Algoritmi per la pianificazione incrementale di LTE nelle reti di accesso radiomobile

Nell'ambito delle reti radiomobili l'introduzione di una nuova tecnologia, non sostituisce completamente quelle esistenti ma le a ffianca per un lungo periodo di tempo, in quanto occorre garantire il servizio ad una certa percentuale dei terminali in circolazione (decisa in accordo tra gli operatori e il garante delle comunicazioni di un paese); basti pensare che il sistema TACS (Total Acces Communication System) e stato cessato in Italia solo il 31 dicembre 2005 e che ad oggi la maggior parte del traffi co voce viene trasportato ancora sulla rete 2G. La necessità di sovrapporre i diversi layer pone per o un problema di carattere ambientale. I sistemi radiomobili sono basati sulla propagazione di onde elettromagnetiche, e generano quindi inquinamento elettromagnetico; nasce dunque l'esigenza di valutare quanto l'implementazione del sistema LTE impatti sui livelli di tale inquinamento e quanto il rispetto dei vincoli imposti dalla legge ne possa limitare l'espansione. Inoltre, la condivisione di risorse radio tra LTE e le reti legacy pu ò portare alla necessit à di dover penalizzare i sistemi 2G e 3G, cercando per o di mantenere dei livelli di performance accettabili. L'obiettivo di questo lavoro e il progetto di algoritmi di pianifi cazione per reti radiomobili LTE tenendo in considerazione l'esistenza delle reti legacy 2G e 3G, dei relativi vantaggi e limiti derivanti da queste e valutando l'impatto ambientale delle nuove installazioni. Gli algoritmi di pianifi cazione proposti in questa tesi mirano a pianifi care la rete di accesso LTE in un'ottica di massimizzazione delle prestazioni ottenibili avendo a disposizione un budget prestabilito, riutilizzando le infrastrutture di rete preesistenti e rispettando i vincoli sull'inquinamento elettromagnetico. Questo tipo di approccio permette di ottenere delle valutazioni pi u realistiche rispetto alla pianifi cazione su scenari ideali, inoltre, a di fferenza del classico approccio di pianifi cazione a costo minimo, rende possibile la valutazione di diversi piani di sviluppo per un operatore radiomobile, mettendo in relazione il budget con le massime prestazioni raggiungibili valutate in termini di user experience. Questo lavoro si propone di mettere le basi per introdurre in letteratura due aspetti chiave della pianifi cazione radiomobile, quali il riuso delle infrastrutture esistenti e l'analisi dell'impatto ambientale, con quest'ultimo destinato a diventare di fondamentale importanza nei prossimi anni. Gli approcci proposti consentono, in base alla distribuzione degli utenti nell'area geogra fica considerata, alla topologia e alle confi gurazioni delle reti legacy, al budget e ai livelli di inquinamento elettromagnetico, di stabilire su quali BS (Base Station) attivare il sistema LTE e con quale confi gurazione in termini di banda, potenza e tecnica di trasmissione, al fine di fornire a ciascun utente il miglior profi lo di traffi co possibile, ottimizzando la gestione dell'allocazione di risorse radio, e tenendo conto dei vincoli di SINR (Signal Interference Noise Ratio). Il punto di partenza e rappresentato da un modello di programmazione matematica intera in cui vengono formalizzati tutti i vincoli del problema. L'elevata complessit à computazionale del modello proposto non rende possibile la valutazione di istanze di elevate dimensioni, il passo successivo dunque e quello di introdurre un algoritmo di tipo euristico, in grado di fornire una soluzione sub-ottima al problema presentato, con un costo computazionale inferiore. L'algoritmo euristico introdotto viene poi validato attraverso un set di analisi eff ettuate sulle medesime istanze sulle quali e risolto il modello e confrontandone i risultati. La complessit à del modello impone l'approssimazione di alcuni aspetti del problema; in particolare vengono eff ettuate delle semplifi cazioni sulla modalit à di allocazione delle risorse radio in LTE e sulla valutazione dell'impatto elettromagnetico. La necessit à di e ffettuare tali approssimazioni viene meno considerando solamente l'approccio euristico, viene quindi infi ne elaborata una versione modi ficata dell'euristica nella quale viene rappresentata pi ù fedelmente l'interfaccia radio LTE e l'inquinamento elettromagnetico viene valutato attraverso l'introduzione dei punti sensibili, intesi come punti geolocalizzati nelle vicinanze della stazione radio base nelle quali viene stimato il livello di impatto elettromagnetico. Questo ultimo algoritmo permette di analizzare scenari di cardinalit à decisamente maggiore rispetto a quelli del modello.