Neutral host in 5G: an infrastructure sharing model between technological optimization and economic sustainability

The implementation of 5G technology and the adoption of neutral host models represent an important opportunity for telecommunications infrastructure optimization, especially in indoor environments characterized by high user density. However, the traditional infrastructure sharing model presents critical economic issues for mobile operators (MNOs), limiting its adoption. In this thesis, a new coalition model based on the Shapley value is developed, introducing an extra gain mechanism to significantly expand the scenarios in which collaboration between operators and neutral host is cost-effective. Through a quantitative analysis and subsequent application of the model to real case studies, it is shown that there are cases where the coalition is favorable (Fieramilano) and in those where it is not for operators, even a small contribution of a few cents per user can change the economic balance, making cooperation between operators and neutral host advantageous (San Siro stadium). From a managerial point of view, adopting a strategic approach in the management of the neutral host and MNOs makes it possible to redefine the business model, optimizing operating costs and improving user satisfaction. In addition, an alternative to the developed model, in which the operators themselves finance infrastructure sharing in cases where the neutral host has no incentive to support it on its own, is proposed for future studies. The analysis confirms that employing cooperative techniques with high-level theoretical frameworks can act as an effective solution for 5G networks' scalability and sustainability, offering a high level of service and ensuring a fair distribution of cost and benefit between parties involved.

L'implementazione della tecnologia 5G e l'adozione di modelli di neutral host rappresentano un'importante opportunità per l'ottimizzazione delle infrastrutture di telecomunicazione, specialmente in ambienti indoor caratterizzati da un'elevata densità di utenti. Tuttavia, il modello di condivisione infrastrutturale tradizionale presenta criticità economiche per gli operatori mobili (MNO), limitandone l'adozione. In questa tesi, viene sviluppato un nuovo modello di coalizione basato sul valore di Shapley, introducendo un meccanismo di guadagno extra che consente di ampliare significativamente gli scenari in cui la collaborazione tra gli operatori e il neutral host risulta conveniente. Attraverso un’analisi quantitativa e la successiva applicazione del modello a casi di studio reali, si dimostra che ci sono casi in cui la coalizione è favorevole (Fieramilano) e in quelli in cui non lo è per gli operatori, anche un piccolo contributo di pochi centesimi per utente può modificare il bilanciamento economico, rendendo la cooperazione tra operatori e neutral host vantaggiosa (stadio San Siro). Dal punto di vista manageriale, l'adozione di un approccio strategico nella gestione del neutral host e degli MNO consente di ridefinire il modello di business, ottimizzando i costi operativi e migliorando la soddisfazione degli utenti. Inoltre, viene proposta per studi futuri un’alternativa al modello sviluppato, in cui sono gli stessi operatori a finanziare la condivisione dell’infrastruttura nei casi in cui il neutral host non sia incentivato a sostenerla autonomamente. L'analisi conferma che l'impiego di tecniche cooperative con quadri teorici di alto livello può rappresentare una soluzione efficace per la scalabilità e la sostenibilità delle reti 5G, offrendo un elevato livello di servizio e garantendo un'equa distribuzione di costi e benefici tra le parti coinvolte.