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Expire bientôt Orange

Thèse Construire un marché des économies d'énergie pour les opérateurs télécom F/H

  • Thèse
  • Châtillon (Hauts-de-Seine)
  • Infra / Réseaux / Télécoms

Description de l'offre

about the role

Votre rôle est d'effectuer un travail de thèse sur : les marchés de l'économie d'énergie pour les opérateurs télécom.

Contexte :

L'offre se positionne sur le domaine des économies d'énergie et de la transition énergétique des réseaux télécom. Ces dernières années, on observe l'émergence de nouvelles approches plus disruptives au travers de deux facteurs très importants : l'émergence des « marchés de la connectivité » et la virtualisation ou l'automatisation des réseaux télécom et particulièrement en 5G. En effet, plusieurs zones géographiques se retrouvent souvent couvertes par plusieurs opérateurs et plusieurs technologies en même temps. L'idée alors est de maintenir un seul réseau durant les heures creuses afin de permettre aux autres opérateurs de mettre les leurs hors tension. Ce mécanisme se retrouve dans les recherches autour de la problématique de l'Off-loading des Small cells ou des techniques du sharing active ou passif mais ici, le mécanisme se positionne à une échelle supérieure, celle de tout le réseau, avec une forte composante économique pour la réduction des couts en plus du bénéfice sociétal au travers du partage intelligent des réseaux.

Etat de l'art :

Ces études ont commencé depuis quelques années avec l'émergence des petites cellules et le plan de déploiement de ces points d'accès suivant deux modes : l'extension de couverture pour les zones blanches et l'augmentation de la capacité pour hot spots. Des travaux ont porté sur le mécanisme de mise en veille de ces petites cellules à faible charge, tout un gardant la station de base macro allumée [1]. De même, on peut aussi considérer les techniques du D2D qui ont introduit massivement l'utilisation de la théorie des jeux pour la négociation du routage physique des signaux entre les utilisateurs. Cette technique néanmoins se limite à des zones à forte densité d'utilisateurs et se heurte à l'acceptabilité des usagés comme nous l'avons démonté dans [2]. Un travail scientifique par l'université de Milan [3] en 2012 a proposé de séparer physiquement la signalisation des stations de base des signaux de données utiles. Cette idée permet de repenser complétement le partage des réseaux en ne mettant en commun que la « signalisation » entre les opérateurs. L'université KTH [4] et Oulu [5] ont travaillé sur ce domaine en partant du principe d'un partage total des réseaux mobiles. L'optimisation dans ces papiers a beaucoup insisté sur les aspects QoS alors que [6] a plus mis l'accent sur les aspects cout énergétique et cout d'exploitation des réseaux. C'est exactement cette idée que nous voulons approfondir à travers cette thèse en considérant nos spécificités (disponibilité capacitaires, heures creuses, prix de l'énergie variable. etc). Le but est de proposer des algorithmes de prise de décision en favorisant le modèle « gagnant-gagnant » des partenaires.

Pour développer ces algorithmes, nous étudierons les modèles basés sur les MDP (Markov Decision Processes) qui permettent de trouver, grâce à la programmation dynamique, la politique optimale que doit poursuivre l'operateur afin d'atteindre un ou plusieurs objectifs.

Enfin, dans ce contexte multi-operateurs, une attention particulière sera aussi apportée à l'aspect relatif au partage des couts et des profits entre ces acteurs. Le contexte de ce travail va plutôt dans le sens de la coopération, nous utiliserons donc des outils basés les jeux coopératifs, tel que la valeur de Shapley, pour trouver le bon compromis entre équité et efficacité, dans le sens où dans un cas réaliste où les operateurs n'ont pas la même taille par exemple, la valeur de Shapley garantirait un partage plus favorable aux petits acteurs qu'un simple partage à parts égales, et plus favorable aux grands acteurs qu'un partage proportionnel.

about you

Vous avez un Bac +5 Modélisation Statistiques et/ou Data Mining.

Compétences techniques :

·  Modélisation statistiques et théorie des jeux
·  Connaissance sur les algorithmes d'apprentissage (réseaux de neurones, apprentissage supervisé, Q Learning)
·  Compétence en télécom des réseaux mobiles

additional information

Objectif scientifique - verrous à lever

L'objectif principal de cette thèse est de mettre en place des outils mathématiques d'aide à la décision pour partager nos couts énergétiques des réseaux avec les autres opérateurs durant des périodes limités en s'appuyant sur des mécanisme de market place.

Pour cela, une première approche peut s'appuyer sur les travaux autour des modélisations de la consommation énergétique des réseaux définis au sein d'Orange Labs ainsi que des outils de mesure du trafic grâce aux sondes disponibles sur nos réseaux. Cette démarche s'inspirera aussi des travaux déjà menés pour l'évaluation économique et Tech-éco des couts des réseaux d'accès mobiles en France mais elle devra être étendue progressivement à d'autres environnements (eg : MEA). Un focus sur une ou deux initiatives moins sensibles (par exemple partager la 2G partiellement ou totalement) devrait permettre de valider les modèles proposés et les tester sur les données terrain.

Un deuxième verrou se situe au niveau des algorithmes de récompense et de partage de celle-ci qui définissent les gains ou les pertes des participants à la place de marché. D'un point de vu mathématique, nous étudierons ce partage dans le cadre de la théorie de jeux coopératifs, où les différents opérateurs participent ensemble au « social welfare » du système global, chacun à hauteur de sa taille notamment, comme en rend compte le concept de Shapley. Ceci permettrait de trouver un bon compromis entre équité et efficacité. La modélisation analytique et statistique des couts d'exploitation énergétique par unité horaire ou période de temps ainsi que l'application aux données terrain feront l'originalité de cette thèse.

