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Les réseaux de communications sans fil : problèmes non-centralisés et solutions

Nous vous rappelons que, afin de garantir l'accès de tous les inscrits aux salles de réunion, l'inscription aux réunions est gratuite mais obligatoire.

Inscriptions closes à cette réunion.

Inscriptions

43 personnes membres du GdR ISIS, et 49 personnes non membres du GdR, sont inscrits à cette réunion.
Capacité de la salle : 140 personnes.

Instructions pour une demande de mission par le GdR ISIS

Le GdR ISIS prend en charge les déplacements des organisateurs des réunions et des orateurs. Le GdR prend aussi en charge les déplacements des participants aux réunions membres d'un laboratoire adhérent du GdR dans la limite d'un doctorant et d'un permanent par laboratoire académique et par réunion, ou d'une personne par adhérent du club des partenaires et par réunion.

La plus grande partie du budget du GdR ISIS est consacrée à la prise en charge de ces missions. Pour que le GdR puisse financer le plus grand nombre de réunions, les participants à ces réunions sont vivement incités à choisir les billets les moins chers. Seuls les billets de train ou d'avion en deuxième classe, non échangeables et non remboursables sont pris en charge. Le GdR se réserve le droit de refuser une demande de billet dont le prix excède la moyenne des prix couramment pratiqués pour le trajet de la mission.

Pour le transport et pour l'hébergement, vous êtes priés d'utiliser le portail SIMBAD du CNRS si vous en avez la possibilité. Cela est en particulier obligatoire si vous êtes membre d'une unité CNRS (UPR, UMR, UMI, URA, FRE). Les réservations d'hôtel sont possibles si la réunion dure plus d'une journée ou si le lieu d'habitation le justifie. Dans le cas où le laboratoire n'est pas une unité CNRS, merci d'envoyer votre demande de prise en charge de la mission à l'adresse DR01.SoutienUnites@cnrs.fr en précisant que la mission relève du GdR ISIS. Si vous utilisez votre véhicule personnel pour une distance supérieure à 300 kilomètres (aller+retour), le GdR ISIS ne rembourse pas vos frais de transport.

Les demandes de mission et les réservations sur le site SIMBAD doivent impérativement être effectuées au moins deux semaines avant la date de la mission.

Aucun remboursement de frais de transport ou d'hôtel avancés par l'agent ne peut plus être effectué au retour de la mission.

Annonce

De nombreux systèmes de communications sans fil ne possèdent pas de point central (de type station de base en cellulaire) permettant la gestion des ressources (fréquence porteuse, bande de fréquence, puissance, ...) entre les différents éléments du réseau et doivent mettre en oeuvre des solutions locales non-centralisées (5G : SON, M2M/D2D, micro/femto cells; réseaux de capteurs, réseaux ad hoc,...). On peut citer par exemple le problème de l'attribution dynamique des fréquences ou de puissance dans les réseaux hétérogènes/SON ou ad hoc. Le besoin de non-centralisation est accru par la mobilité du réseau. De plus, l'environnement aléatoire des réseaux sans fil (canal de propagation, interférences, ...) augmente la complexité du problème tant de manière pratique que théorique. Les techniques permettant de résoudre ce problème sont variées et font appel à des techniques diverses telles que : la théorie des jeux (coopératifs, non-coopératifs, coalition), l'optimisation distribuée, méta-heuristiques distribuées, ...

A cette occasion, nous aurons le plaisir d'entendre les exposés invités suivants :

Organisateurs :

