Robust Optimering för Växande Stamnät av Mobilnät
- Diarienummer
- SM19-0042
- Start- och slutdatum
- 200101-201231
- Beviljat belopp
- 686 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Den ständigt växande datamängden i mobilkommunikationssystem leder till nya utmaningar för effektiv optimering av stamnät, som kallas även för backhaul, vars uppgift är att koppla samman radiobasstationerna och kärnnätet. Tre viktiga aspekter i design av stamnätet är kostnad, kapacitet och resiliens. Kostnaden och kapaciteten för stamnätslänkarna avgörs av teknikval, dvs. användning av fiber eller mikrovåg för varje enskild länk, samt nätverkstopologin, som i sin tur sätter resiliensnivån. Resiliens innebär användning av redundans, för att hålla radiobasstationerna anslutna till kärnnätet i händelse av fel i stamnätet. I och med att mobilnätet expanderas ständigt, är det inte effektivt att fokusera på nätkostnaden enbart utifrån dagens uppskattade datamängden som radiobasstationerna behöver tillgodose. Istället kan reservkapacitet och mer redundans byggas in. Även om detta medför högre investeringskostnader för tillfället kan det innebära stora fördelar för framtida expansion av radionätet. I det sammanhanget utgör robust optimering en ny och lovande forskningsmetodik. Till skillnad från klassiska optimeringsmetoder söker robust optimering nära optimal nätdesign som förblir nära optimal när systemparametrarna ändras. Projektet utvecklar nya koncept, matematiska modeller och algoritmer baserade på robust optimering för effektiv nätexpansion. Forskningsresultatet förväntas att bidra till den långsiktiga utvecklingen av nätverksoptimeringsprodukten hos Netonomics.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.