Etude des scénarios de clustering des réseaux 4G de TT pour la migration vers une architecture 5G Cloud-RAN

République Tunisienne
Ministère de l'Enseignement
Supérieur, de la Recherche
Scientifique et de la Technologie

Faculté des Sciences de Bizerte

Université de Carthage Département Informatique

Année Universitaire : 2020-2021

Code

Mémoire de Projet de Fin d'Etudes

Pour l'obtention d'un Mastère Professionnel en Technologies des Réseaux de
Télécommunications
Option: Techniques avancées dans les réseaux
Intitulé :

Etude des scénarios de clustering des réseaux 4G de TT pour la migration vers une architecture 5G Cloud-RAN

Réalisé par :

El Bouhani Abdel basset

Au sein de

Tunisie Télécom

Encadré par :

Mr Kais Ameur (Tunisie Télécom)
Mme Soumaya Hamouda (FSB)

Dédicaces

Je dédie ce travaille

A ma mère Najia, ma raison d'être, la lanterne

Qui éclaire mon chemin et m'illumine d'affection et d'amour.

A mon père Abderrahmane, en signe d'amour, et de gratitude
Pour tous les soutiens et les sacrifices dont il a fait preuve à mon égard.

A mes chers frère et soeur,

A mes chères proches et amies,

Je vous souhaitant un avenir éclatant.

A tous les gens qui ont cru en moi et qui me donnent l'envie
D'aller en avant, je vous remercie tous, vos
Encouragements et votre soutien me donnent la force de continuer.
A tous ceux que j'aime Merci !

Remerciement

C'est avec grand plaisir que je réserve cette page en signe de gratitude et de profonde reconnaissance à tous ceux qui m'ont aidé à réaliser ce modeste travail. Mes plus vifs remerciements à tous l'équipe professionnel de de la Société « Tunisie Télécom » de leur chaleureux accueil, leurs multitudes d'aides avec une grande sincérité et gratitude. Je vous souhaite beaucoup de réussite et une bonne continuation pour vos projets à venir !

Je remercie spécialement Mr Kais Ameur mon encadrant, pour sa

Gentillesse et ses bonnes explications et conseils qui n'a épargné aucun effort pour contribuer à la réussite de mon travail.

Durant ce stage de 6 mois, j'ai eu l'occasion d'être associé à votre travail et d'acquérir de nouvelles connaissances et compétences.

Merci également par le temps, l'attention que vous m'avez consacrée tout au long de ce stage et surtout l'apprentissage de travail à distance par les meets.

Je tiens à remercier les membres du jury, qui ont acceptée d'évaluer ce modeste travail. Ensuite, j'aimerais particulièrement exprimer ma profonde gratitude à mon encadrante de la Faculté des Sciences de Bizerte, Dr Soumaya Hamouda qui n'a pas hésité à me communiquer et transmettre son expertise pour mener à terme ce projet dans de bonnes conditions.

Ma reconnaissance s'adresse enfin, à tous mes enseignants, qui m'ont formé tout au long de ces deux années à la Faculté des Sciences de Bizerte et spécialement une autre foi à notre coordinatrice Mme Soumaya HAMOUDA qui m'as recommandé à Tunisie Télécom.

