Node relocation in 5G mm-wave access networks

With the explosive growth of mobile data demand, future fifth generation (5G) cellular network is being developed to address both this dramatically increasing data traffic and network congestion problems. Millimeter-wave (mm-wave) communication is a very promising solution for future 5G cellular networks, since it offers large bandwidth, which can be translated directly to much higher data rates for each user and overwhelming capacity. Although the mm-wave band has gained great interest for 5G cellular systems, there are many concerns about the transmission characteristics at such high frequencies, especially signal attenuation due to free space propagation, atmospheric gaseous, rain and obstacles blockage. In this thesis, not only these adverse propagation characteristics, which make the mm-wave scenario an harsh environmental context, but also the mobility of the users is taken into account, in order to maximize the coverage and the rate of the users. Here in this project, we present algorithms aimed for the continuous monitoring and the dynamic deployment of BSs according to ongoing users’ mobility in 5G mm-wave access networks. In particular, we propose, firstly, for a given users deployment, different heuristic algorithms suitable to determine the best BSs locations. Secondly, the dynamic deployment BSs solutions. Thirdly, the management of obstacles approaches. Finally, numerical results are provided to compare the proposed strategies.

Con la crescita esplosiva della domanda dei dati mobile, si sta sviluppando la futura rete cellulare (5G) in modo da fronteggiare sia la notevole crescita del traffico dati che problemi di congestione delle reti. La comunicazione ad onde millimetriche (mm-wave) e’ una soluzione molto promettente per la rete 5G, dal momento che offre un’ampia larghezza di banda, la quale si traduce in una maggior velocita’ di trasmissione dati e spropositata capacita’. Nonostante l’impiego di banda delle onde millimetriche abbia riscosso un grande interesse per la rete cellulare 5G, ci sono molte preoccupazioni riguardo alle caratteristiche di trasmissione nell’ambito di tali frequenze, specialmente riguardo l’attenuazione del segnale dovuto alla propagazione in spazio libero, ai gas atmoferici, alla pioggia ed all’ostruzione degli ostacoli. In questa tesi, oltre alle avverse caratteristiche di propagazione, che rendono lo scenario ad onde millimetriche un ambiente severo, anche la mobilita’ degli utenti viene presa in considerazione al fine di massimizzare la copertura degli stessi e la velocita di trasmissione. In questo progetto, esponiamo algoritmi mirati al continuo monitoraggio e al dispiegamento dinamico delle BS conformemente alla continua mobilita’ degli utenti in uno scenario 5G. In particolare, proponiamo in primo luogo, data la posizione degli utenti, diversi algoritmi euristici atti a determinare le migliori locazioni per le BS. In secondo luogo, soluzioni atte al dispiegamento dinamico delle BS. In terzo luogo, approcci per la gestione degli ostacoli. Infine, sono forniti risultati numerici in modo da confrontare le strategie proposte.