Vers un réseau d'accès multi-technologies sans couture

Towards a seamless multi-technology access network

• Auteur / Autrice : Younes Khadraoui
• Direction : Xavier Lagrange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/09/2016
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : César Viho
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marcelo Dias De Amorim, Stéphane Gosselin, Annie Gravey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raymond Knopp, Philippe Martins

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interconnexion de réseaux (télécommunications)

Réseaux locaux sans fil

LTE (norme)

Mots clés libres

Lte

WiFi

Réseaux hétérogènes

Lte

WiFi

Heterogeneous networks

Résumé

Le trafic de données mobiles augmente de façon permanente. Afin d'éviter une saturation, les opérateurs doivent décharger le réseau cellulaire vers des réseaux d'accès alternatifs. WiFi se trouve être une bonne solution qui permet à l'opérateur de tirer parti de bandes de fréquence sans licence ainsi que du très grand nombre de points d'accès déjà déployés. Dans cette thèse, nous présentons tout d'abord un état de l'art des différentes solutions de couplage entre LTE et WiFi. Nous montrons que la plupart de ces solutions ne garantissent pas la continuité de session ou sont sujettes à une duplication des procédures de sécurité. Ceci a conduit à la proposition du Very Tight Coupling entre LTE et WiFi. Dans ce type d'architecture, les points d'accès WiFi sont connectés à une station de base LTE et les mécanismes de sécurité LTE sont réutilisées afin de permettre un accès rapide au réseau WiFi. Ceci permet également d'avoir une double connectivité et de garder le trafic de signalisation sur le réseau LTE, ce qui donne la possibilité d'avoir des procédures de sélection optimisées. Nous étudions comment le Very Tight Coupling peut être implémenté et comment les points d'accès WiFi intégrés dans les passerelles résidentielles peuvent être connectées aux stations de base LTE dans le cas d'un réseau fixe/cellulaire convergent. Nous évaluons ensuite par des outils mathématiques, les performances de différents schémas de couplage et calculons le taux de capacité pouvant être économisée. Ensuite, nous présentons une implémentation du Very Tight Coupling sur une plateforme utilisant une interface radio LTE réelle basée sur Open Air Interface. Nous effectuons plusieurs expérimentations afin de trouver la meilleure configuration du protocole de la couche liaison de données. Nous démontrons que le fait d'utiliser WiFi et LTE en parallèle n'augmente pas systématiquement le débit.

The mobile data traffic has been continuously increasing. To avoid saturation of cellular network, operators need to use alternative access networks for offloading purpose. WiFi is a good solution as the operator can take advantage of its unlicensed spectrum as well as the large number of deployed WiFi access points.In this thesis, we first provide a state-of-the-art of the different coupling solutions between LTE and WiFi. We show that most solutions cannot guarantee session continuity or duplicate the security procedures. This leads to propose "Very Tight Coupling" between LTE and WiFi. In this architecture, WiFi access points are connected to the LTE base stations and the security mechanisms of LTE are reused to ensure fast access to WiFi. It allows dual connectivity and to keep control signalling in the LTE network, which gives the possibility to have optimized interface selection procedures.We study how very tight coupling can be implemented and how WiFi APs that integrated in customer residential gateways can be connected to LTE base stations in a converged fixed/cellular network. We then mathematically evaluate the performance of different deployment schemes and compute how much capacity can be saved on the LTE network. Furthermore, we implement the solution on a platform with a real LTE radio interface based on the Open Air Interface framework as a proof-of-concept. We perform several experiments to find the configuration of the link-layer protocols that gives the highest bit rate. In particular, we show that using WiFi and LTE simultaneously does not always increase the bit rate.