Table des matières

Introduction générale 1

Chapitre 1 Cadre du projet 3

Introduction 3

1. Cadre du projet: 3

2 Présentation de l'entreprise d'accueil: 3

2.1 Les exploits et les objectifs de l'entreprise: 3

2.2 Organisation fonctionnelle: 5

2.3 Direction d'affectation de stage: 6

3 Contexte du projet: 6

3.1 Problématique : 6

3.2 Solutions proposées: 6

Conclusion: 7

Chapitre 2 Planification Des réseaux Et architectures Des RAN 8

Introduction 8

I Planification des réseaux cellulaires 8

1.1 Le concept cellulaire 8

1.2 Modèle de propagation 11

1.3 Bilan de liaison 12

1.4 Outils et optimisation de l'emplacement 13

II Les architecture des RAN 14

1 le C-RAN 15

1.5 Structure logique du Cloud RAN 22

1.4 Les méthodes d'accès dans le C-RAN 25

1.5 Les aspects implémenté dans l'architecture Cloud RAN 26

1.6 Core Network 27

1.7 Les avantages de l'architecture C-RAN pour les opérateurs de réseau 29

2 V-RAN 30

2.1 Architecture 31

2.2 Avantages 32

2.3 Le rôle du V-RAN dans les réseaux 5G 32

2.4 Points clés sur le V-RAN 33

3 OPEN/RAN 33

3.1 Les principales organisations RAN ouvertes 34

3.2 Architecture 34

3.3 Avantage 37

3.4 Principaux points 37

Conclusion 38

Chapitre 3 Le réseaux 5G capacité et couverture 39

Introduction 39

1 Vision et objectifs du futur réseau 5G 39

1.1 Evolution des standards actuels 39

1.2 Les objectifs du standard 5G 40

1.3 Classes de communications supportées 41

1.4 Activités de standardisation 42

1.5 Architecture du réseau 5G 43

2 Les technologies émergentes de la 5G 46

2.1 Technologies liées à l'interface radio 46

2.2 Technologies liées à l'architecture du réseau 47

3.Le réseau d'accès 5G 49

3.1. Architecture 49

3.2 Répartition fonctionnelle du NG-RAN 51

3.3 Couche physique de l'interface radio 52

4 Le réseau de transport 5G 56

5 5G couverture et capacité 57

5.1 calcule capacité 57

5.2 Dimensionnement d'un réseau 5G 59

6 SPECIFICATION DES BESOINS 70

7 Réalisation 71

1 Environnement matériel: 71

2 Environnement Logiciel 71

3 Langage de programmation 72

4 Description du fonctionnement de l'application et de ses interfaces: 72

Conclusion 73

Chapitre 4 Clustering des BBU basé sur l'intelligence artificielle 74

Introduction 74

1 Base band unit 74

1.1 BBU 74

1.2 couches 75

2 Concept de virtualisation 78

2.1 Coopération BBU 79

2.2 Types de coopération en mode grappe 80

2.3 Regroupement de cellules 81

3 Intelligence artificiel 81

3.1 Les types d'intelligence artificiel 81

3.2 Distinction entre intelligence artificiel, machine Learning et deep Learning 81

3.2.1 Machine Learning 82

3.3 Deep Learning 83

4 La classification automatique « Clustering » 84

5 Déférente algorithme 85

6 Réalisation 86

1 les besoins 86

2 Environnement de travail: 86

2.1 Environnement matériel: 86

2.2 Environnement Logiciel: 87

3 Principales bloc du module avec description 88

Conclusion 94

Conclusion générale 95

Bibliographie 96

Listes des figures

Figure 1.Logo de Tunisie Télécom 5

Figure 2.Organisation fonctionnelle de Tunisie Télécom 5

Figure 3.Différents types de cellules 10

Figure 4.Distance de réutilisation 10

Figure 5.Motif cellulaire 11

Figure 6.Modèle de propagation 11

Figure 7.Station de base traditionnelle 16

Figure 8.Station de base avec RRH 16

Figure 9.C-RAN avec des RRHs 17

Figure 10.les deux solutions Cloud-RAN 17

Figure 11.Architecture C-RAN complétement centralisé 18

Figure 12.Architecture C-RAN partiellement centralisé 18

Figure 13.L'architecture Cloud RAN 21

Figure 14.Structure logique du Cloud RAN 22

Figure 15.les réseaux coeur sans l'utilisation du C-RAN 28

Figure 16.le réseau coeur avec l'utilisation du C-RAN 28

Figure 17.Composition de l'Architecture VRAN 31

Figure 18.Haut niveau de l'architecture openRan 35

Figure 19.Déférence entre le Ran traditionnelle et open Ran 37

Figure 20.Evolution du trafic data mondial 40

Figure 21.Planification du processus de standardisation de la 5G 42

Figure 22.Architecture du réseau 5G 43

Figure 23.Architecture fonctionnelle du réseau 5G. 44

Figure 24.Modes de déploiement autonome (a) et non-autonome (b) du réseau 5G 46

Figure 25.Principe du Network Slicing 49

Figure 26.Architecture du réseau d'accès 5G 50

Figure 27.Pile protocolaire du NG-RAN. 51

