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Titre :

Optimisation du processus de Handover dans les réseaux 5G

Auteurs :

KOURAT WALID, Auteur ; KADOUS OUSSAMA ABDELHAKIM, Auteur ; BOUCHENAK Sofya, Auteur

Type de document :

texte manuscrit

Editeur :

Université de Saïda – Dr. Moulay Tahar – Faculté des Mathématiques, de l’Informatique et des Télécommunications, 2025/2026

Format :

185ص

Accompagnement :

Langues:

Français

Index. décimale :

BUC-M 008567

Catégories :

MASTER en Télécommunications Spécialité : Réseaux et Télécommunications

Mots-clés:

5G, Handover, Intelligence Artificielle, Deep Learning, LSTM, Q-Learning, Apprentissage Fédéré, Massive MIMO, Qualité de Service, Réseaux Mobiles. ‫ ‫‪:‬‬ ‫الجيل‬ ‫الخامس‪،‬‬ ‫التسليم‬ ‫بين‬ ‫الخاليا‪،‬‬ ‫الذكاء‬ ‫االصطناعي‪،‬‬ ‫التعلم‬ ‫العميق‪،‬‬ ‫الذاكرة‬ ‫طويلة‬ ‫وقصيرة‬ ‫المدى‪،‬‬ ‫التعلم‬ ‫المعزز‪،‬‬‫التعلم‬ ‫االتحادي‬ ‫‪،‬‬‫التعلم‬ ‫الخاضع‬ ‫لإلشراف‪،‬‬ ‫التعلم‬ ‫غير‬ ‫الخاضع‬ ‫لإلشراف‪،‬‬ ‫الهوائيات‬ ‫متعددة‬ ‫المداخل‬ ‫والمخارج‬ ‫الضخمة‪،‬‬ ‫‪.‬‬‫جودة‬‫الخدمة‪،‬‬ ‫الشبكات‬ ‫المتنقلة‬

Résumé :

Les réseaux de cinquième génération (5G) représentent un bond technologique majeur,
propulsé par des promesses de vitesses ultra-rapides, de temps de réponse quasi nul et de
connectivité massive. Cependant, derrière ces performances se cache un défi fondamental :
garantir la continuité du service lors des déplacements des utilisateurs, grâce à un mécanisme
de transport. Dans les structures architecturales des réseaux 5G denses et variés, il apparaît
que les méthodes de transport traditionnelles basées sur des seuils fixes ne sont pas
suffisantes pour répondre aux exigences de qualité de service des applications modernes.
Cette recherche propose une étude approfondie pour améliorer le processus de transition dans
les réseaux 5G en exploitant les technologies de l'intelligence artificielle et de l'apprentissage
automatique. Après avoir établi les bases théoriques de l'ingénierie 5G — y compris le réseau
d'accès radio NG-RAN, le coeur de réseau 5GC, ainsi que les technologies auxiliaires telles
que Massive MIMO, la formation de faisceaux et les ondes millimétriques — nous avons
développé et évalué plusieurs approches algorithmiques : la méthode de base (A3),
l'optimisation dynamique, l'apprentissage par renforcement, l'apprentissage profond, et le
modèle hybride DL+LSTM. Une comparaison supplémentaire a été effectuée, incluant
l'apprentissage supervisé, l'apprentissage non supervisé, l'apprentissage par renforcement et
l'apprentissage fédéré également. Les résultats de la simulation montrent clairement la
supériorité des méthodes basées sur l'intelligence artificielle par rapport aux méthodes
traditionnelles. Le modèle DL+LSTM s'est distingué comme la solution la plus performante.
Cette étude ouvre des perspectives prometteuses pour le développement de réseaux mobiles
autonomes et intelligents, notamment dans le contexte de l'émergence de la sixième
génération.

