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

Dans ce premier chapitre, nous avons présenté l'entreprise d'accueil, son classement à l'échelle national, sa stratégie, ses exploits et ses objectifs tout en précisant l'intérêt que lui apportera ce projet

Chapitre 2 Planification Des réseaux Et architectures Des

Introduction

Les réseaux de télécommunications ont pris de plus en plus d'importance dans notre société. Pour satisfaire au mieux les besoins et les intérêts des clients, les opérateurs doivent pouvoir offrir, au meilleur prix, des services d'excellente qualité. C'est dans ce cadre que s'inscrit le problème de planification des réseaux qui consiste à optimiser les couts engendres par l'installation et l'utilisation du système. Une planification bien effectuée a pour effet de réduire le temps de mise en marché, le coût des d'dépenses d'investissement ainsi que le coût des d'dépenses opérationnelles.

La planification des réseaux mobiles sont basés sur le concept de motif cellulaire. Une technique qui permet de réutiliser les ressources du réseau d'accès radio sur plusieurs zones géographiques données appelées cellule. À une cellule est ainsi associée une ressource radio (une fréquence, un code...) qui ne pourra être réutilisée que par une cellule située suffisamment loin afin d'éviter tout conflit intercellulaire dans l'utilisation de la ressource. Conceptuellement, si une cellule permet d'écouler un certain nombre d'appels simultanés, le nombre total d'appels pouvant être supportés par le réseau peut être contrôlé en dimensionnant les cellules selon des tailles plus ou moins importantes. Ainsi, la taille d'une cellule située en zone urbaine est habituellement inférieure à celle d'une cellule située en zone rurale.

Une cellule est contrôlée par un émetteur/récepteur appelé station de base, qui assure la liaison radio avec les terminaux mobiles sous sa zone de couverture. La couverture d'une station de base est limitée par plusieurs facteurs, notamment :

* le type d'antennes utilisé à la station de base et au terminal mobile ; * l'environnement de propagation (urbain, rural, etc.) ;

Une cellule est représentée sous la forme d'un hexagone ; en effet, l'hexagone est le motif géométrique le plus proche de la zone de couverture d'une cellule qui assure un maillage régulier de l'espace. Dans la réalité, il existe bien entendu des zones de recouvrement entre cellules adjacentes, qui créent de l'interférence intercellulaire.

On distingue plusieurs types de cellules en fonction de leur rayon de couverture, lié à la puissance d'émission de la station de base, et de leur usage par les opérateurs.

Les cellules macro sont des cellules larges, dont le rayon est compris entre quelques centaines de mètres et plusieurs kilomètres. Elles sont contrôlées par des stations de base macro dont la puissance est typiquement de 40 W (46 dBm) pour une largeur de bande de 10 MHz. Leurs antennes sont placées sur des points hauts, comme des toits d'immeubles ou des pylônes.

Les cellules micro sont des cellules de quelques dizaines à une centaine de mètres de rayon, destinées à compléter la couverture des cellules macro dans des zones denses ou mal couvertes. Les stations de base associées sont appelées des stations de base micro.

Les cellules pico peuvent servir à couvrir des hot spots, ou de grandes zones intérieures (indoor), tels que des aéroports ou des centres commerciaux. Les antennes des stations de base pico peuvent être placées comme celles des stations de base micro, ou au plafond ou contre un mur à l'intérieur de bâtiments.

Les cellules femto sont de petites cellules d'une dizaine de mètres de rayon, principalement destinées à couvrir une habitation ou un étage de bureaux. Elles sont généralement déployées à l'intérieur des bâtiments.

Le territoire est divisé en des cellules, chaque est desservie par une station de base. La division n'est perceptible ni par un usager du réseau fixe, ni par un usager mobile.

Un cluster ou Motif de taille K est un groupe de K cellules utilisant l'ensemble de la bande de fréquence, la distance de réutilisation D des fréquences (modèle hexagonal) est donnée par : D=v3KR avec R rayon de la cellule

Une onde peut subir plusieurs altérations : atténuation, diffraction, réflexion, diffusion, interférences (Co-canal ou canal adjacent), bruit ambiant. Les caractéristiques de propagation dépendent de la morphologie du terrain, la végétation, hauteur, combinaison nature et densité des bâtiments, conditions météo.

-Etage 1 affaiblissement de parcours ou path-loss : atténuation du signal avec la distance entre l'émetteur et le récepteur, modèle de okumara-HATA, cost231-HATA, walfish ikegami.

-Etage 2 effet de masque ou évanouissement lent (ou à grande échelle) ou shadowing : présence d'obstacles autour du récepteur, Modélisé par une variable aléatoire en log-normale.

-Etage 3 évanouissement rapide (à petite échelle) ou fast fading : les trajets multiples subis par l'onde de l'émetteur au récepteur (absence de trajet direct), Modélisé par une variable aléatoire loi exponentielle ou une loi de Rayleigh.

