The exponentially growing demand for mobile data tra c makes a new generation cellular system necessary. Current mobile networks become insu cient to ful ll the requirements of the upcoming applications, and the capacity of existing systems is about to get overloaded. The answer to capacity enhancement as well as to ultra-high data rates and very low latency is the 5G cellular networks. Heterogeneous networks, which work with millimeter-waves, allow these improvements to be realized. With their large bandwidth, mm-waves can o er not only a huge amount of capacity, but also the possibility to reach these throughputs. Apart from the advantages of mm-waves, one of which is to be able to use massive MIMO due to the very small antenna sizes and directive transmissions, mm-wave transmissions are quite challenging and limited to the short distances. This leads to very dense network deployments, where the wired backhauling is highly expensive and not feasible because of scalability issues. Integrated access and backhaul in mm-wave networks is particularly signi cant for wireless backhauling in 5G, due to its compelling nature. Multi-hop wireless backhauling comes with routing and scheduling issues, and in this thesis, a performance analysis of a solution is carried out by developing optimization models for joint routing and scheduling. Various network instances are solved with di erent features of the models for a deep understanding of the characteristics of IAB networks. Moreover, a heuristic model based on Column Generation has been also designed to obtain good results in a much shorter time.

La crescente domanda esponenziale di tra co dati mobile rende necessario un sistema cellulare di nuova generazione. Le attuali reti mobili diventano insu cienti per soddisfare i requisiti delle prossime applicazioni e la capacit a dei sistemi esistenti sta per essere sovraccaricata. La risposta al potenziamento della capacit a, nonch e ad altissime velocit a di trasmissione dati e latenza molto bassa sono le reti cellulari 5G. Reti eterogenee, che funzionano con onde millimetriche, consentono di realizzare questi miglioramenti. Con la loro ampia larghezza di banda, le onde mm possono o rire non solo un'enorme quantit a di capacit a, ma anche la possibilit a di raggiungere questi throughput. A parte i vantaggi delle onde mm, una delle quali e quella di poter utilizzare un enorme MIMO a causa delle dimensioni molto ridotte dell'antenna e delle trasmissioni direttrici, le trasmissioni ad onde mm sono piuttosto impegnative e limitate alle brevi distanze. Ci o porta a distribuzioni di rete molto tte, in cui il backhauling cablato e molto costoso e non realizzabile a causa di problemi di scalabilit a. L'accesso integrato e il backhaul nelle reti a onde mm sono particolarmente signi cativi per il backhaul wireless nel 5G, a causa della sua natura avvincente. Il backhauling wireless multi-hop presenta problemi di routing e schedulazione e, in questa tesi, viene eseguita un'analisi delle prestazioni di una soluzione sviluppando modelli di ottimizzazione per il routing e la piani cazione congiunti. Varie istanze di rete vengono risolte con diverse funzionalit a dei modelli per una profonda comprensione delle caratteristiche delle reti IAB. Inoltre, e stato progettato anche un modello euristico basato sulla generazione di colonne per ottenere buoni risultati in un tempo molto pi u breve.

Optimization algorithms for 5G millimeter-wave access networks with integrated access and backhauling

YUKSEL, MERT
2018/2019

Abstract

The exponentially growing demand for mobile data tra c makes a new generation cellular system necessary. Current mobile networks become insu cient to ful ll the requirements of the upcoming applications, and the capacity of existing systems is about to get overloaded. The answer to capacity enhancement as well as to ultra-high data rates and very low latency is the 5G cellular networks. Heterogeneous networks, which work with millimeter-waves, allow these improvements to be realized. With their large bandwidth, mm-waves can o er not only a huge amount of capacity, but also the possibility to reach these throughputs. Apart from the advantages of mm-waves, one of which is to be able to use massive MIMO due to the very small antenna sizes and directive transmissions, mm-wave transmissions are quite challenging and limited to the short distances. This leads to very dense network deployments, where the wired backhauling is highly expensive and not feasible because of scalability issues. Integrated access and backhaul in mm-wave networks is particularly signi cant for wireless backhauling in 5G, due to its compelling nature. Multi-hop wireless backhauling comes with routing and scheduling issues, and in this thesis, a performance analysis of a solution is carried out by developing optimization models for joint routing and scheduling. Various network instances are solved with di erent features of the models for a deep understanding of the characteristics of IAB networks. Moreover, a heuristic model based on Column Generation has been also designed to obtain good results in a much shorter time.
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
18-dic-2019
2018/2019
La crescente domanda esponenziale di tra co dati mobile rende necessario un sistema cellulare di nuova generazione. Le attuali reti mobili diventano insu cienti per soddisfare i requisiti delle prossime applicazioni e la capacit a dei sistemi esistenti sta per essere sovraccaricata. La risposta al potenziamento della capacit a, nonch e ad altissime velocit a di trasmissione dati e latenza molto bassa sono le reti cellulari 5G. Reti eterogenee, che funzionano con onde millimetriche, consentono di realizzare questi miglioramenti. Con la loro ampia larghezza di banda, le onde mm possono o rire non solo un'enorme quantit a di capacit a, ma anche la possibilit a di raggiungere questi throughput. A parte i vantaggi delle onde mm, una delle quali e quella di poter utilizzare un enorme MIMO a causa delle dimensioni molto ridotte dell'antenna e delle trasmissioni direttrici, le trasmissioni ad onde mm sono piuttosto impegnative e limitate alle brevi distanze. Ci o porta a distribuzioni di rete molto tte, in cui il backhauling cablato e molto costoso e non realizzabile a causa di problemi di scalabilit a. L'accesso integrato e il backhaul nelle reti a onde mm sono particolarmente signi cativi per il backhaul wireless nel 5G, a causa della sua natura avvincente. Il backhauling wireless multi-hop presenta problemi di routing e schedulazione e, in questa tesi, viene eseguita un'analisi delle prestazioni di una soluzione sviluppando modelli di ottimizzazione per il routing e la piani cazione congiunti. Varie istanze di rete vengono risolte con diverse funzionalit a dei modelli per una profonda comprensione delle caratteristiche delle reti IAB. Inoltre, e stato progettato anche un modello euristico basato sulla generazione di colonne per ottenere buoni risultati in un tempo molto pi u breve.
Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/152506