‫المنخفض‬ ‫االستجابة‬ ‫وزمن‬ ‫العالية‬ ‫السرعات‬ ‫بفضل‬ ‫الالسلكية‬ ‫االتصاالت‬ ‫مجال‬ ‫في‬ ‫نوعية‬ ‫نقلة‬ ‫الخامس‬ ‫الجيل‬ ‫شبكات‬ ‫تمثل‬
‫أهم‬ ‫من‬ ‫المستخدمين‬ ‫تنقل‬ ‫أثناء‬ ‫االتصال‬ ‫استمرارية‬ ‫ضمان‬ ‫يبقى‬ ،‫ذلك‬ ‫ومع‬ .‫األجهزة‬ ‫من‬ ‫كبير‬ ‫عدد‬ ‫ربط‬ ‫على‬ ‫والقدرة‬
‫إلى‬ ‫الدراسة‬ ‫هذه‬ ‫تهدف‬ .‫الخدمة‬ ‫جودة‬ ‫على‬ ‫للحفاظ‬ ‫ضروريًا‬ ‫ا‬‫أمر‬
‫الخاليا‬ ‫بين‬ ‫التسليم‬ ‫عملية‬ ‫تحسين‬ ‫يجعل‬ ‫مما‬ ،‫التحديات‬
.‫ي‬‫اآلل‬ ‫التعلم‬‫و‬ ‫االصطناعي‬ ‫الذكاء‬ ‫تقنيات‬ ‫توظيف‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫العملية‬ ‫هذه‬ ‫أداء‬ ‫تحسين‬‫تضمنت‬‫الدراسة‬ ‫عرضًا‬ ‫لمختلف‬ ‫مكونات‬ ‫شبكات‬ ‫الجيل‬ ‫الخامس‬ ‫والتقنيات‬ ‫الداعمة‬ ‫لها‪،‬‬ ‫ثم‬ ‫تقييم‬ ‫عدة‬ ‫أساليب‬ ‫لتحسين‬ ‫التسليم‬
‫‪،‬‬‫والتحسين‬ ‫الديناميكي‪،‬‬ ‫والتعلم‬ ‫المعزز‪،‬‬ ‫والتعلم‬ ‫العميق‪،‬‬ ‫والنموذج‬ ‫الهجين‬ ‫القائم‬ ‫‪A3‬‬ ‫بين‬ ‫الخاليا‪،‬‬ ‫شملت‬ ‫الطريقة‬ ‫التقليدية‬
‫على‬‫الشبكات‬ ‫العصبية‬ ‫العميقة‬ ‫والذاكرة‬ ‫طويلة‬ ‫وقصيرة‬ ‫المدى‪،‬‬ ‫باإلضافة‬ ‫إلى‬ ‫مقارنة‬ ‫بين‬ ‫أساليب‬ ‫التعلم‬ ‫الخاضع‬ ‫لإلشراف‬
‫‪.‬‬‫وغير‬‫الخاضع‬ ‫لإلشراف‬ ‫والتعلم‬ ‫المعزز‬ ‫والتعلم‬ ‫الفيدرالي‬ ‫‪.‬‬
‫أظهرت‬‫نتائج‬ ‫المحاكاة‬ ‫تفوق‬ ‫األساليب‬ ‫المعتمدة‬ ‫على‬ ‫الذكاء‬ ‫االصطناعي‬ ‫مقارنة‬ ‫بالطرق‬ ‫التقليدية‪،‬‬ ‫حيث‬ ‫حقق‬ ‫النموذج‬
‫الهجين‬‫أفضل‬ ‫أداء‬ ‫من‬ ‫حيث‬ ‫تحسين‬ ‫جودة‬ ‫الخدمة‬ ‫وتقليل‬ ‫عدد‬ ‫عمليات‬ ‫التسليم‬ ‫غير‬ ‫الضرورية‬ ‫وفقدان‬ ‫الحزم‪،‬‬ ‫مع‬ ‫زيادة‬
‫معدل‬‫نقل‬ ‫البيانات‪.‬‬ ‫وتؤكد‬ ‫هذه‬ ‫النتائج‬ ‫أهمية‬ ‫دمج‬ ‫تقنيات‬ ‫الذكاء‬ ‫االصطناعي‬ ‫في‬ ‫إدارة‬ ‫الشبكات‬ ‫المتنقلة‪،‬‬ ‫كما‬ ‫تفتح‬ ‫آفاقًا‬ ‫واعدة‬
‫لتطوير‬‫شبكات‬ ‫أكثر‬ ‫ذكا‬ ‫ً‬ ‫ء‬‫واستقاللية‬ ‫في‬ ‫المستقبل‪،‬‬ ‫خاصة‬ ‫مع‬ ‫التوجه‬ ‫نحو‬ ‫الجيل‬ ‫السادس‬ ‫‪.‬‬

