Gestion cognitive des réseaux radio auto-organisant de cinquième génération

par Tony Daher

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Laurent Decreusefond.

Soutenue le 11-12-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Télécom ParisTech (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire traitement et communication de l'information (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Xavier Lagrange.

Le jury était composé de Tijani Chahed, Sana Ben Jemaa.

Les rapporteurs étaient Raquel Barco, James Ledoux.


  • Résumé

    L’optimisation de l’opération des réseaux mobiles a toujours été d'un très grand intérêt pour les opérateurs, surtout avec une augmentation rapide du trafic mobile, des attentes qualité de service encore plus élevées des utilisateurs, et l’émergence de nouveaux services requérant des contraintes spécifiques et différentes. Le concept de gestion autonome des réseaux (SON) a été introduit par la 3rd Generation Partnership Project comme étant une solution prometteuse pour simplifier l’opération et la gestion des réseaux complexes. Aujourd’hui, plusieurs fonctions SON sont déjà déployées dans les réseaux. Cependant, les actions conduites par les fonctions SON dans le réseau dépendent de la configuration de l’algorithme même de ces fonctions, et aussi du contexte du réseau et de l’environnement ou cette fonction est déployée. D’autre part, un réseau radio mobile auto-organisant serait idéalement un réseau où toutes les fonctions autonomes (SON) fonctionnent de manière coordonnée et cohérente pour répondre à des objectifs de haut niveau de l’opérateur. L’entité autonome serait donc le réseau capable de s’autogérer pour répondre à une stratégie globale de l’opérateur, exprimée en termes d’objectifs de haut niveau de l’opérateur. A cette fin, nous proposons dans cette thèse une approche qu'on appel « Cognitive Policy Based SON Management » (C-PBSM). Le C-PBSM est capable d’apprendre des configurations optimales des fonctions SON selon les exigences de l’opérateur. Il a également la capacité d’améliorer sa décision au cours du temps en apprenant de son expérience passée, et de s’adapter avec les changements de l’environnement. Nous étudions plusieurs approches pour mettre en place la boucle cognitive en se basant sur l’apprentissage par renforcement (RL). Nous analysons la convergence et la scalabilité de ces approches et proposons des solutions adaptées. Nous prenons en compte la non stationnarité des réseaux, notamment la variation de trafic. Nous proposons également des solutions pour mettre en œuvre un apprentissage collaboratif et un transfert des connaissances. Une architecture SDN (software defined networks) est proposée pour le déploiement des agents d’apprentissage dans le réseau.

  • Titre traduit

    Cognitive management of self organized radio networks of fifth generation


  • Résumé

    The pressure on operators to improve the network management efficiency is constantly growing for many reasons: the user traffic that is increasing very fast, higher end users expectations, emerging services with very specific requirements. Self-Organizing Networks (SON) concept was introduced by the 3rd Generation Partnership Project as a promising solution to simplify the operation and management of complex networks. Many SON modules are already being deployed in today’s networks. Such networks are known as SON enabled networks, and they have proved to be useful in reducing the complexity of network management. However, SON enabled networks are still far from realizing a network that is autonomous and self-managed as a whole. In fact, the behavior of the SON functions depends on the parameters of their algorithm, as well as on the network environment where it is deployed. Besides, SON objectives and actions might be conflicting with each other, leading to incompatible parameter tuning in the network. Each SON function hence still needs to be itself manually configured, depending on the network environment and the objectives of the operator. In this thesis, we propose an approach for an integrated SON management system through a Cognitive Policy Based SON Management (C-PBSM) approach, based on Reinforcement Learning (RL). The C-PBSM translates autonomously high level operator objectives, formulated as target Key Performance Indicators (KPIs), into configurations of the SON functions. Furthermore, through its cognitive capabilities, the C-PBSM is able to build its knowledge by interacting with the real network. It is also capable of adapting with the environment changes. We investigate different RL approaches, we analyze the convergence time and the scalability and propose adapted solutions. We tackle the problem of non-stationarity in the network, notably the traffic variations, as well as the different contexts present in a network. We propose as well an approach for transfer learning and collaborative learning. Practical aspects of deploying RL agents in real networks are also investigated under Software Defined Network (SDN) architecture.


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