Cloud-Native 5G Evolution to 5G-Advanced & Beyond

Cloud-Native 5G Evolution to 5G-Advanced & Beyond

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Durée totale du cours: 22.5 H

Semestre : 5 option   Réseaux et Services Mobiles (RSM)

Nombre de crédits : 1

Modules spécialisés	Modules de base	Sciences et techniques de l'ingénierie	Préparation à la carrière professionnelle
		X

 

Nombre d’heures		Activités hors classe
45		38
cours	TD		TP
16.5	6

  Code  : GTR502     Cloud-Native 5G Evolution to 5G-Advanced & Beyond

Sommaire :

Ce cours vise à fournir aux étudiants en génie des télécommunications une compréhension approfondie de l'évolution des réseaux de communication mobile de la 5G à la 5G Avancée (5G-Advanced) et au-delà, en mettant l'accent sur l'adoption des architectures cloud-native. Les étudiants acquerront des connaissances théoriques et pratiques sur les technologies sous-jacentes, les concepts d'architecture, les protocoles de communication, la virtualisation des fonctions réseau et les défis associés à la mise en œuvre de réseaux de nouvelle génération.

Objectifs d’apprentissage et compétences visées

Les participants étudieront les systèmes 5G, en se concentrant sur le cloud natif de bout en bout et le système 5G de plus en plus désagrégé et intelligent. Les délais et la manière dont le large éventail de cas d'utilisation avec des exigences diverses sont activés seront abordés. Une explication de l'intégration de la 4G, du Wi-Fi, des communications fixes et non terrestres dans l'avenir multi-accès et convergé sera fournie. Le cœur de la 5G et ses fonctions clés dans des plans de contrôle et d'utilisateur séparés, ainsi que l'activation de services de bout en bout, tirant parti du cloud de télécommunication natif et d'un RAN de plus en plus ouvert, désagrégé et basé sur le cloud seront discutés. Les attributs, les scénarios d'utilisation et les technologies de la 5G-Advanced seront décrits au fur et à mesure que la vision complète de la feuille de route 5G sera réalisée. Cela inclut des capacités nouvelles et étendues dans les applications, les performances, l'efficacité énergétique, les topologies et les types d'appareils utilisateur. L'instructeur expliquera l'évolution de l'architecture, des technologies et du fonctionnement de la prochaine génération et comment le découpage du réseau, les technologies natives du cloud, la conteneurisation des micro-services, la mise en réseau définie par logiciel, l'automatisation, l'orchestration, etc. sont introduits dès la conception et construits et évolués . Les catalyseurs technologiques tels que l'apprentissage automatique en tant qu'aspect essentiel de l'automatisation, la périphérie intelligente et le cloud hybride, etc. seront également abordés, de l'architecture et des normes aux déploiements et à l'activation des services, y compris la manière dont ils migrent et évoluent. En outre, la fusion croissante des mondes physiques, virtuels et numériques, la réalité étendue immersive et l'utilisation de répliques numériques sont décrites. Le cours se terminera par d'importants paradigmes tournés vers l'avenir : l'évolution de la transformation numérique et des industries automatisées avec un système 5G / 5G-Advanced de plus en plus ouvert, convergé, autonome et cognitif, ainsi que sa voie vers l'efficacité énergétique et la durabilité environnementale , intelligence embarquée, expérience immersive, et fusion numérique/physique vers l'au-delà de la 5G/6G

Contenu du cours

Semaine 1-2: Introduction à la 5G Evolution et Cloud-Native

• Évolution des générations de réseaux mobiles : de la 1G à la 5G
• Concepts de virtualisation et d'orchestration
• Avantages et enjeux de l'approche cloud-native dans les réseaux 5G

Semaine 3-4: Architecture de Réseau Cloud-Native 5G

• Architecture en tranches (network slicing) pour la 5G
• Réseaux de cœur 5G cloud-native
• Intégration de la virtualisation des fonctions réseau (NFV) et du software-defined networking (SDN)

Semaine 5-6: Protocoles de Communication pour la 5G-Advanced

• Étude approfondie des protocoles de couche physique et MAC (Medium Access Control)
• Nouvelles fonctionnalités de l'interface radio 5G NR (New Radio)
• Protocoles de transport et couches supérieures pour la 5G avancée

Semaine 7-8: Sécurité et Gestion des Identités dans les Réseaux 5G

• Vulnérabilités spécifiques aux réseaux 5G
• Mécanismes de sécurité, comme l'authentification et le chiffrement
• Gestion des identités et des accès pour les utilisateurs et les dispositifs

Semaine 9-10: Applications de l'Internet des Objets (IoT) et 5G

• Rôle de la 5G dans l'expansion de l'IoT
• Exigences de communication pour les dispositifs IoT
• Études de cas sur la mise en œuvre de l'IoT dans des réseaux 5G cloud-native

Semaine 11-12: 5G-Advanced et Nouvelles Fréquences

• Introduction à la 5G avancée et ses objectifs
• Exploration des nouvelles fréquences et de leur impact sur la performance
• Adaptations architecturales pour tirer parti des avantages des nouvelles fréquences

Semaine 13-14: Réseaux Intelligents et Autonomes

• Concepts de réseau autonome et auto-optimisant
• Utilisation de l'intelligence artificielle et de l'apprentissage automatique dans les réseaux 5G
• Évolution vers les réseaux 6G et au-delà

Semaine 15-16: Projets et Études de Cas

• Les étudiants travaillent sur des projets pratiques impliquant la conception, la simulation ou la mise en œuvre de certaines composantes d'un réseau 5G cloud-native.
• Présentation des projets et discussions sur les défis rencontrés et les solutions trouvées.