Note de contenu :

Table de matière :
1.INTRODUCTION GENERALE : ................................................................................................. 1
1. INTRODUCTION .................................................................................................................... 4
2. L’EVOLUTION DES RESEAUX MOBILES ................................................................................. 4
2.1 La 1ére génération (1G) : ............................................................................................. 5
2.2 La 2éme génération (2G / GSM) : ................................................................................ 5
2.3 La 2,5G : ....................................................................................................................... 6
2.4 La 3éme génération (3G) : ........................................................................................... 6
2.5 La 3,5G : ....................................................................................................................... 6
2.6 La4éme Génération (4G / LTE ) : ................................................................................ 6
2.7 La 5éme Génération (5G ) : ......................................................................................... 7
1.8 La 6éme Génération (6G) : .......................................................................................... 8
3. REPRESENTATION DE LA 5G : .............................................................................................. 9
4. ARCHITECTURE DU RESEAU 5G : ....................................................................................... 12
4.1 Architecture Globale : ................................................................................................ 14
4.2 Le Réseau d’Accès Radio 5G (NG-RAN) : ................................................................. 15
4.3Le cœur de Réseau 5G (5GC) : ................................................................................ 15
4.3.1La séparation CUPS :............................................................................................... 16
4.3.2L’architecture Basée sur les Services (SBA) : ......................................................... 16
5. LES TECHNOLOGIES HABITANTES (KEY ENABLERS) : ...................................................... 18
5.1 Le Network Slicing (Découpage du Réseau) : ........................................................ 18
5.2 Informatique en périphérie multi-accès (MEC) ...................................................... 18
5.3 SDN (Réseautage défini par logiciel) et NFV (Virtualisation des fonctions réseau) :
....................................................................................................................................... 18
6.AVANTAGES ET DEFIS DE LA 5G : ....................................................................................... 19
7.LES ONDES MILLIMETRIQUES (MMWAVE) : ........................................................................ 23
8.LA BANDE SUB-MILLIMETRIQUE OU BANDE TERAHERTZ (THZ) : ....................................... 23
9.LE MIMO ULTRA-MASSIF (UM-MIMO) ET L'AVENEMENT DE LA NANOPHOTONIQUE : ... 24
9.1 Étude comparative et évaluation des performances des systèmes Massive MIMO:
....................................................................................................................................... 25
10.DENSIFICATION DU RESEAU : RESEAUX HETEROGENES (HETNETS) ET PETITES
CELLULES : ........................................................................................................................... 26
11.STRATEGIES DE BEAMFORMING ET GESTION DE LA MOBILITE : ....................................... 26
12.MECANISMES DE PROPAGATION ET OPTIMISATION PAR BEAMFORMING : ........................ 28
13.ADAPTATION AUX CONTRAINTES DES ONDES MILLIMETRIQUES :.................................... 28
CONCLUSION ......................................................................................................................... 29
1. INTRODUCTION : ................................................................................................................ 31
1.1. Transfert : ............................................................................................................... 31
1.2Importance du handover dans les systèmes de communication............................... 31
1.3Nécessité du Handover ............................................................................................ 32
2.INDICATEURS ET METRIQUES DE PERFORMANCE (KPI) : .................................................... 32
3.MESURE DE LA QUALITE DU SIGNAL ................................................................................... 33