Programme

9h20-9h45 : Introduction de la journée
9h45-10h30 : Samson LASAULCE (CNRS) : Contrôle de puissance décentralisé et efficacité globale
10h30-11h00 : Marios KOUNTOURIS (Huawei) : Decentralized Spectrum Pooling in mmWave Networks
11h00-11h30 : Pause café
11h30-12h00 : Antony POTTIER (Télécom Bretagne) : Évaluation expérimentale d'une méthode d'allocation de puissance distribuée pour les communications acoustiques sous-marines
12h00-12h45 : David GESBERT (Eurecom) : Team approaches in decentralized transmitter coordination
12h45-14h00 : Déjeuner
14h00-14h45 : Zwi ALTMAN (Orange) : Gestion globale de réseaux radio auto-organisants, enjeux et défis
14h45-15h15 : Kenza HAMIDOUCHE (CentraleSupélec) : The 5G backhaul management dilemma: To cache or to serve
15h15-15h45 : Ali SHABBIR (Télécom ParisTech) : Learning in Near-Potential Games for Distributed Load Balancing in Heterogeneous Networks
15h45-16h15 : Pause café
16h15-16h45 : Ghina DANDACHI (Télécom ParisSud) : User Centric Resource Allocation Strategies in 4G/WiFi Multihomed Networks
16h45-17h15 : Baher MAWLAWI (Schneider Electric) : Les enjeux de la communication radio dans l'industrie manufacturière
17h15-17h30 : Table ronde - conclusions

Résumés des contributions

Samson LASAULCE (DR CNRS, L2S) : Contrôle de puissance décentralisé et efficacité globale

L'exposé comprend deux parties. La première concerne une technique d'estimation de canal. Une des raisons pour laquelle le contrôle de puissance décentralisé ne peut être efficace globalement (i.e., au sens d'une métrique de performance globale) est que les émetteurs ne disposent pas de l'état global du système. Pour résoudre ce problème, une technique originale d'acquisition de l'état global à partir d'hypothèses classiques d'observation (la disponibilité du RSIB notamment) est proposée. Dans un second temps, on cherche à déterminer, pour une connaissance donnée à l'émetteur, la meilleure fonction de décision possible en termes de niveau de puissance choisi.

Marios KOUNTOURIS : Decentralized Spectrum Pooling in mmWave Networks

Motivated by the intrinsic characteristics of mmWave technologies, we discuss the possibility of an authorization regime that allows spectrum sharing between multiple operators, also referred to as spectrum pooling. In particular, considering user rate as the performance measure, we assess the benefit of sharing both within and among the networks of different operators, study the impact of beamforming both at the base stations and at the user terminals, and analyze the pooling performance at different frequency carriers. We also discuss the enabling spectrum mechanisms, architectures, and protocols required to make spectrum pooling work in real networks focusing on decentralized approaches. Our initial results show that, from a technical perspective, spectrum pooling at mmWave has the potential for a more efficient spectrum use than a traditional exclusive spectrum allocation to a single operator. The implications of distributed approaches and the required amount of coordination among operators will be discussed.

Antony POTTIER : Évaluation expérimentale d'une méthode d'allocation de puissance distribuée pour les communications acoustiques sous-marines

L'utilisation des ondes acoustique sous-marines pour la transmission d'informations revêt un intérêt majeur pour de nombreuses applications liées au monde de la mer (océanographie, lutte sous-marine, prospection pétrolière, etc.). Contrairement au spectre radiofréquence, le spectre acoustique sous-marin (ASM) n'est soumis à aucune réglementation et la physique du milieu impose des bandes passantes souvent très limitées (de l'ordre de la dizaine de kilohertz). Par conséquent, les systèmes de communications ASM évoluent dans un environnement potentiellement soumis à de fortes interférences de la part d'autres utilisateurs non-coopératifs utilisant la même ressource physique. Afin de fiabiliser les transmissions, il est nécessaire de mettre en oeuvre une politique d'accès au canal ASM qui soit adaptée à ces systèmes non-coopératifs. Ce type de problème est désormais bien étudié dans le monde des communications terrestres, souvent dans le cadre de la théorie des jeux. En revanche peu d'études, sinon aucune, n'ont eu l'ambition d'appliquer ce type d'outils aux communications ASM. Dans cet exposé, nous proposons d'évaluer expérimentalement une méthode d'allocation de puissance distribuée, basée sur la théorie des jeux, pour les systèmes ASM évoluant dans un environnement de fortes interférences mutuelles. Cette méthode prend en compte les contraintes particulières du milieu ASM (canal aléatoire doublement sélectif, faible célérité de l'onde acoustique, bruit coloré, etc.). Les résultats obtenus seront principalement illustrés à l'aide de données obtenues sur des canaux ASM réels sondés en mer.