Le calcul du bilan des puissances reçues sur les liens UL et DL sert à l'ajustement des liaisons pour

les équilibrer, une liaison équilibrée égale la fonction symétrique du système en tout point de la

Les paramètres à ajuster pour un bilan de liaison sont les puissances démission, les gains et les

éléments tels que coupleurs, duplexeurs. Les paramètres d'un bilan de liaison considérer comme

Liaison descendante

Liaison montante

Emetteur BTS :

PeBTS = 8 W (39 dBm) LcBTS = 3.5 dB LfBTS = 3 dB GaBTS = 14 dBi PIRE = 46.5 dBm

Récepteur MS :

Sensibilité = -102 dBm

Emetteur MS :

PeMS = 1 W PIRE = 30 dBm

Récepteur BTS : Sensibilité = -104 dBm

GaBTS = 14 dBi GdBTS = 3.5 dBi LfBTS = 3 dB

Perte de propagation maximal = 148.5 dB

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

Liaison descendante

Liaison montante

Emetteur BTS :

PeBTS = 8 W (39 dBm) LcBTS = 3.5 dB LfBTS = 3 dB GaBTS = 14 dBi PIRE = 46.5 dBm

Récepteur MS : Sensibilité = -102 dBm

Emetteur MS :

PeMS = 2 W PIRE = 33 dBm

Récepteur BTS : Sensibilité = -104 dBm GaBTS = 14 dBi

GdBTS = 3.5 dBi

LfBTS = 3 dB

Perte de propagation maximal = 148.5 dB

Perte de propagation maximal = 151.5 dB

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

Le positionnement des stations des bases ainsi que leurs caractéristique (coordonnées GPS,

caractéristiques des antennes, plan de fréquences) sont déterminées à l'aide d'outils de

-ces outils constituent pour l'opérateur un gain important de temps et de cout, ils tiennent compte

de l'ensemble des sites (couverture des stations de base individuellement et des interférences

Avec l'arrivé de l'internet mobile et la croissance rapide du trafic de données, l'architecture traditionnelle du réseau d'accès à du mal à faire face aux exigences accrues des utilisateurs. L'idée d'installer d'autres station de bases n'est plus acceptable par peur de causer des problèmes tels que :

- Le coût pour construire, exploiter et mettre à niveau un réseau d'accès radio (RAN) devient très cher alors que le chiffre d'affaires ne progresse pas au même rythme.

- Quand il y a beaucoup de BTS dans les zones concentrées, l'utilisation moyenne de chaque BTS descend de manière signifLe C-RAN (Cloud-RAN), parfois appelé RAN-centralisé, est un nouveau paradigme pour les réseaux d'accès mobile. Il a été introduit par China Mobile Research Institute en Avril 2010 à Beijing (Chine), 9 ans après qu'il a été décrit dans les demandes de brevet déposées par des sociétés américaines.

Le C-RAN fait référence à la virtualisation des fonctionnalités de la station de base au moyen du cloud computing et qui prend en charge 2G, 3G, 4G et futures normes de communication mobiles. Le C-RAN est basé sur le concept des quatre « C » :

* Nettoyage du système « Clean ».icative bien que le coût de chaque BTS reste le même.

* Des interférences Co-canal et intercellulaires dues à la réutilisation de fréquence.

Pour surmonter ces problèmes, les opérateurs ont besoin de manière rentable de combiner plusieurs normes (GSM, CDMA, WCDMA, LTE et Wi-Fi, entre autres), des bandes de fréquences, des couches cellulaires et de solutions de réseau de transport, tout en réduisant en même temps

les latences et le taux de manipulation de données. Cela signifie que, avant tout, l'infrastructure cellulaire doit être souple et peut soutenir un déploiement et une gestion simplifiée des réseaux d'accès radio de plus en plus hétérogènes.

L'application du Cloud dans les réseaux d'accès mobiles représente la nouvelle ère du réseau mobile haut débit qui pourra répondre aux problématiques actuelles à l'aide d'un nouveau concept nommé Cloud Radio Access Network (C-RAN).

Le C-RAN (Cloud-RAN), parfois appelé RAN-centralisé, est un nouveau paradigme pour les réseaux d'accès mobile. Il a été introduit par China Mobile Research Institute en Avril 2010 à Beijing (Chine), 9 ans après qu'il a été décrit dans les demandes de brevet déposées par des sociétés américaines. Le C-RAN fait référence à la virtualisation des fonctionnalités de la station de base au moyen du cloud computing et qui prend en charge 2G, 3G, 4G et futures normes de communication mobiles. Le C-RAN est basé sur le concept des quatre « C » :

Il vise à réduire le nombre de sites cellulaires tout en conservant une couverture similaire. Contrairement aux réseaux cellulaires existants, où les ressources informatiques pour le traitement bande de base sont situées au niveau de chaque site de cellule, en C-RAN, les ressources informatiques sont situées dans un Cloud où l'infrastructure est centralisée ce qui permet de réduire les frais d'installation et de maintenance toute en offrant de meilleurs services.

L'architecture de réseau Cloud-RAN exploite une combinaison de virtualisation, de centralisation et de coordination technique, lesquels interagissent les uns avec les autres pour améliorer les performances du réseau dans une variété de façons dans le réseau.

Dans l'architecture traditionnelle, les fonctionnalités radio et de traitement bande de base sont intégrées à l'intérieur de la station de base. Le module d'antenne se trouve généralement à proximité (quelques mètres) du module radio comme représenté sur la figure au-dessus. Les câbles coaxiaux utilisés pour relier les BS entre eux présentent des pertes élevées. Cette architecture a été populaire pour le déploiement des réseaux mobiles 1G et 2G.