La dérivation de la politique optimale se fera dans le cadre des processus de décisions Markoviens (MDP), avec trois variantes : information complète, information partielle et information retardée ; l'information se référant par exemple à la localisation des usagers du réseau. Enfin, la thèse se déroulera dans une équipe dynamique composée d'ingénieurs, chercheurs et de doctorants. L'équipe est impliquée dans de nombreux projets collaboratifs nationaux et internationaux qui donneront au doctorant une bonne vision du domaine du Green et de la consommation des télécom

Approche méthodologique-planning

La première étape consistera en une étude de l'état de l'art portant sur les réseaux mobiles, notamment 5G, avec la possibilité de partager l'infrastructure entre plusieurs operateurs, les approches « green » dans les réseaux mobiles, ainsi que le concept de market place.

Dans la deuxième étape, le doctorant commencera à élaborer un nouveau modèle pour la conception d'un nouvel outil de prise de décision, basé sur des approches, telles que les MDP (Markov Decision Processes) et la théorie de jeux. Ces décisions sont relatives à la mise en veille ou l'éteinte de tout le réseau, voir même l'opportunité de le déployer ou pas.

Ce modèle devrait être enrichi dans un troisième temps par des notions d'apprentissage, pour y intégrer la possibilité d'apprendre les paramètres incertains du système, tel que la charge, la localisation des usagers, le cout énergétique, etc. Des notions d'intelligence artificielle pourraient aussi aider l'outil à trouver la politique optimale au fur et à mesure de l'évolution du système.

Dans un quatrième temps, ce modèle devrait être validé via des simulations à évènements discrets. Cet environnement de simulation permettrait aussi d'étendre l'étude à des scenarios réalistes de déploiement et d'opération.

Enfin, en dernière étape, des mesures terrains permettrait d'alimenter le modèle par des traces de trafic et des couts énergétiques réelles afin de quantifier de manière réaliste les gains escomptés.

department

Le stage se déroulera au sein de la direction d'Orange Labs Networks « Green transformation, Data knowledge & resources Modelling ». Cette direction a pour mission de définir les plans de transformation du groupe ainsi que l'accompagnement technico-économique des filiales Orange. Le candidat sera intégré au sein d'un département recherche et développement dédié aux études portant sur les réseaux mobiles, la planification des réseaux, consommation énergétique de site radio et la maitrise des rayonnements électromagnétiques. Ce stage s'inscrit dans le cadre de la responsabilité sociale d'entreprise.

Qu'est ce qui fait la valeur ajoutée de cette offre ?

·  Cette thèse participera à l'effort d'Orange au sein du projet de recherche collaboratif AI4Green
·  Les parties mathématiques seront aussi inscrites dans le cadre de nos partenariats sur le green avec les autres industriels en France (Huawei Fr, Nokia…etc).
·  Les résultats de cette thèse pourront aussi alimenter les réflexions et les actions du programme du groupe pour l'optimisation de nos dépenses Explore2020 et Lean capex/ vole.
·  Les enjeux environnementaux sont stratégiques pour Orange dont l'ambition est de devenir l'opérateur international de réseaux le plus « green », de nombreuses actions ont déjà été engagées dans les 22 pays du Groupe
·  Les travaux réalisés au cours de cette thèse permettront de mieux comprendre l'impact des services, raisons pour les déploiements des réseaux, sur la consommation énergétique globale et sa prévision
·  Cette thèse associera différentes disciplines dont l'analyse du trafic, l'architecture des réseaux de télécommunications et la consommation énergétique des machines (équipements, routeurs, Data Centers)
·  Elle ouvre vers des perspectives sur un domaine très porteur et regroupant plusieurs industriels des télécoms

Références :

[1].Louai Saker, S-E. Elayoubi, R. Combes, T. Chahed, Optimal control of wake-up mechanisms of femtocells in heterogeneous networks, IEEE JSAC, April 2012.

[2].A. M. Masucci ; S. E. Elayoubi ; A. Gati D2D-assisted sleep mode strategies for green mobile networks “. 2017 IEEE 28th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC). Year: 2017

[3].Antonio Capone ; Ilario Filippini ; Bernd Gloss ; Ulrich Barth , “Rethinking cellular system architecture for breaking current energy efficiency limits”, 2012 Sustainable Internet and ICT for Sustainability (SustainIT) , Year: 2012

[4].M. M. A. Hossain, R. Jäntti and C. Cavdar, "Energy saving market for mobile operators," 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW), London, 2015, pp. 2856-2861.

[5].T. Sanguanpuak, S. Guruacharya, E. Hossain, N. Rajatheva and M. Latva-aho, "Infrastructure Sharing for Mobile Network Operators: Analysis of Trade-Offs and Market," in IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 17, no. 12, pp. 2804-2817, 1 Dec. 2018.

[6].M. Vincenzi, A. Antonopoulos, E. Kartsakli, J. Vardakas, L. Alonso and C. Verikoukis, "Cooperation incentives for multi-operator C-RAN energy efficient sharing," 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC), Paris, 2017, pp. 1-6

contract

Thesis

Faire de chaque avenir une réussite.
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