuses

Références :

[1] M. Noura and R. Nordin, “A survey on interference management for Device-to-Device (D2D) communication and its challenges in 5G networks,” in Journal of Network and Computer Applications, 2016

[2] Hernan-Felipe Arrano-Scharager, Marceau Coupechoux, Jean-Marc Kelif, Full and Half Duplex-Switching Policy for Cellular Networks under Uplink Degradation Constraint, IEEE International Conference on Communications (ICC), 2018

[3] Woong Son, Bang Chul Jung, Choul-Young Kim, Jong Min Kim Pseudo-Random Beamforming with Beam Selection for Improving Physical-Layer Security, Tenth International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), 2018

[4] Jie Yang, Li Feng, Guangcheng Li, Shumin Yao, Hong Liang, Reducing Collision Time and Contention Delay for Wireless Full-Duplex, IEEE International Conference on Smart Internet of Things (SmartIoT), 2018

[5] Zhidu LI, Yuming Jiang, Yuehong Ao, Pengxiang Li , Lin Sang, Dacheng Yang, Delay and Delay-Constrained Throughput Performance of a Wireless-Powered Communication System.

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