Dans une architecture avec tête radio distante RRH (Remote Radio Head), la station de base est divisée en une unité radio appelée RU (Remote Unit) ou RRH et une unité de traitement de signal bande de base appelée DU (Digital Unit) ou BBU (Base Band Unit), comme représenté sur la figure au-dessus. Le lien entre les deux est en fibre optique.

En C-RAN, afin d'optimiser l'utilisation des BBU fortement et faiblement chargés, les BBU sont centralisés en une seule entité appelée un pool BBU.

Selon les différents fractionnements de fonctions bande de base entre BBU et RRH, il existe deux types de solutions Cloud-RAN

Dans l'architecture C-RAN "Complétement Centralisée", Les fonctions bande de base du BTS à savoir la couche 1, la couche 2 et la couche 3 sont intégrées dans BBU.

Elle facilite la mise à niveau et l'expansion de la capacité du réseau. Elle a également une meilleure capacité pour supporter le fonctionnement multistandard et le maximum de partage des ressources ainsi elle est plus commode pour supporter le traitement de signal collaboratif de plusieurs cellules.

Son inconvénient majeur est l'exigence d'une bande passante élevée entre le RRH et le pool BBU. Dans le cas extrême, une antenne 8 TD-LTE avec une bande passante de 20MHz aura besoin d'un taux de transmission de 10Gpbs.

Dans cette solution, le RRH intègre non seulement la fonction radio, mais aussi la fonction de bande de base, tandis que toutes les autres fonctions des couches supérieures sont toujours situées dans le pool BBU. Dans ce cas, même si le BBU n'inclue pas la fonction de bande de base, il est toujours appelé BBU pour la simplicité.

L'avantage de cette architecture est la nécessité d'une bande passante de transmission beaucoup plus faible entre le BBU et RRH.

Cependant, elle a aussi ses propres insuffisances. Elle est moins souple dans la mise à niveau, et moins pratique pour le traitement de signal collaboratif pour plusieurs cellules.

Comme tout autre réseau mobile, l'architecture Cloud RAN est divisée en deux parties, une partie Fronthaul et une partie Backhaul

Le RRH (Remote Radio Head ou tête radio distante) est un réseau d'antennes intelligentes et des circuits RF placés ensemble afin de réduire les pertes de câble. Il gère également la conversion entre les données numériques et les données modulées, le filtrage de fréquence, l'amplification de puissance et transmis les signaux vers le mobile adéquat.

Le RRH est déployé dans les sites cellulaires et souvent installé sur des poteaux ou des toits des bâtiments avec seulement une batterie de faible consommation d'énergie afin d'optimiser le coût de construction.

Il représente Le réseau de transport optique à large bande et à faible latence qui relie le pool BBU aux RRHs. Il coexiste plusieurs interfaces propres à ce réseau telles que CPRI (Common Public Radio Interface), Open Base Station Architecture Initiative (OBSAI) et Open Radio equipment Interface (ORI).

L'interface souvent utilisée pour jointer le pool BBU au RRHs est la CPRI. Elle prend en charge la version numérique du signal bande de base analogique. En d'autres termes, le signal bande de base complexe est échantillonner, puis quantifiés et transmis dans une structure de trame spécifique. Ce flux doit être transmis avec une faible latence, une faible gigue et une contrainte de synchronisation.

La capacité requise du CPRI est de l'ordre de 10 Gbps, avec des distances allant jusqu'à 40 km entre le RRH et BBU. Un certain nombre d'options de transport CPRI sont valables pour la nouvelle architecture C-RAN. En fonction de la latence, la gigue, le coût et la distance, le mode approprié de transport est défini. Les options disponibles sont :

Elle peut être une option intéressante pour les scénarios impliquant la disponibilité d'une grande base des fibres installées. Le coût du déploiement des nouvelles fibres limite l'applicabilité de cette option.

L'OTN apporte des méthodes bien connues de la correction d'erreur et peut augmenter la portée des réseaux optiques métropolitains. L'utilisation de l'OTN pour le transport CPRI exige des considérations de prudence comme la latence élevée dans le système.

Le PON est une option potentiellement intéressante pour le transport CPRI dans les zones à fort trafic où le déploiement des petites cellules (Small-Cell) est plus susceptible à se produire. En raison de la nécessité de mettre des dispositifs de séparation optiques pour séparer et collecter des signaux optiques, le PON est vulnérable à la latence supplémentaire et la perte de puissance, ce qui réduit encore le rayon de la cellule et affecte de façon directe la couverture du réseau et rend difficile l'isolement des pannes.

Pour les courtes distances (1 km ou moins), le transport FH est vu comme une option possible. La distance est limitée à cause des interférences et les exigences de la bande passante et de la visibilité directe.

L'utilisation d'une telle option n'est pas souhaitable car elle s'avère très couteuse pour ce genre de transport. Dans ce type de lien, les données ne sont pas envoyées en continu, mais en discret comme dans une trame Ethernet 802.3.