ACITE DES CANAUX DE COMMUNICATION ................................................................... 36
5.CHARGE DU RESEAU (NETWORK LOAD) ............................................................................. 37
6.DISPONIBILITE DES RESSOURCES ........................................................................................ 37
7.ANALYSE ET OPTIMISATION DES MECANISMES DE HANDOVER TRIPHASIQUE :................... 38
8.SPECIFICITES DE LA 5G : .................................................................................................... 43
8.1Mobilité au niveau du faisceau (Beamforming) ...................................................... 43
8.1Mobilité au niveau du faisceau (Beam-level mobility ............................................. 43
8.2Complexité accrue du Handover inter-cellulaire ..................................................... 43
8.3Risque de blocage (Blockage) ................................................................................. 43
9. DAPS ET LTM (MOBILITE DECLENCHEE L1/L2) .............................................................. 43
10.ANALYSE ET DEPLOIEMENT DES MECANISMES DE MOBILITE L1/L2 (LTM) : .................... 44
10.1Détail des étapes LTM ........................................................................................... 46
10.2Évolution du LTM ................................................................................................. 48
11.CLASSIFICATION DES HANDOVER ..................................................................................... 48
11.1Les différents types de Handover en 5G ................................................................ 48
11.1.1 Transfert intra-gNB : ............................................................................................. 49
11.1.2 Transfert Inter-gNB via l'interface Xn : ................................................................ 49
11.1.3 Handover Inter-gNB via l'interface N2 : ............................................................... 50
11.1.4Handover Inter-système (Inter-RAT) : ................................................................... 50
12. LIMITE DES ALGORITHMES CLASSIQUES ET BESOIN D’INTELLIGENCE ARTIFICIELLE ....... 51
12.1Algorithmes pour Handover .................................................................................. 51
12.1.1Algorithme de seuil de signal ................................................................................. 51
12.1.2Algorithme basé sur la qualité de service .............................................................. 52
12.1.3Algorithme basé sur le coût .................................................................................... 54
13.LES ANOMALIES DE DECLENCHEMENT DU HANDOVER ..................................................... 57
13.1Le Handover trop tardif (Too Late Handover) ...................................................... 58
13.2Le Handover prématuré (Too Early Handover) ..................................................... 58
13.3Le Handover vers une mauvaise cellule (Handover to Wrong Cell) ..................... 58
14.CONSEQUENCES SUR L'EXPERIENCE UTILISATEUR: LE RADIO LINK FAILURE(RLF) ......... 59
14.1Les déclencheurs du RLF....................................................................................... 60
14.2La procédure de rétablissement (RRC Connection Re-establishment).................. 60
14.3Impact global sur la Qualité de Service (QoS) ...................................................... 60
15.GESTION DES TRANSFERTS HANDOVER .................................................................. 61
15.1Handover dans B5G SYSTEMS ............................................................................ 62
15.2PROCÉDURES HO EN B5G ................................................................................ 63
15.3Études Connectées ................................................................................................. 64
16.DÉFIS D'OPTIMISATION DES TRANSFERTS INTERLOCATAIRES (HO) DANS
LA 5G ................................................................................................................................... 67
17.SOLUTIONS D'OPTIMISATION DES TRANSFERTS HORS TERMINAUX POUR
LA B5G ................................................................................................................................ 80
18.LES RESEAUX SANS FIL, NOTAMMENT LES FUTURS RESEAUX B5G. .................................. 82
19.PROBLEMES DE GESTION DE LA MOBILITE. ....................................................................... 87
20.AUTRES TECHNIQUES DE SOLUTION POTENTIELLES ....................................... 92

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