Approches pour la classification du trafic et l’optimisation des ressources radio dans les réseaux cellulaires : application à l’Afrique du Sud

par Anish Mathew Kurien

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Abdelhamid Mellouk.

Le président du jury était Yacine Amirat.

Le jury était composé de Abdelhamid Mellouk, Prosper Chemouil, Yskandar Hamam, Barend Jacobus Van Wyk.

Les rapporteurs étaient Jalel Ben-Othman, Willem Clarke.


  • Résumé

    Selon l'Union Internationale des Télécommunications (UIT), la progression importante du nombre de téléphones mobiles à travers le monde a dépassé toutes les prévisions avec un nombre d'utilisateurs estimé à 6 Mds en 2011 dont plus de 75% dans les pays développés. Cette progression importante produit une pression forte sur les opérateurs de téléphonie mobile concernant les ressources radio et leur impact sur la qualité et le degré de service (GoS) dans le réseau. Avec des demandes différenciées de services émanant de différentes classes d'utilisateurs, la capacité d'identifier les types d'utilisateurs dans le réseau devient donc vitale pour l'optimisation de l'infrastructure et des ressources. Dans la présente thèse, une nouvelle approche de classification des utilisateurs d'un réseau cellulaire mobile est proposée, en exploitant les données du trafic réseau fournies par deux opérateurs de téléphonie mobile en Afrique du Sud. Dans une première étape, celles-ci sont décomposées en utilisant deux méthodes multi-échelles ; l'approche de décomposition en mode empirique (Empirical Mode Decomposition approach - EMD) et l'approche en Ondelettes Discrètes (Discrete Wavelet Packet Transform approach - DWPT). Les résultats sont ensuite comparés avec l'approche dite de Difference Histogram qui considère le nombre de segments de données croissants dans les séries temporelles. L'approche floue de classification FCM (Fuzzy C-means) est utilisée par la suite pour déterminer les clusters, ou les différentes classes présentes dans les données, obtenus par analyse multi-échelles et par différence d'histogrammes. Les résultats obtenus montrent, pour la méthode proposée, une séparation claire entre les différentes classes de trafic par rapport aux autres méthodes. La deuxième partie de la thèse concerne la proposition d'une approche d'optimisation des ressources réseau, qui prend en compte la variation de la demande en termes de trafic basée sur les classes d'abonnés précédemment identifiés dans la première partie. Une nouvelle approche hybride en deux niveaux pour l'allocation des canaux est proposée. Le premier niveau considère un seuil fixe de canaux alloués à chaque cellule en prenant en considération la classe d'abonnés identifiée par une stratégie statique d'allocation de ressources tandis que le deuxième niveau considère une stratégie dynamique d'allocation de ressources. Le problème d'allocation de ressources est formulé comme un problème de programmation linéaire mixte (Mixed-Integer Linear programming - MILP). Ainsi, une approche d'allocation par période est proposée dans laquelle un groupe de canaux est alloué de façon dynamique pour répondre à la variation de la demande dans le réseau. Pour résoudre le problème précédent, nous avons utilisé l'outil CPLEX. Les résultats obtenus montrent qu'une solution optimale peux être atteinte par l'approche proposée (MILP)

  • Titre traduit

    Approaches for the classification of traffic and radio resource management in mobile cellular networks : an application to South Africa


  • Résumé

    The growth in the number of cellular mobile subscribers worldwide has far outpaced expected rates of growth with worldwide mobile subscriptions reaching 6 Billion subscribers in 2011 according to the International Telecommunication Union (ITU). More than 75% of this figure is in developing countries. With this rate of growth, greater pressure is placed on radio resources in mobile networks which impacts on the quality and grade of service (GOS) in the network. With varying demands that are generated from different subscriber classes in a network, the ability to distinguish between subscriber types in a network is vital to optimise infrastructure and resources in a mobile network. In this study, a new approach for subscriber classification in mobile cellular networks is proposed. In the proposed approach, traffic data extracted from two network providers in South Africa is considered. The traffic data is first decomposed using traditional feature extraction approaches such as the Empirical Mode Decomposition (EMD) and the Discrete Wavelet Packet Transform (DWPT) approach. The results are then compared with the Difference Histogram approach which considers the number of segments of increase in the time series. Based on the features extracted, classification is then achieved by making use of a Fuzzy C-means algorithm. It is shown from the results obtained that a clear separation between subscriber classes based on inputted traffic signals is possible through the proposed approach. Further, based on the subscriber classes extracted, a novel two-level hybrid channel allocation approach is proposed that makes use of a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model to consider the optimisation of radio resources in a mobile network. In the proposed model, two levels of channel allocation are considered: the first considers defining a fixed threshold of channels allocated to each cell in the network. The second level considers a dynamic channel allocation model to account for the variations in traffic experienced in each traffic class identified. Using the optimisation solver, CPLEX, it is shown that an optimal solution can be achieved with the proposed two-level hybrid allocation model


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