Pour répondre aux exigences de latence et da la gigue, le CoE exige parfois des liens Ethernet dédiés entre les extrémités, aussi des capacités de surveillance Ethernet intégrées pour maintenir ces exigences strictes qui ne sont pas incorporées dans la norme CPRI.

WDM représente une bonne option grâce aux offres liées à ces caractéristiques pour ce type de transport. En particulier, le CWDM (Coarse Wavelength-Division Multiplexing) prend en charge les délais de propagation faibles et le débit élevé des données, tout en étant un choix économique.

C'est la partie située entre le Fronthaul et le réseau coeur Ip/Mpls (EPC), elle est composée essentiellement de :

Un pool BBU (une pile BBU) est un cluster virtuel composé de processeurs programmables de hautes performances apte à la technologie de virtualisation en temps réel tel que le processeur GPP (general purpose processors).

Le pool est partagé entre plusieurs RRH distants placés sur les sites cellulaires afin de les gérés et les contrôlés. L'interface X2 (souvent désigné par X2+) organise la communication inter-cluster (inter-pool). Il est responsable des principales fonctions de traitement bande de base telle que : le codage, la modulation...

L'architecture Cloud-RAN permet ainsi aux opérateurs une grande souplesse et rapidité dans le déploiement de leur réseau.

Pour étendre la couverture ou améliorer la capacité du réseau, l'opérateur n'a qu'installer des nouveaux RRH et les connecter au pool BBU.

Si la charge du réseau se développe, l'opérateur n'a besoin que de mettre à niveau le pool BBU pour accueillir le traitement de la capacité accrue.

En faisant de la RRH une unité active capable de convertir de l'analogique au numérique, les opérateurs peuvent désormais placer de nombreux BBU en un point géographique unique tout en

distribuant les têtes Radio à distance (RRU) en fonction des plans la fréquence radio (RF) (planification).

Le concept de C-RAN est basé sur une architecture orientée services ce qui permet une gestion de contenu des services Cloud. L'objectif est de servir les terminaux et les opérateurs avec une meilleure performance du réseau. La structure logique proposée est illustrée, qui se compose de trois plans : physique, contrôle et service.

Basé sur les derniers développements du cloud computing et des techniques SDR (Software Defined Radio), le C-RAN est capable d'utiliser des processeurs d'utilisation universelle GPPs (general-purpose processors) avec des techniques multi coeurs et multithread pour mettre en oeuvre une bande de base virtualisée et centralisée en plus des protocoles de traitement, telles que la couche physique et la couche MAC (medium access control).

Afin de réduire la consommation d'énergie et d'améliorer la capacité de traitement, des accélérateurs matériels sont utilisés pour des tâches de calcul intensif dans le C-RAN comme les turbo décodeurs, FFT (Fast Fourier Transform), et décodeurs MIMO.

Dans le pool-BS virtuel, chaque BS peut être desservie par plusieurs noeuds GPP (general-purpose processors) et plusieurs accélérateurs. La couche physique et MAC d'une même BS peuvent fonctionner sur différents noeuds GPP.

Afin de faciliter la planification dynamique des ressources de calcul et des accélérateurs pour les stations de base virtuelles, certains schémas de la topologie sont nécessaires pour l'interconnexion entre les processeurs du même BS et les BS du même rack ainsi entre les différents racks. Les interconnexions sont censées d'être avec une bande passante élevée, une faible latence et un faible coût.

La totalité du RAN est censée être mis en oeuvre dans un centre de données (Data center), qui est principalement composé par des GPP et des accélérateurs. Après avoir reçu les signaux venus du réseau de transmission optique OTN (Optical Transport Network), les GPP et les accélérateurs de coordonnées ont pour objectif d'effectuer des tâches de traitement du signal telles que le décodage du canal, le démultiplexage et transformée de Fourier rapide (FFT).

Ce plan met en oeuvre des fonctionnalités basées sur le plan physique sous-jacent, et soutient le plan de service. Ce plan contient principalement le module de gestion de ressources RMM (resource management module) et le module de maintenance des services SMM (service maintenance module).

Ce module prend en charge les ressources radio disponibles et les ressources de calcul coté réseau

et coté de terminal mobile pour réaliser une meilleure qualité de service, une mobilité

Ce module prend en charge les services disponibles au niveau du réseau, ainsi que la négociation

et la réalisation des services entre les fournisseurs de réseaux et les consommateurs finaux. Il est

Ce plan représente une plate-forme où les services fixes et mobiles sont fournis et gérés par les

acteurs des télécommunications et TIC. Les abonnés obtiennent les services à partir du cloud

comme si elle est une boîte noire, tandis que chaque service peut être pris en charge par plusieurs

RAT (radio access technology) simultanément. Ce plan comprend une bibliothèque évolutive de

services basés sur le réseau pour fournir des services voix, données et applications multimédias

L'architecture de C-RAN permet d'installer un grand nombre des têtes radio distantes RRH dans une zone géographique étroite. Pour cela elle doit utiliser des méthodes d'accès très sophistiqué afin d'accueillir le nombre accru des utilisateurs de données mobile toute en évitant les interférences entre les sites cellulaires.

La TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) est une technique de transmission pour la téléphonie mobile, dite de troisième génération (3G), développée par la Chine. Elle avait pour but de concurrencer les normes déjà bien installées dans le monde de la téléphonie mobile telles que la WCDMA ou la CDMA 2000 et d'éviter les dépendances aux technologies occidentales.

L'un des éléments clés du TD-SCDMA est le fait qu'elle utilise un TDD, cela lui permet d'équilibrer l'échange entre les liaisons montantes et descendantes pour tenir compte des différents niveaux de transfert de données. Il présente également des avantages en termes d'utilisation du spectre non apparié, l'efficacité du spectre pour certaines charges, et elle ne nécessite pas de duplexeurs coûteux dans les mobiles pour permettre une transmission simultanée sur la liaison montante et descendante.

La TD-SCDMA est capable de supporter des services IP, et elle a été conçue pour intégrer de nouvelles technologies telles que la détection conjointe, des antennes adaptatives, et l'allocation dynamique de canal.

Comme avantage supplémentaire, la TD-SCDMA utilise le même RAN que celui utilisé pour l'UMTS. De cette façon, il est possible de faire fonctionner TD-SCDMA aux côtés de l'UMTS, et ainsi

Long Term Evolution Time-Division Duplex (LTE-TDD), aussi appelé Time-Division à Long Terme Evolution (TD-LTE), est l'une des technologies utilisée dans la 4G pour la transmission des données mobiles. Elle permet d'utiliser la même fréquence dans le sens montant et descendant de la communication (UL et DL) en alternance temporelle entre les deux.

La TD-LTE utilise la bande 1850 MHz à 3800 MHz, l'accès à cette bande est facile et moins cher, mais peut engendrer une interférence cellulaire due aux utilisations de la même fréquence dans les deux sens de communication ce qui rend difficile le déploiement de cette technologie malgré ces nombreux avantages.

L'arrivé du C-RAN qui comporte des techniques de gestion efficace des interférences tel que CoMP nous a permis de bénéficier des avantages du TD-LTE pour augmenter la capacité du réseau.

L'architecture du C-RAN permet l'utilisation des techniques NFV (Network Function Virtualization) et des capacités de traitement des centres de données (Data center) telles que la coordination, la centralisation et la virtualisation dans les réseaux mobiles. Cela a permet la mise en commun des ressource, l'évolutivité (extension plus souple de la capacité du matériel), la couche interfonctionnement (couplage serré entre la couche d'application et le RAN) et une meilleure efficacité spectrale.

Les termes de virtualisation et de cloud sont souvent utilisés de manière interchangeable. Ils fonctionnent bien ensemble dans de nombreux cas, y compris dans un contexte de RAN. Cependant, chaque concept apporte des choses différentes à la table.

En général, la virtualisation du réseau d'accès RAN impose un grand nombre des exigences de synchronisation qui assurent l'exécution des protocoles d'accès radio en quelques microsecondes, et dans certains cas, en quelques nanosecondes. Ainsi, la fonctionnalité du RAN n'est pas facilement hébergée par un modèle virtualisé PaaS (platform as à service), comme cela est possible avec des applications simples et les fonctions de type serveur.

D'autre part, il n'est plus besoin de virtualiser toutes les fonctionnalités du RAN pour fournir les avantages du Cloud RAN. La virtualisation comme technique d'exécution de l'environnement peut être utilisée pour assurer l'isolation, l'évolutivité et l'élasticité, ainsi que pour la couche de protocole RRC (Radio Ressource Control). Lorsqu'elle est appliquée de cette manière, la virtualisation peut être utilisée pour simplifier la gestion et le déploiement des noeuds radio. 1.5.2 Centralisation dans le C-RAN

La centralisation du traitement des stations de bases avec le C-RAN simplifie la gestion du réseau et permet la mise en commun (pooling) et une meilleure coordination des ressources radio.

Le Pooling, ou le multiplexage statistique, offre une plate-forme d'exécution pour effectuer les mêmes tâches avec moins de matériels et de capacité. Ceci est le plus grand intérêt pour des tâches qui nécessitent un grand nombre de ressources de calcul. Cela signifie également que la configuration la plus souhaité du pooling est une approche en bande de base entièrement centralisée avec une connexion en étoile CPRI entre la bande de base mis en commun et les têtes radio distantes (RRH) distribuées. Ceci est parce que le traitement effectué au niveau des couches inférieures constitue une grande partie de l'effort de calcul.

La coordination radio entre les cellules et les bandes est utilisée pour maximiser l'efficacité spectrale et l'expérience de l'utilisateur. Il est prévu qu'il y aura un besoin de différentes largeurs de bandes de cellules dans différentes bandes, ainsi que le déploiement des réseaux de plus en plus hétérogènes, ce qui fera un interfonctionnement plus étroit entre les technologies et les couches cellulaires pour assurer une expérience transparente aux utilisateurs.

La coordination centralisée permet de simplifier et d'optimiser les performances du réseau, y compris handover, agrégation de porteuses et la gestion des interférences.