Évaluation:

• Examens écrits pour évaluer la compréhension théorique.
• Évaluation des projets pratiques et des études de cas.
• Participation en classe et présentations orales

Méthodes d’enseignement et d’apprentissage

Enseignement frontal (magistral) avec des exemples à résoudre en commun. Exercices théoriques et études de cas (présentation et discussion). Travaux pratiques (laboratoire) Travaux à faire à domicile (mini-projet, exposé, compte-rendu, …)

Connaissances et compétences pré-requises

Administration des Systèmes Ingénierie des protocoles

Références bibliographiques

Un polycopié (Notes du cours) de l’enseignant sera disponible. Autres références sous forme de tutoriaux, manuels ou documents à télécharger Les recommandations bibliographiques suivantes doivent être considérées :

1. 5G Evolution and Beyond:
   • 5G wireless networks and technologies.
   • Evolution from 4G LTE to 5G and its key features.
   • Emerging trends and technologies beyond 5G.
2. Cloud-Native Architectures:
   • Cloud computing concepts and models.
   • Cloud-native design principles and benefits.
   • Virtualization, containerization, and microservices.
3. Network Function Virtualization (NFV) and Software-Defined Networking (SDN):
   • NFV and SDN principles in telecommunication networks.
   • Virtualized network functions and their deployment.
   • SDN-based network management and orchestration.
4. Edge Computing and Multi-Access Edge Computing (MEC):
   • Edge computing paradigms and use cases.
   • MEC architecture and benefits in 5G networks.
   • Integration of edge resources with cloud-native infrastructure.
5. Network Slicing and Quality of Service (QoS):
   • Network slicing as a key feature of 5G and beyond.
   • QoS requirements and management for different services.
   • Dynamic resource allocation in cloud-native 5G networks.
6. Advanced Radio Technologies:
   • Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) systems.
   • Beamforming and beam management techniques.
   • Millimeter-wave and terahertz communications.
7. Security and Privacy in Cloud-Native 5G:
   • Security challenges in virtualized and cloud-native networks.
   • Authentication, authorization, and encryption mechanisms.
   • Privacy considerations in a highly connected environment.
8. AI and Machine Learning in 5G Networks:
   • AI-driven network optimization and management.
   • Predictive analytics for resource allocation.
   • Anomaly detection and network security using AI.

Modalité d’évaluation

40% Contrôle continu (TP noté, Test, Assiduité, Devoir surveillé, travaux non présentiel, …) 60% Examen semestriel.

Résultats d'apprentissage :

Après avoir réussi l'examen du cours "Cloud-Native 5G Evolution to 5G-Advanced & Beyond", les étudiants devraient développer un ensemble de compétences techniques et professionnelles solides dans le domaine des télécommunications et des technologies 5G. Voici quelques-unes des compétences qu'ils pourraient acquérir Compétences Techniques :

• Connaissance approfondie de la 5G : Les étudiants devraient avoir une compréhension approfondie des concepts, des architectures et des protocoles liés à la technologie 5G, y compris les fonctionnalités clés telles que l'ultra haut débit, la faible latence et la connectivité massive.
• Cloud-Native et Virtualisation : Ils devraient être capables de comprendre et d'appliquer les concepts de cloud computing et de virtualisation aux réseaux de télécommunications, en utilisant des technologies telles que la virtualisation des fonctions réseau (NFV) et la gestion des ressources cloud.
• Architecture Cloud-Native : Les étudiants devraient être en mesure de concevoir et de mettre en œuvre des architectures cloud-native pour les réseaux 5G, en utilisant des principes tels que la scalabilité horizontale, la résilience et l'automatisation.
• Protocoles de Communication 5G : Ils devraient maîtriser les protocoles de communication spécifiques à la 5G, tels que le New Radio (NR), ainsi que les protocoles de signalisation et de contrôle nécessaires pour gérer les fonctionnalités avancées de la 5G.
• Sécurité des Réseaux 5G : Les étudiants devraient comprendre les défis de sécurité spécifiques aux réseaux 5G et être en mesure de mettre en œuvre des mécanismes de sécurité appropriés pour protéger les données et les communications.
• Intelligence Artificielle et Réseaux 5G : Compte tenu de l'importance croissante de l'intelligence artificielle dans les réseaux, ils pourraient acquérir des compétences dans l'intégration de l'IA pour optimiser les performances et l'efficacité des réseaux 5G.

Compétences Professionnelles :

• Gestion de Projets Télécoms : Les étudiants pourraient développer des compétences en gestion de projet spécifiques aux télécommunications, en comprenant comment planifier, exécuter et gérer des projets de déploiement ou d'optimisation de réseaux 5G.
• Résolution de Problèmes : Ils devraient être capables d'analyser et de résoudre efficacement les problèmes liés aux performances, à la connectivité et aux opérations des réseaux 5G.
• Collaboration et Communication : En travaillant sur des projets en équipe, les étudiants pourraient améliorer leurs compétences en communication et en collaboration, essentielles pour travailler efficacement dans l'industrie des télécommunications.
• Adaptabilité Technologique : Étant donné que le domaine des télécommunications évolue rapidement, ils devraient être capables de s'adapter aux nouvelles technologies, normes et tendances du secteur.
• Conformité aux Normes : Compte tenu de la complexité des réseaux 5G et des enjeux de conformité, ils devraient comprendre les normes et réglementations applicables au déploiement et à l'exploitation des réseaux 5G.

6. Pensée Critique : Les étudiants pourraient développer leur capacité à penser de manière critique et à évaluer les solutions technologiques en fonction des besoins réels et des contraintes du marché.