Modélisation et conception d'un simulateur 5G grande échelle

Ce mémoire aborde les enjeux concernant la simulation à grande échelle de réseaux 5G. L'objectif de la recherche est de modéliser et implémenter un simulateur à l'échelle d'une ville permettant de refléter les impacts de l'utilisation de la 5G. Afin de réaliser cet objectif, un simulateur de référence est utilisé comme base de développement. Ce simulateur de référence est un simulateur LTE permettant la simulation à grande échelle. Ce simulateur fait abstraction des paquets de contrôle en implémentant des fonctionnalités de contrôle de manière stochastique, par exemple, en modélisant la procédure de connexion aléatoire par un délai aléatoire, tout en considérant les collisions. Une base de données contenant des informations d'emplacement de mobiliers urbains de la ville de Montréal est utilisée dans ce simulateur. Cette base de données nous permettra de simuler l'emplacement de senseurs clés pour le bon fonctionnement d'une ville intelligente. De plus, l'emplacement véritable d'antennes 4G est aussi considéré. Le projet Axionaut5G effectué en collaboration avec l'industrie, consistant à déporter le calcul d'un véhicule autonome sur un réseau 5G, est utilisé afin de comparer les résultats simulés avec un cas d'usage utilisant un réseau 5G expérimental. Les spécifications techniques du 3GPP sont explorées afin de caractériser quels sont les innovations significatives qu'apporte la 5G au niveau de la simulation. Une des innovations amenées par la 5G est l'ajout de fréquences plus élevées via la bande de fréquences FR2 (24,25 à 52,6 GHz). Ces nouvelles fréquences apportent le besoin pour de nouveaux modèles de propagations tirés des spécifications techniques et de la littérature. Plus spécifiquement, des antennes à 28 GHz sont étudiées. La position de ces nouvelles antennes est déterminée en considérant le positionnement des antennes sur les feux de circulation existants dans le centre-ville et en ajustant la puissance afin d'obtenir une puissance de -80 dBm à une distance de 50 m sans être en ligne de vue. Plusieurs éléments de l'accès sont aussi altérés permettant l'ajout de l'état de connexion inactive, la considération des fonctionnalités des nouveaux types de préambules lors de l'accès aléatoire, l'utilisation de FDD (non implémentée dans le simulateur de référence), la gestion des formats de trame dépendent du SCS et bien d'autres fonctionnalités d'accès. Trois autres éléments sont implémentés. La considération d'applications URLLC, permettant aux paquets d'être dans une file d'attente prioritaire dans l'ordonnanceur. Les applications de type edge, permettant de communiquer avec un serveur situé à la station de base. Les tranches réseaux, permettant de réserver des ressources dans l'ordonnanceur et une distribution de délais spécifique est assignée au niveau du réseau cœur.