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Theses Year : 2017

Self-meshed autonomous LTE/LTE-A radio access network for constrained environments

Réseau d'accès radio LTE/LTE-A autonome et maillé pour environnements contraints

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Romain Favraud
  • Function : Author

Abstract

Military communication systems are nowadays improving slowly compared to commercial systems. In parallel, public safety (ps) communication systems are changing due to emergence of long term evolution (LTE) as a mature solution. However, LTE is initially designed for commercial cellular network and need to be evolved to tackle the requirements of ps use cases. In this thesis, we develop a complete solution to address constrained ps and military use-cases allowing to wirelessly mesh mobile network nodes and to provide access to standard user equipments while only requiring a single radio band. Starting from ps and military use cases, we present the potential scenarios and derive functional requirements for future wireless systems. The constraints applying to these systems lead to the selection of LTE as the radio access technology. We detail the challenges faced by a LTE solution given the state of the art. We present a novel network infrastructure architecture that enables multi-hop LTE mesh networking for autonomous base stations via in-band self-backhauling relying on a new base station: the e2nb. We detail the building blocks of the architecture, we investigate the coordination and orchestration functionality and propose a cross layer hierarchical resource scheduling algorithm in order to efficiently meet quality of service requirements for real-time traffic while maximizing the throughput for elastic flows. We evaluate the self-backhauling interface using open air interface and then evaluate our resource scheduling algorithm in various network topologies and traffic flows. Finally, we summarize the remaining uncertainties concerning real-field deployments.
Les systèmes de communication militaires s'améliorent aujourd'hui lentement comparés aux systèmes civils. les systèmes de communications pour les réseaux de sécurité publique évoluent suite à l'émergence de la technologie long term evolution (LTE). Cependant, le LTE a initialement été conçu pour les réseaux cellulaires commerciaux. Dans cette thèse, nous développons une solution complète permettant de répondre aux cas d'utilisation contraints auxquels font face les organisations de sécurité publique et militaires. Cette solution permet, sur une seule bande de fréquence LTE, le maillage sans fil de stations de base mobiles tout en maintenant l'accès au réseau de terminaux mobiles standards. Nous dérivons les exigences fonctionnelles d'un système de communication à partir des cas d'utilisation des autorités militaires et de sécurité publique. Les contraintes dues aux environnements spécifiques d'utilisation mènent au choix du LTE comme technologie radio. Nous présentons une infrastructure réseau qui permet la création de réseaux maillés LTE multi-bonds qui s'appuie sur une nouvelle station de base autonome et mobile permettant le maillage intra-bande : le e2nb. Nous détaillons cette architecture, nous évaluons la coordination entre stations de base et nous proposons un algorithme d'ordonnancement de ressources radio afin de satisfaire des exigences de qualité de service. Nous implémentons et évaluons l'interface sans fil sur la plateforme de radio logicielle openairinterface. Nous évaluons l'algorithme d'ordonnancement sur différentes topologies avec différents flux. Finalement, nous résumons les incertitudes restantes concernant les déploiements sur le terrain.
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Dates and versions

tel-03156642 , version 1 (02-03-2021)

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  • HAL Id : tel-03156642 , version 1

Cite

Romain Favraud. Self-meshed autonomous LTE/LTE-A radio access network for constrained environments. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom ParisTech, 2017. English. ⟨NNT : 2017ENST0058⟩. ⟨tel-03156642⟩
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