Le réseau coeur du C-RAN va être totalement différent des autres backbone des autres architecture réseau car le réseau d'accès a connu un changement radical vu la naissance d'une nouvelle entité qui n'existait pas avant (le pool BBU) Des recherches sont en cours en ce moment pour définir une architecture bien spécifique et surtout qui permet de répondre le plus possible aux exigences du CRAN. Certaine architecture a été proposé dans ce contexte mais ça reste des propositions et non pas une architecture standardisée tel que :

- Backbone basé sur le modèle SDN : le Software-Defined Networking ajoute un niveau d'abstraction aux fonctionnalités des équipements réseau (commutateurs, routeurs,) afin de pouvoir les gérer de façon globale.

- Le réseau coeur se basera aussi sur les principes de la virtualisation et la centralisation et aura une architecture en Cloud.

Etant donné que dans le C-RAN les stations de base sont centralisées dans un lieu commun, le nombre de sites de cellules peut être réduit par un facteur de 10. Ainsi, la climatisation et d'autres équipements consommateurs d'électricité sur le site peuvent être considérablement réduits.

Etant donné que dans le C-RAN tous les BBUs et les équipements d'assistance d'une grande région sont co-localisés dans un centre de données (data center) commun, il est beaucoup plus facile et rentable pour la gestion centralisée, l'exploitation et la maintenance par rapport au RAN traditionnel.

Les fonctionnalités des RRH dans l'architecture C-RAN sont beaucoup plus simples, ce qui réduit à la fois leur taille et leur consommation d'énergie de sorte qu'ils peuvent être installés sur les toits des bâtiments avec un minimum de gestion. En outre, les RRH ont besoin seulement de l'installation des systèmes d'antenne et une alimentation auxiliaire. Les opérateurs peuvent obtenir de grandes économies sur la location du site, l'exploitation et la maintenance, entraînant une baisse des OPEX (operational expenditure) (-50%) et capital expenditure) (-15%).

Avec l'intégration de BS dans un pool BBU centralisé, les BBUs du même pool peuvent communiquer entre eux avec des vitesses de l'ordre de Gbps et des faibles latences. Les communications à haut débit entre les stations de base peuvent apporter un plus pour prendre des décisions optimales et d'exploiter pleinement le potentiel des techniques de coopération afin d'améliorer la capacité et l'efficacité spectrale pour cela la technologie Cooperative Multipoint Processing (CoMP dans LTE-Advanced), peut facilement être mise en oeuvre au sein de l'infrastructure C-RAN.

L'architecture C-RAN peut gérer efficacement le trafic de données non uniforme en raison de la capacité d'équilibrage de charge dans le pool BBU distribué. A titre d'exemple, en raison de la

mobilité des utilisateurs, le RRH serveur peut changer dynamiquement, tandis que le BBU serveur est toujours dans le même pool BBU.

Agrégation des fonctionnalités de bande de base en C-RAN fournit maintenant un port central pour le déchargement de la circulation et de gestion de contenu pour gérer la croissance du trafic Internet à partir des smartphones et autres appareils portables. Ceci réduit le trafic Backhaul et le trafic du coeur de réseau ainsi que la latence et la gigue, toute a conduit vers une meilleure qualité pour utilisateur.

L'opérateur doit installer seulement des nouveaux RRHs et les connecter au pool-BBU pour étendre la couverture du réseau ou diviser la cellule pour améliorer la capacité. Donc si la charge du réseau augmente, l'opérateur n'a besoins que de mettre à niveau le pool-BBU pour accueillir la capacité accrue de traitement.

En plus afin d'ajouter des nouvelles normes, ils n'ont pas besoin de remplacer l'équipement. À l'inverse, il suffirait ajouter un nouveau BBU dans la plate-forme.

Un réseau d'accès radio virtuel (vRAN) est un type de RAN dont les fonctions de mise en réseau sont séparées du matériel sur lequel il s'exécute. Les plans de contrôle et de données du vRAN sont également séparés dans le cadre de la virtualisation.

?Un VRAN (réseau d'accès radio virtuel) cherche à surmonter cet obstacle en remplaçant le matériel coûteux par la technologie de virtualisation des fonctions réseau (NFV) . Le vRAN virtualise les fonctions d'un RAN traditionnel et les propose sur des plateformes cloud flexibles et évolutives , réduisant considérablement les CAPEX et les OPEX, tout en ajoutant des fonctionnalités de gestion intelligentes telles que des services intelligents de surveillance et d'automatisation. Cela permet aux réseaux de télécommunications de prendre en charge les exigences de performances et les scénarios d'utilisation de l'ère 5G. Cela ouvrira également un

nouveau champ de méthodes de communication jusqu'ici inexplorées, où de nouveaux acteurs et développeurs peuvent trouver des opportunités en plein essor en dehors de l'architecture de communication traditionnelle.

- Nous besoin d'utiliser le VRAN car il est particulièrement important à l'ère de la 5G, car il offre aux administrateurs réseau une meilleure vue d'ensemble et un meilleur contrôle de l'architecture du réseau, tout en réduisant les CAPEX et les OPEX liés à l'achat et à la maintenance de tant de matériel. L'évolutivité et les fonctionnalités de gestion intelligente d'un réseau virtualisé sont également importantes, car de plus en plus d'appareils mobiles téléchargent une quantité toujours croissante de données, tandis que des applications innovantes comme l'Internet des objets (IoT) établissent le monde intelligent connecté de demain.

