Delay minimization in dynamic and scalable multi-operator wireless backhauling

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Aerial base stations with opportunistic links for next generation emergency communications

Rapidly deployable and reliable mission-critical communication networks are fundamental requirements to guarantee the successful operations of public safety officers during disaster recovery and crisis management preparedness. The ABSOLUTE project focused on designing, prototyping, and demonstrating a high-capacity IP mobile data network with low latency and large coverage suitable for many forms of multimedia delivery including public safety scenarios. The ABSOLUTE project combines aerial, terrestrial, and satellites communication networks for providing a robust standalone system able to deliver resilience communication systems. This article focuses on describing the main outcomes of the ABSOLUTE project in terms of network and system architecture, regulations, and implementation of aerial base stations, portable land mobile units, satellite backhauling, S-MIM satellite messaging, and multimode user equipments

Joint routing and resource allocation for wireless backhauling of small cell networks

The future communication networks are destined to support an increasingly large amount of data traffic, and for that reason, efficient mechanisms to manage them are necessary. Based on a backhaul network, and starting from specific scenarios, we develop methods to jointly optimize the routing parameters and resources of this network. We relate this optimization with the Software Defined Networks and network virtualization concepts, which allow us to have an overall vision of the network, and lead us to study its decomposition. To do this, we use convex optimization techniques, which have very efficient resolution mechanisms, and help us to obtain tools for interpreting the obtained results and perform analysis on the network parameters. The achieved results show a great improvement in relation to the non-optimized case in terms of carried traffic, which is an assessment we make in the final economic analysis.Las redes de comunicaciones del futuro están destinadas a soportar una cantidad de tráfico de datos cada vez más elevada, y por eso son necesarios mecanismos eficientes para gestionarlas. Basándonos en una red de backhaul y partiendo de escenarios concretos, desarrollamos métodos para optimizar conjuntamente los parámetros de enrutamiento y los recursos de esta red. Esta optimización la ligamos con los conceptos de Software Defined Networksk y de network virtualization, que nos permiten tener una visión general de la red, y nos conducen a estudiar su descomposición. Esto lo hacemos usando técnicas de optimización convexa, que tiene mecanismos de resolución muy eficientes, y nos ayuda a obtener herramientas para interpretar los resultados obtenidos y hacer análisis de los parámetros de la red. Los resultados conseguidos muestran una gran mejora con relación al caso no optimizado en términos de tráfico transportado, valoración que recogemos en un análisis económico final.Les xarxes de comunicacions del futur estan destinades a suportar una quantitat de trànsit de dades cada cop més elevada, i per això són necessaris mecanismes eficients per a gestionar-les. Basant-nos en una xarxa de backhaul i partint d?escenaris concrets, desenvolupem mètodes per a optimitzar conjuntament els paràmetres d?encaminament i els recursos d?aquesta xarxa. Aquesta optimització la lliguem amb els conceptes de Software Defined Network i de network virtualization, que ens permeten tenir una visió general de la xarxa, i ens condueixen a estudiar-ne la seva descomposició. Tot això ho fem utilitzant tècniques d?optimització convexa, que té mecanismes de resolució molt eficients, i ens ajuda a obtenir eines per a interpretar els resultats obtinguts i fer anàlisis dels punts forts i febles de la xarxa. Els resultats aconseguits mostren una gran millora respecte el cas no optimitzat en termes de trànsit transportat, valoració que recollim en una anàlisi econòmica final

Towards versatile access networks (Chapter 3)

Compared to its previous generations, the 5th generation (5G) cellular network features an additional type of densification, i.e., a large number of active antennas per access point (AP) can be deployed. This technique is known as massive multipleinput multiple-output (mMIMO) [1]. Meanwhile, multiple-input multiple-output (MIMO) evolution, e.g., in channel state information (CSI) enhancement, and also on the study of a larger number of orthogonal demodulation reference signal (DMRS) ports for MU-MIMO, was one of the Release 18 of 3rd generation partnership project (3GPP Rel-18) work item. This release (3GPP Rel-18) package approval, in the fourth quarter of 2021, marked the start of the 5G Advanced evolution in 3GPP. The other items in 3GPP Rel-18 are to study and add functionality in the areas of network energy savings, coverage, mobility support, multicast broadcast services, and positionin

View on 5G Architecture: Version 2.0

The 5G Architecture Working Group as part of the 5GPPP Initiative is looking at capturing novel trends and key technological enablers for the realization of the 5G architecture. It also targets at presenting in a harmonized way the architectural concepts developed in various projects and initiatives (not limited to 5GPPP projects only) so as to provide a consolidated view on the technical directions for the architecture design in the 5G era. The first version of the white paper was released in July 2016, which captured novel trends and key technological enablers for the realization of the 5G architecture vision along with harmonized architectural concepts from 5GPPP Phase 1 projects and initiatives. Capitalizing on the architectural vision and framework set by the first version of the white paper, this Version 2.0 of the white paper presents the latest findings and analyses with a particular focus on the concept evaluations, and accordingly it presents the consolidated overall architecture design