David GESBERT (Pr., EURECOM) : Team approaches in decentralized transmitter coordination

Future wireless networks face serious challenges related to the ever growing popularity of mobile applications and the increasing diversity of connected objects. Two fundamental approaches, namely network-centric cloud-based solutions and device-centric solutions, offer conflicting design philosophies to respond to the challenge. From a decisional and optimisation persepective, device-centric designs rely on the device's own local intelligence and data gathering to help improve overall network performance. The concept of device cooperation is instrumental to enabling a form of collective intelligence arising from the devices themselves.

Device cooperation can aim at a number of goals such as interference management, spectrum allocation, coordinated multipoint transmissions, feedback design, etc. When the communications between the devices is itself (rate or delay) limited, the devices can at best reach robust yet suboptimal decisions that operate on the basis of local noisy feedback. Taking the example of spatial multiplexing across distant transmitters, we emphasize concepts such as the price of distributedness, and the development of precoding methods that are robust to distributed channel state information.

Zwi ALTMAN / Sana BEN JEMAA : Gestion globale de réseaux radio auto-organisants, enjeux et défis

La gestion autonome des réseaux radio mobile est apparue avec le concept SON (Self Organized Networks) d'abord en recherche puis en standardisation dès la Release 8 du 3GPP, afin de doter la technologie LTE de fonctions autonomes, appelées aussi « fonctions SON » permettant son auto-configuration, son auto-optimisation et son autoréparation. Ces fonctions ont été définies et déployées de manière indépendante. Pourtant, rendre le réseau auto-organisant dans sa globalité nécessite que toutes ces fonctions autonomes opèrent de manière coordonnées et cohérente pour répondre à une stratégie globale de l'opérateur. Cette présentation exposera les travaux de recherche menés chez Orange sur la coordination et la gestion globale des fonctions SON et expliquera les enjeux opérationnel et les défis scientifiques rencontrés.

Kenza HAMIDOUCHE : The 5G backhaul management dilemma: To cache or to serve

In cache-enabled small cell network (SCNs), the number of predicted and popular files that the small base stations (SBSs) can download must be limited by the total capacity of the backhaul links and the number of current requests that could not be predicted. For 5G SCNs, it is envisioned that the backhaul will be heterogeneous encompassing both wireless backhaul links at various frequency bands and a wired backhaul component. In this talk, the heterogeneous backhaul management problem is formulated as a minority game in which each SBS has to define the number of predicted files to download, without affecting the required transmission rate of the current requests. For the formulated game, it is shown that a unique fair proper mixed Nash equilibrium (PMNE) exists. Self-organizing reinforcement learning algorithm is proposed and proved to converge to a unique Boltzmann-Gibbs equilibrium which approximates the desired PMNE. Simulation results show that the performance of the proposed approach is close to that of the ideal optimal algorithm in 85\% of the cases while it outperforms a centralized greedy approach by up to 50% in terms of the amount of data that is cached without jeopardizing the quality-of-service of current requests.

Ali SHABBIR : Learning in Near-Potential Games for Distributed Load Balancing in Heterogeneous Networks

We present a novel approach for distributed load balancing in heterogeneous cellular networks that use cell range expansion (CRE) for user association and almost blank subframe (ABS) for interference management. First, we formulate the problem as a minimization of an alpha-fairness objective function with load and outage constraints. Depending on alpha, different objectives in terms of network performance or fairness can be achieved. Next, we model the interactions among the base stations for load balancing as a near-potential game, in which the potential function is the alpha-fairness function. The optimal pure Nash equilibrium (PNE) of the game is found by using distributed learning algorithms. We propose log-linear and binary log-linear learning algorithms for complete and partial information settings, respectively. We give a detailed proof of convergence of learning algorithms for a near-potential game. We provide sufficient conditions under which the learning algorithms converge to the optimal PNE. By running extensive simulations, we show that the proposed algorithms converge within few hundreds of iterations. The convergence speed in the case of partial information setting is comparable to that of the complete information setting. Finally, we show that outage can be controlled and a better load balancing can be achieved by introducing ABS.

