Improved planning and resource management in next generation green mobile communication networks

In upcoming years, mobile communication networks will experience a disruptive reinventing process through the deployment of post 5th Generation (5G) mobile networks. Profound impacts are expected on network planning processes, maintenance and operations, on mobile services, subscribers with major changes in their data consumption and generation behaviours, as well as on devices itself, with a myriad of different equipment communicating over such networks. Post 5G will be characterized by a profound transformation of several aspects: processes, technology, economic, social, but also environmental aspects, with energy efficiency and carbon neutrality playing an important role. It will represent a network of networks: where different types of access networks will coexist, an increasing diversity of devices of different nature, massive cloud computing utilization and subscribers with unprecedented data-consuming behaviours. All at greater throughput and quality of service, as unseen in previous generations. The present research work uses 5G new radio (NR) latest release as baseline for developing the research activities, with future networks post 5G NR in focus. Two approaches were followed: i) method re-engineering, to propose new mechanisms and overcome existing or predictably existing limitations and ii) concept design and innovation, to propose and present innovative methods or mechanisms to enhance and improve the design, planning, operation, maintenance and optimization of 5G networks. Four main research areas were addressed, focusing on optimization and enhancement of 5G NR future networks, the usage of edge virtualized functions, subscriber’s behavior towards the generation of data and a carbon sequestering model aiming to achieve carbon neutrality. Several contributions have been made and demonstrated, either through models of methodologies that will, on each of the research areas, provide significant improvements and enhancements from the planning phase to the operational phase, always focusing on optimizing resource management. All the contributions are retro compatible with 5G NR and can also be applied to what starts being foreseen as future mobile networks. From the subscriber’s perspective and the ultimate goal of providing the best quality of experience possible, still considering the mobile network operator’s (MNO) perspective, the different proposed or developed approaches resulted in optimization methods for the numerous problems identified throughout the work. Overall, all of such contributed individually but aggregately as a whole to improve and enhance globally future mobile networks. Therefore, an answer to the main question was provided: how to further optimize a next-generation network - developed with optimization in mind - making it even more efficient while, simultaneously, becoming neutral concerning carbon emissions. The developed model for MNOs which aimed to achieve carbon neutrality through CO2 sequestration together with the subscriber’s behaviour model - topics still not deeply focused nowadays – are two of the main contributions of this thesis and of utmost importance for post-5G networks.Nos próximos anos espera-se que as redes de comunicações móveis se reinventem para lá da 5ª Geração (5G), com impactos profundos ao nível da forma como são planeadas, mantidas e operacionalizadas, ao nível do comportamento dos subscritores de serviços móveis, e através de uma miríade de dispositivos a comunicar através das mesmas. Estas redes serão profundamente transformadoras em termos tecnológicos, económicos, sociais, mas também ambientais, sendo a eficiência energética e a neutralidade carbónica aspetos que sofrem uma profunda melhoria. Paradoxalmente, numa rede em que coexistirão diferentes tipos de redes de acesso, mais dispositivos, utilização massiva de sistema de computação em nuvem, e subscritores com comportamentos de consumo de serviços inéditos nas gerações anteriores. O trabalho desenvolvido utiliza como base a release mais recente das redes 5G NR (New Radio), sendo o principal focus as redes pós-5G. Foi adotada uma abordagem de "reengenharia de métodos” (com o objetivo de propor mecanismos para resolver limitações existentes ou previsíveis) e de “inovação e design de conceitos”, em que são apresentadas técnicas e metodologias inovadoras, com o principal objetivo de contribuir para um desenho e operação otimizadas desta geração de redes celulares. Quatro grandes áreas de investigação foram endereçadas, contribuindo individualmente para um todo: melhorias e otimização generalizada de redes pós-5G, a utilização de virtualização de funções de rede, a análise comportamental dos subscritores no respeitante à geração e consumo de tráfego e finalmente, um modelo de sequestro de carbono com o objetivo de compensar as emissões produzidas por esse tipo de redes que se prevê ser massiva, almejando atingir a neutralidade carbónica. Como resultado deste trabalho, foram feitas e demonstradas várias contribuições, através de modelos ou metodologias, representando em cada área de investigação melhorias e otimizações, que, todas contribuindo para o mesmo objetivo, tiveram em consideração a retro compatibilidade e aplicabilidade ao que se prevê que sejam as futuras redes pós 5G. Focando sempre na perspetiva do subscritor da melhor experiência possível, mas também no lado do operador de serviço móvel – que pretende otimizar as suas redes, reduzir custos e maximizar o nível de qualidade de serviço prestado - as diferentes abordagens que foram desenvolvidas ou propostas, tiveram como resultado a resolução ou otimização dos diferentes problemas identificados, contribuindo de forma agregada para a melhoria do sistema no seu todo, respondendo à questão principal de como otimizar ainda mais uma rede desenvolvida para ser extremamente eficiente, tornando-a, simultaneamente, neutra em termos de emissões de carbono. Das principais contribuições deste trabalho relevam-se precisamente o modelo de compensação das emissões de CO2, com vista à neutralidade carbónica e um modelo de análise comportamental dos subscritores, dois temas ainda pouco explorados e extremamente importantes em contexto de redes futuras pós-5G