Joint access-backhaul mechanisms in 5G cell-less architectures

Older generations of wireless networks, such as 1G and 2G were deployed using leased line, copper or fibre line as backhaul. Later, in 3G and 4G, microwave wireless links have also worked as backhaul links while the backbone of the network was still wireline-based. However, due to multiple different use cases and deployment scenarios of 5G, solo wireline based backhaul network is not a cost-efficient option for the operators anymore. For cost-efficient and fast deployment, wireless backhaul options are very attractive. As drawbacks, wireless backhaul links have capacity and distance limitations. To take the advantages of both the solutions, i.e., wired and wireless, 5G transport networks are anticipated to be a heterogeneous, complex, and with stringent performance requirements. To address the aforementioned challenges, wireless backhaul options are providing more attractive solutions, and hence, technologies using the same resources (e.g., frequency channels) may be used by both access and backhaul networks. In this scenario, blurring the separation line between access and backhaul networks allows resource sharing and cooperation between both the networks and minimizes the network deployment and maintenance cost significantly. Therefore, in 5G, the access and backhaul networks cannot be seen as separate entities; rather, we seek to integrate them together to ensure the best use of resources. In this thesis, firstly, we investigate the challenges and potential technologies of 5G transport network. Later, to address these challenges, we identify and present different approaches to perform joint access-backhaul mechanism. An initial performance evaluation of access-aware backhaul optimization is presented, where backhaul network is dynamically assigned with the required resources to serve the dynamic requirements of a 5G access network. The evaluation results and discussions manifest the resource efficiency of joint access-backhaul mechanisms. Functional splits in different layers of the access network comes as an intelligent solution to reduce the enormous capacity requirements of the transport network in a centralized radio access network approach, which tends to centralize almost all the functionalities into a central unit, leaving only radio frequency functions at the access points. From the joint access-backhaul mechanism perspective, we propose a novel technique, which takes the benefit of functional splits at physical layer, to design a heterogeneous transport network in an economical budget-limited and capacity-limited scenario. Till today, the limited capacity of the wireless backhaul links remains a challenge, and hence, frequency spectrum becomes scarce, and requires efficient utilization. To address this challenge, a joint spectrum sharing technique to implement joint accessbackhaul mechanism is presented. Evaluation results show that our proposed joint spectrum sharing technique, where spectrum allocation in the backhaul network follows the access network's traffic load, is fair and efficient in terms of spectrum utilization. We also propose a machine learning technique, which analyses data from a real network and estimates access network's traffic pattern, and subsequently, assigns bandwidth in the access network according to the traffic estimations. Presented evaluation results show that a well-trained machine learning model can be very efficient to obtain an efficient utilization of frequency spectrum.Las primeras generaciones de redes móviles, se implementaron utilizando líneas de cobre o fibra para la conexión entre la red de acceso y el núcleo de la red (conexión backhaul). Más tarde, los enlaces inalámbricos también han funcionado como backhaul mientras que la columna vertebral de la red seguía basada en cable. Sin embargo, debido a los múltiples escenarios de implementación de 5G, una red de backhaul basada solamente en cable ya no es una opción rentable para los operadores. Para una implementación rentable y rápida, las opciones de backhaul inalámbrico son muy atractivas. Como inconvenientes, los enlaces backhaul inalámbricos tienen limitaciones de capacidad y distancia. Para aprovechar las ventajas de ambas soluciones, es decir, cableadas e inalámbricas, se prevé que las redes de transporte 5G sean heterogéneas, complejas y con estrictos requisitos de rendimiento. Para abordar los desafíos antes mencionados, las opciones de backhaul inalámbrico brindan soluciones más atractivas y, por lo tanto, las tecnologías que usan los mismos recursos (por ejemplo, canales de frecuencia) pueden usarse tanto en las redes de acceso como en las de backhaul. En este escenario, desdibujar la línea de separación entre las redes de acceso y backhaul permite el intercambio de recursos y la cooperación entre ambas redes, y minimiza significativamente los costes de implementación y mantenimiento de la red. Por lo tanto, en 5G las redes de acceso y backhaul no pueden verse como entidades separadas; más bien consideraremos su integración para asegurar el mejor uso de los recursos. En esta tesis, en primer lugar, investigamos los desafíos y las tecnologías potenciales para la implementación de la red de backhaul 5G. Más tarde, para abordar dichos desafíos, identificamos diferentes enfoques para un mecanismo conjunto de gestión de la red de acceso y backhaul. Se presenta una evaluación de rendimiento inicial para la optimización de backhaul que tiene en cuenta el estado de la red de acceso, donde la red de backhaul se equipa dinámicamente con los recursos necesarios para cumplir con los requisitos de la red de acceso 5G. Los resultados de la evaluación manifiestan la mayor eficiencia de los mecanismos de gestión de recursos que consideran redes de acceso y backhaul conjuntamente. Las divisiones funcionales en diferentes capas de la red de acceso (functional splits) se presentan como una solución inteligente para reducir los enormes requisitos de capacidad de la red de transporte en un enfoque de red de acceso, que tiende a centralizar casi todas las funcionalidades en una unidad central, dejando solo las funciones más relacionadas con la transmisión/recepción de señales en los puntos de acceso. Desde la perspectiva del mecanismo conjunto de red de acceso y backhaul, proponemos una técnica novedosa, que aprovecha las divisiones funcionales en la capa física para diseñar una red de transporte heterogénea con un presupuesto económico y un escenario de capacidad limitada. Hasta el día de hoy, la capacidad limitada de los enlaces inalámbricos sigue siendo un desafío, dado que el espectro de frecuencias es escaso y requiere una utilización eficiente. Para hacer frente a este desafío, se presenta una técnica de gestión de recursos espectrales compartidos entre red de acceso y backhaul. Los resultados de la evaluación muestran que nuestra propuesta, donde la asignación de espectro en la red de backhaul se hace de acuerdo a la carga de tráfico de la red de acceso, es justa y eficiente. También proponemos una técnica de aprendizaje automático, que analiza datos de una red real y estima el patrón de tráfico de la red de acceso para, posteriormente, asignar ancho de banda en la red de acceso de acuerdo con dichas estimaciones. Los resultados de la evaluación presentados muestran que un modelo de aprendizaje automático bien entrenado puede ser una herramienta muy útil a la hora de obtener una utilización eficiente del espectro de frecuencias.Postprint (published version