Robust Optimization for Evolving Backhaul of Mobile Networks
- Reference number
- SM19-0042
- Start and end dates
- 200101-201231
- Amount granted
- 686 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The ever-growing amount of data in mobile communications systems poses new challenges to efficient deployment and expansion of backhauling – the part of network connecting the radio base stations to the core network. Three key aspects are cost, capacity, and resilience. The cost and capacity of backhaul links are determined by technology, i.e., use of fiber or microwave for each individual link, as well as the network topology. Network topology governs also resilience that relies on redundancy, in order to keep radio base stations connected to the core network in case of backhaul link failure. As the network is constantly evolving, minimizing the backhauling cost for the currently estimated amount of data demand is not efficient in the long term. Instead, spare capacity and more redundancy, even though requiring higher investment cost for the moment, may turn out to be much less costly for future radio network expansion. To this end, robust optimization is a novel and promising approach. Unlike classical optimization methods, robust optimization seeks a close-optimal solution that remains close-optimal, when the system parameters change. The project develops new concepts, mathematical models, and algorithms based on robust optimization to address backhaul network evolution. The research outcome is envisioned to contribute to the long-term development of the network optimization product of Netonomics.
Popular science description
5G är nästa generations mobilnät som ska hantera ännu större mängd data än dagens 4G-nät. För att bemöta ständigt ökande datamängd behöver 5G-nätet byggas ut kontinuerligt. När nya radiobasstationer läggas ut behöver dessa bli inkopplade till kärnnätet som i sin tur är kopplad till det globala Internet. Detta sker via stamnätet, som även kallas för backhaul i telekommunikationsterminologi. Kommunikationslänkarna i stamnätet använder sig av antingen optisk fiber eller trådlös överföring med mikrovåg. Eftersom ett mobilnät består ofta av hundratals eller tusentals radiobasstationer är stamnätet omfattande i storlek och även kostnad. Nätoperatörerna behöver optimera sin design av stamnätet för att uppnå hög kostnadseffektivitet. Utöver kostnaden är kapacitet och resiliens två avgörande parametrar. Det senare innebär att om något fel inträffar i någon stamnätslänk ska radiobasstationerna förbli kopplade till kärnnätet. Detta uppnås genom att ha stamnätslänkarna på ett sätt sådant att radiobasstationerna har fler än en väg genom stamnätet mot kärnnätet. Högre kapacitet och resiliensnivå innebär även en högre uppbyggskostnad, och därför handlar optimering av stamnätet om en balans mellan dessa faktorer. Eftersom nya radiobasstationer byggs ständigt, behöver även stamnätet anpassas med nya länkar för bättre kapacitet med resiliensgaranti. En stamnätsdesign som är kostnadsoptimal för dagens radionät kan vara dyr att uppgradera för platser där nya radiobasstationer kan uppkomma. Å andra sida, en design som har något högre kostnad kan väl vara mycket mer kostnadseffektiv när radionätet expanderas. För att kunna dra nytta av denna möjlighet ska forskningsprojektet utveckla nya matematiska modeller och algoritmer baserade på robust optimering, för att kunna uppnå bättre kostnadseffektivitet för stamnätsexpansionen än vad som är möjligt idag. Genom samverkan med Netonomics kommer forskningsresultaten att på lång sikt integreras i Netonomics nätoptimeringsprodukter, och därmed gynna den svenska industrins konkurrenskraft i informations- och kommunikationsteknologi.