Ghina DANDACHI : User Centric Resource Allocation Strategies in 4G/WiFi Multihomed Networks

The evolution of traffic growth reveals new questions on the efficient integration and cooperation between wireless access technologies in order to improve users? quality of service (QoS). In 5G networks, wireless network operators targeting to fulfill users demands should benefit from the interworking between previous generations of wireless access technologies in order to deliver a good QoS. However, multihoming was standardized by the 3GPP Release 12 in LTE/WiFi interworking by introducing the Dual connectivity (DC) function where the user equipment (UE) is connected to one MeNB (Master eNB) and one SeNB (Secondary eNB). This work presents an analytical performance evaluation framework for 4G/WiFi multihoming techniques. We compare several flavors of multihoming, with a focus on user centric techniques where the user splits his packets between two radio interfaces following a policy that depends on the amount of information he gets. We first consider the simplest policy in which the user sends an amount of traffic on each interface based on the latter's peak rate. In this "peak rate maximization" strategy, users are misguided by the peak rate information because it does not take into consideration the system load. Thus, a loaded system of high peak rate gives worst throughput than a less loaded system with lower peak rate. We then consider the optimal selfish policy when the user receives complete information about the system load. In this "network assisted" policy, multihomed users find a selfish optimum that maximizes their throughput they get from both access networks (LTE and WiFi). Analytical equations prove that this selfish policy achieves a global optimum in the system. As for the system model, we consider the downlink of a multi-access wireless network composed of one LTE cell having in its coverage K WiFi Access Points (APs). We suppose that this system serves two types of users depending on their mobile equipment: single-homed and multihomed users. Single-homed users can have a single connection at a time depending on the quality of the received signal (LTE or WiFi) whereas multi-homed users can benefit from multihoming when they are covered by both access networks by activating dual connection mode. Our numerical results show that an optimized user centric policy achieves good gains for both the system capacity and the user throughput compared to a peak maximization strategy. We also show that multihoming provides large performance gains for multi-homed users while degrading neither the capacity of the system nor the performance of single-homed users.

Baher MAWLAWI : Les enjeux de la communication radio dans l'industrie manufacturière

Les réseaux de communications sans fils ont eu un grand succès durant ces dernières années. Le nombre des applications reposant sur ces réseaux ne cesse pas de croitre notamment celles qui sont dédiées pour des utilisations domestiques telles que la 3G/4G, les capteurs domestiques, et les réseaux ad hoc... Dans le milieu industriel, les déploiements les plus fréquents de communications sans fils se trouvent principalement dans les domaines du process continu et du batch, ou alors en contrôle-commande en environnement libre (en extérieur, et/ou en communication « à vue » entre émetteurs et récepteurs). Par contre, le contrôle-commande sans fils et les réseaux de capteurs sans fils en milieu industriel « fermé », comme dans le domaine de la production manufacturière par exemple, n'est à ce jour pas encore aussi répandu. Ceci peut être notamment dû à ses caractéristiques spécifiques de temps de réponse contraint, de fiabilité, et de sécurité notamment, qui nécessitent un examen attentif de la capacité des technologies sans fils existantes à remplir ces besoins. Le but de cette présentation est de décrire l'environnement industriel et d'étudier la possibilité d'utiliser les réseaux grand public dans un contexte industriel. Différents enjeux industriels sont présents : communication dans un environnement libre ou non, robustesse, fiabilité, sécurité, prix, latence, cyber sécurité, ... Plusieurs produits commercialisés feront la preuve sur la possibilité d'adopter ces technologies dans le milieu industriel.

Date : 2016-03-15

Lieu : Télécom ParisTech (Amphi B312)


Thèmes scientifiques :
D - Télécommunications : compression, protection, transmission

Inscriptions closes à cette réunion.

Accéder au compte-rendu de cette réunion.

(c) GdR 720 ISIS - CNRS - 2011-2015.