Dans l'architecture des réseaux VRAN, Les NodeB sont occupée par des RRU se sont des unités radio distante au sein d'un système de station radio de base peut inclure un module de préfixe cyclique (CP) avec un additionneur de CP pour le traitement de canal de liaison descendante et un éliminateur de CP pour le traitement de canal.

La partie intermédiaire entre les RRU est le cloud défini par des fibre optique (Ethernet over Fiber) et des routeurs d'acheminement cette partie a pour un rôle de transmettre les informations entre les stations de base let les centre de traitement, caractérisée par un hôte vitesse et grande bande

passante. La partie de traitement se sont des machines virtuelles relue entre eux dans le cloud.

Les technologies de virtualisation donnent aux administrateurs réseau le contrôle et la visibilité sur le réseau. Les réseaux définis par logiciel (SDN) sont des exemples de réseaux virtualisés présentant ces avantages. Les avantages du contrôle à distance et de la visibilité améliorée incluent l'augmentation de la disponibilité du réseau, car les problèmes peuvent être identifiés et corrigés plus tôt. Les fournisseurs de RAN peuvent également bénéficier de la technologie vRAN, car ils peuvent choisir d'utiliser des COTS génériques moins chers pour leur matériel réseau. Parfois, dans l'informatique, lorsqu'une industrie adopte une architecture virtualisée, le matériel propriétaire n'est plus une nécessité et le verrouillage du fournisseur n'est plus une évidence. Ce n'est pas autant le cas dans l'industrie RAN, puisque la poignée de fournisseurs qui dominent l'industrie n'ont pas d'infrastructures interopérables.

La virtualisation RAN est requise pour les réseaux 5G, car la nouvelle génération exige plus de visibilité, d'automatisation et d'adaptabilité que les RAN matériels ne peuvent pas fournir. La capacité de faire évoluer et d'ajuster intelligemment le réseau aux conditions changeantes est importante lorsque les demandes sur les réseaux 5G augmentent à la fois de la part des utilisateurs de téléphones mobiles et, plus important encore, des appareils de l' Internet des objets (IoT) . Le nombre d'appareils IoT augmente. Et parce que de nombreux appareils sont interconnectés les uns avec les autres et avec le réseau plus vaste, les données sont générées et transmises à d'immenses volumes.

Il est important pour les administrateurs réseau de pouvoir mettre à jour un vRAN à distance, car cela permet des améliorations à mesure que la technologie évolue. Par exemple, les administrateurs réseau peuvent améliorer l'utilisation des ressources et les connexions réseau en téléchargeant de nouveaux algorithmes et du code sur le vRAN. La mise à jour d'un RAN est également un élément clé des RAN 5G, car les technologies des composants impliqués devraient changer au cours des prochaines années.

La solution Open vRAN de Mavenir est la première architecture Open RAN Split 7.2 virtualisée et entièrement conteneurisée au monde. Il exploite les interfaces ouvertes, la virtualisation et la conteneurisation à l'échelle du Web pour prendre en charge divers scénarios de déploiement, notamment le cloud privé, hybride et le cloud public, qui devraient permettre de réaliser près de 40 % d'économies de coût total de possession sur 5 ans. L' architecture Open RAN évoluée , conçue avec des techniques de virtualisation natives du cloud, permet au RAN de s'adapter et de s'adapter en fonction de l'utilisation et de la couverture. Le cloud computing déplace les fonctions réseau des plates-formes matérielles dédiées vers des composants logiciels virtualisés pouvant être implémentés sur du matériel, qui peuvent être regroupés dans des centres de données centralisés.

Il primée de Mavenir apporte une agilité commerciale accrue avec une élasticité du réseau et une flexibilité de déploiement optimisée par l'automatisation utilisant le meilleur de sa catégorie AI/ML pour couvrir tous les cas d'utilisation de déploiement de Green Field, Brownfield, FWA, eMBB, Industrial IoT et hébergement neutre pour tous G (2G, 3G, 4G et 5G) déploiements en extérieur, petites cellules et macro.

Le réseau d'accès radio ouvert ( RAN ) est un terme désignant les normes à l'échelle de l'industrie pour les interfaces RAN qui prennent en charge l'interopérabilité entre les équipements des fournisseurs.

? L'objectif principal de l'utilisation du RAN ouvert est d'avoir une norme d'interopérabilité pour les éléments du RAN tels que le matériel et les logiciels de boîte blanche non propriétaires de différents fournisseurs. Les opérateurs de réseau qui optent pour des éléments RAN avec des interfaces standard peuvent éviter d'être coincés avec le matériel et les logiciels propriétaires d'un fournisseur. L'Open RAN n'est pas intrinsèquement open source. Les normes Open RAN visent plutôt à annuler la nature cloisonnée du marché RAN, où une poignée de fournisseurs de RAN ne proposent que des équipements et des logiciels totalement propriétaires. Les normes RAN ouvertes en cours de développement utilisent les principes et technologies du RAN virtuel (vRAN) car le vRAN apporte des fonctionnalités telles que la malléabilité du réseau, une sécurité améliorée et des coûts d'investissement et d'exploitation réduits.

Les deux organisations les plus influentes travaillant sur les normes RAN ouvertes sont le Telecom Infra Project (TIP) et l'Alliance O-RAN.