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

The mobile Internet report

Key ponts Material wealth creation / destruction should surpass earlier computing cycles. The mobile Internet cycle, the 5th cycle in 50 years, is just starting. Winners in each cycle often create more market capitalization than in the last. New winners emerge, some incumbents survive – or thrive – while many past winners falter. The mobile Internet is ramping faster than desktop Internet did, and we believe more users may connect to the Internet via mobile devices than desktop PCs within 5 years. Five IP-based products / services are growing / converging and providing the underpinnings for dramatic growth in mobile Internet usage – 3G adoption + social networking + video + VoIP + impressive mobile devices. Apple + Facebook platforms serving to raise the bar for how users connect / communicate – their respective ramps in user and developer engagement may be unprecedented. Decade-plus Internet usage / monetization ramps for mobile Internet in Japan plus desktop Internet in developed markets provide roadmaps for global ramp and monetization. Massive mobile data growth is driving transitions for carriers and equipment providers. Emerging markets have material potential for mobile Internet user growth. Low penetration of fixed-line telephone and already vibrant mobile value-added services mean that for many EM users and SMEs, the Internet will be mobile

QoS Requirements as Factor of Trust to 5G Network, Journal of Telecommunications and Information Technology, 2016, nr 1

Trust to modern telecommunications networks plays an important role as a driver of technological and market success of any technology or telecommunication services. Most of the technological approaches to this problem are focused only on network security and do not include such a factor as the quality of service (QoS), which also plays an important role in the formation of trust both from the consumers and the regulator. The future 5G mobile technology will be the engine of development of telecommunications until 2020 and the formation of trust to the 5G networks is one of the main tasks for developers. The authors present the view on the trust to 5G networks in the plane of QoS requirements formation and QoS management. QoS requirements to 5G networks were determined on the basis of three main business models of services: xMBB, M-MTC and U-MTC and the need to ensure user trust to networks. Infrastructure requirements for QoS control and spectrum management network entities which are based on Network Function Virtualization (NFV) principles have been formed

Developments of 5G Technology

This technology is the future of current LTE technology which would be a boost to the future of wireless and computer networks, as the speeds would be way higher than the current LTE networks, which will push the technology to a new level. This technology will make the radio channels to support data access speeds up to 10 Gb/s which will turn the bandwidth radio channels as WiFi. Comparing it with other LTE technology\u27s it has high speed and capacity, support interactive multimedia, voice, internet and its data rate is 1 Gbps which makes it faster than other LTE’s . This is much more effective than other technology’s due to its advanced billing interfaces. This paper provides detail explanation of 5G technology, its architecture, challenges, advantages and disadvantages, issues and ends with future of 5G technology

5G Outlook – Innovations and Applications

5G Outlook - Innovations and Applications is a collection of the recent research and development in the area of the Fifth Generation Mobile Technology (5G), the future of wireless communications. Plenty of novel ideas and knowledge of the 5G are presented in this book as well as divers applications from health science to business modeling. The authors of different chapters contributed from various countries and organizations. The chapters have also been presented at the 5th IEEE 5G Summit held in Aalborg on July 1, 2016. The book starts with a comprehensive introduction on 5G and its need and requirement. Then millimeter waves as a promising spectrum to 5G technology is discussed. The book continues with the novel and inspiring ideas for the future wireless communication usage and network. Further, some technical issues in signal processing and network design for 5G are presented. Finally, the book ends up with different applications of 5G in distinct areas. Topics widely covered in this book are: • 5G technology from past to present to the future• Millimeter- waves and their characteristics• Signal processing and network design issues for 5G• Applications, business modeling and several novel ideas for the future of 5

3G migration in Pakistan

The telecommunication industry in Pakistan has come a long way since the country\u27s independence in 1947. The initial era could be fairly termed as the PTCL (Pakistan Telecommunication Company Limited) monopoly, for it was the sole provider of all telecommunication services across the country. It was not until four decades later that the region embarked into the new world of wireless communication, hence ending the decades old PTCL monopoly. By the end of the late 1990\u27s, government support and international investment in the region opened new doors to innovation and better quality, low cost, healthy competition. Wireless licenses for the private sector in the telecommunication industry triggered a promising chain of events that resulted in a drastic change in the telecommunication infrastructure and service profile. The newly introduced wireless (GSM) technology received enormous support from all stakeholders (consumers, regulatory body, and market) and caused a vital boost in Pakistan\u27s economy. Numerous tangential elements had triggered this vital move in the history of telecommunications in Pakistan. Entrepreneurs intended to test the idea of global joint ventures in the East and hence the idea of international business became a reality. The technology had proven to be a great success in the West, while Pakistan\u27s telecom consumer had lived under the shadow of PTCL dominance for decades and needed more flexibility. At last the world was moving from wired to wireless! Analysts termed this move as the beginning of a new era. The investors, telecommunication businesses, and Pakistani treasury prospered. It was a win-win situation for all involved. The learning curve was steep for both operators and consumers but certainly improved over time. In essence, the principle of deploying the right technology in the right market at the right time led to this remarkable success. The industry today stands on the brink of a similar crossroads via transition from second generation to something beyond. With the partial success of 3G in Europe and the USA, the government has announced the release of three 3G licenses by mid 2009. This decision is not yet fully supported by all but still initiated parallel efforts by the operators and the vendors to integrate this next move into their existing infrastructure