Figure 28.Répartition fonctionnelle du NG-RAN 52

Figure 29.Blocs de génération de la forme d'onde de l'interface radio. 52

Figure 30.Réseau de transport 5G 56

Figure 31.Technologies de transport proposées pour le fronthaul 5G. 57

Figure 32.Spécification 38.306 58

Figure 33.Calcul de Dimensionnement de couverture 59

Figure 34.Modèle de bilan de liaison uplink 66

Figure 35.Modèle de bilan de liaison downlink 67

Figure 36.Logo VS code 71

Figure 37.Logo JS 72

Figure 38.Interface application 72

Figure 39.Structure des couches 76

Figure 40.Virtualisation du pool BBU dans C-RAN 79

Figure 41.Cluster actif/passif 80

Figure 42.Cluster actif/actif 80

Figure 43.Schéma générale des notions de l'intelligence artificielle 82

Figure 44.CNN 84

Figure 45.llustration de regroupement en clusters 85

Figure 46.Logo anaconda 87

Figure 47.Logo jupyter 88

Figure 48.Base de données BBU 88

Figure 49.Installation de les l'outils 89

Figure 50.Chemin d'accès à la base 89

Figure 51.Information sur la base 90

Figure 52.Décris la base 90

Figure 53.Séparation du cible 91

Figure 54.Donné escaladé 91

Figure 55.Préparation du paramètre 92

Figure 56.Data détaillé avec pair plot 92

Figure 57.Implémenté le cluster 93

Figure 58.Donné cible classé 93

Listes des tableaux

Tableau 1Exemple d'un bilan de liaison équilibre (cas d'une cellule 2 w avec diversité d'antennes à

la BS) 13
Tableau 2Exemple d'un bilan de liaison déséquilibre (cas d'une cellule 2 w avec diversité d'antennes

à la BS) 13

Tableau 3Performances du réseau 5G ciblées par le projet IMT-2020. 41

Tableau 4Description des fonctions du réseau 5G 45

Tableau 5Numérologies supportées par le NG-RAN 53

Tableau 6Bandes spectrales adoptées pour la 5G. 55

Tableau 7Paramètres pour le calcul de PIRE 63

Tableau 8Bilan de liaison Montant 65

Tableau 9Bilan de Liaison Descendant 67

Tableau 10Modèle OKUMURA-HATA 69

Tableau 11Modèle COST231-HATA 70

1

Introduction générale

Les réseaux de communication mobile ont toujours connu une évolution continue et rapide depuis leur lancement en tant que réseaux téléphoniques uniquement. D'une génération à l'autre, les services se sont multipliés et diversifiés pour inclure les données dans un premier temps puis la vidéo et de nombreux autres services au fur et à mesure.

Ce progrès a été suivi par une croissance exponentielle du nombre d'utilisateurs et des dispositifs mobiles, et par conséquence, du volume de trafic de données. Grâce aux différentes générations de réseaux mobiles, l'architecture a été et est toujours en évolution et de nouveaux mécanismes sont encore proposés pour améliorer la qualité des services et les performances pour l'intégration de nouveaux services. Le réseau d'accès radio de la 5éme génération de réseaux mobiles doit supporter des débits de données très élevés indispensables pour délivrer des services large bande améliorés, des communications à très faible latence et une centralisation des traitements et des fonctionnalités principales du réseau. Dans cette perspective, le 3GPP (3rd Generation Partenership Project) a défini les principales caractéristiques du réseau 5G dans la version R15 (Release 15) du standard.

Dans ce cadre s'inscrit notre projet de fin d'études qui consiste à chercher une bibliographique sur la planification des réseaux et les architectures Cloud, calcule du capacité et couverture des réseaux et étudier l'implémentation de l'intelligence artificiel dans le mécanisme de clustering des BBU.

Notre rapport sera décomposé en quatre chapitre :

4 Le premier chapitre englobe la présentation de l'entreprise d'accueil où se déroule notre stage de fin d'étude tout en précisant ses approches et ses objectifs.

4Le deuxième chapitre est consacré à la Recherche d'une bibliographique sur la planification des réseaux et les architectures Cloud-RAN/V-RAN/Open-RAN.

4Au niveau du troisième chapitre nous détailler le réseaux 5G et Développons un module pour le calcul de capacité et de la couverture 5G.

4 Dans le dernier chapitre nous Développons un module intelligent de clustering dynamique des BBU pour une formation de BBU pools s'adaptant aux variations de la charge du trafic.

2

4 Ce rapport sera clôturé par une conclusion générale

3

Chapitre 1 : Cadre du projet