TIP a sa norme OpenRAN qui est basée sur les principes de désagrégation du matériel et des logiciels, des interfaces ouvertes et de la flexibilité. L'un de ses principaux objectifs est de créer une architecture RAN programmable et virtualisée basée sur des plates-formes de traitement à usage général.

Le travail de l'Alliance O-RAN est basé sur les principes fondamentaux d' ouverture et d'intelligence . L'ouverture permet aux plus petits acteurs du marché RAN de lancer leurs propres services ou de personnaliser leurs réseaux. La solution de l'Alliance à la complexité et à la demande croissantes du réseau consiste à adopter l'automatisation, l'intelligence artificielle ( IA ) et l'apprentissage automatique pour déployer, optimiser et exploiter le réseau.

L'Alliance O-RAN est une architecture bien documentée pour les interfaces et éléments RAN ouverts. Les éléments clés de l'architecture O-RAN de l'Alliance sont :

Cette figure montre les différentes interfaces ouvertes qui connectent le cloud ouvert, les fonctions de réseau RAN ouvert, l'unité radio (RU), les contrôleurs radio intelligents (RIC) et le coeur de réseau de nouvelle génération (NG-Core).

Le SMO comprend un tissu d' intégration et des services de données pour les fonctions qu'il gère. La structure permet aux fonctions gérées d'interagir et de communiquer au sein de l'O-RAN. Le SMO se connecte et gère les RIC, O-Cloud, l'O-CU et l'O-DU.

Un RIC non en temps réel utilise des workflows d'IA et d'apprentissage automatique qui incluent la formation de modèle, où les workflows apprennent à mieux contrôler et optimiser les éléments et les ressources RAN.

L'O-Cloud est une plate-forme de cloud computing composée de noeuds d'infrastructure physique utilisant l'architecture O-RAN. Il crée et héberge également les diverses fonctions de réseau virtuel (VNF) utilisées par les RIC et d'autres éléments d'infrastructure.

L'O-CU est un autre noeud logique qui héberge une poignée de protocoles, qui sont le contrôle des ressources radio (RRC), le protocole d'adaptation des données de service (SDAP) et le protocole de convergence de données par paquets (PDCP). L'O-CU dispose de deux éléments distincts pour gérer ces différents protocoles ; le plan de contrôle O-CU héberge la partie RRC et plan de contrôle du PDCP. La partie plan utilisateur héberge le SDAP et la partie plan utilisateur du PDCP, L'O-DU est encore un autre noeud logique qui héberge un autre ensemble de protocoles, qui sont le protocole de contrôle de liaison radio (RLC), le protocole de contrôle d'accès au support (MAC) et l'interface physique (PHY). L'O-DU utilise le protocole PHY pour communiquer avec la couche physique du réseau.

Enfin, l'O-RU traite les fréquences radio reçues par la couche physique du réseau. Les radiofréquences traitées sont envoyées à l'O-DU via une interface fronthaul. L'O-RU est le seul élément de l'architecture de l'Alliance O-RAN qui n'est pas géré par le SMO. Au lieu de cela, il est géré par l'O-DU.

Un RAN ouvert offre aux opérateurs de réseau plus de choix dans les éléments RAN. Avec un catalogue de technologies multifournisseurs, les opérateurs de réseau ont la possibilité d'adapter la fonctionnalité de leurs RAN aux besoins des opérateurs. Le verrouillage total du fournisseur n'est plus un problème lorsque les organisations peuvent sortir de l'équipement et de la pile logicielle d'un fournisseur RAN.

La virtualisation qui est un élément fondamental des normes RAN ouvertes apporte de multiples avantages. Par exemple, avec une infrastructure vRAN, les opérateurs de réseau peuvent avoir un délai de commercialisation plus rapide qu'avec une infrastructure matérielle, car apporter une nouvelle fonctionnalité au réseau peut être aussi simple que de mettre à jour à distance les VNF du réseau. De plus, avec les aspects virtualisés d'une architecture RAN ouverte décrits ci-dessus, les administrateurs réseau peuvent tirer parti de l'automatisation et d'une visibilité réseau améliorée.

Les normes RAN ouvertes donnent aux nouveaux fournisseurs d'équipement la possibilité d'entrer sur le marché. Un afflux de nouveaux fournisseurs stimulera la concurrence et, théoriquement, réduira les coûts, au profit des clients.

Certains fournisseurs existants sur le marché RAN s'efforcent de démontrer comment l'intégration d'éléments RAN conduit à une efficacité accrue, à des performances améliorées et à des latences inférieures, pour commencer. Intel et VMware travaillent ensemble pour faire progresser les RAN ouverts avec la virtualisation. Ensemble, ils développent des interfaces ouvertes programmables pour le logiciel FlexRAN d'Intel et le contrôleur intelligent RAN de VMware pour communiquer. La plate-forme résultant de cette collaboration prendra en charge toutes les interfaces de l'Alliance O-RAN.

1. Open RAN est un terme désignant les normes d'interface à l'échelle de l'industrie qui

permettent aux équipements et logiciels RAN de différents fournisseurs de communiquer.

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

Conclusion:

Chapitre 2 Planification Des réseaux Et architectures Des

Introduction