Backhaul and UAVs management within the 5G ecosystem

Abstract

Nowadays, the huge demands on bandwidth, mobility and practically zero delays, cannot be met by existing technologies. The large number of smart devices, tablets and other interconnected devices dramatically increased the demands on the network side. A key objective of the 5th generation mobile communications networks (5G) is to provide continuous high-speed connection. The objectives of the network include among others the great energy efficiency with environmental friendliness, safety and reliability. The 5th generation networks are designed to support the Internet of things, allowing the connection to Internet of sensors, detectors and other devices

In this thesis, the first chapter introduces the 5th generation networks, the possibilities they offer to the users and the fields of their application in everyday life. Also, in the same chapter, users’ expectations regarding 5th generation networks and the improvement potential of these networks is presented.

The second chapter targets the issues of the backhaul link of the 5th generation networks. In particular, there is an extensive analysis of the challenges in terms of the frequency spectrum management of these networks and the backhaul energy efficiency. Both these factors are highly associated with the cell density of the future network.

In the third chapter recent simulations results of the use of UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) in the 5th generation networks in order to optimally cover and serve the users when the network infrastructure is out of service are presented.

Lastly, this thesis is completed with chapter four where conclusions and future challenges of the internet of UAVs in the framework of 5th generation network are derived.

Περίληψη

Οι ανάγκες της σημερινής εποχής με τις τεράστιες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης, κινητικότητα και ταχύτητες σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, αρχίζουν να μη μπορούν να εξυπηρετηθούν από τις υφιστάμενες τεχνολογίες ασύρματων συστημάτων. Ο κατακλυσμός της αγοράς από έξυπνες συσκευές, ταμπλέτες και διάφορες άλλες δικτυωμένες συσκευές δημιουργεί μεγαλύτερες απαιτήσεις από το δίκτυο. Όπως αντιλαμβανόμαστε η μετάβαση από τα σημερινά δίκτυα στα δίκτυα 5ης γενιάς καθίσταται επιβεβλημένη και γι’ αυτό το λόγο, ερευνητικές ομάδες από διάφορα πανεπιστήμια και εταιρίες τηλεπικοινωνιών έχουν αναλάβει αυτό το δύσκολο έργο, ώστε να επιτευχθούν οι απαιτήσεις και οι στόχοι των δικτύων 5ης γενιάς.

Η παρούσα πτυχιακή εργασία αποτελεί μια βιβλιογραφική ανασκόπηση ερευνητικών εργασιών που πραγματεύονται δύο σημαντικότατα θέματα αναφορικά με τη λειτουργία ενός συστήματος 5ης γενιάς: α) τη διαχείριση του backhaul, β) τις προοπτικές αλλά και τα προβλήματα που προκύπτουν από την ενσωμάτωση των UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) σε ένα δίκτυο 5ης γενιάς.

Η διάρθρωση της εργασίας είναι ως εξής: στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα δίκτυα 5ης γενιάς, στις δυνατότητες που προσφέρουν στους χρήστες καθώς και τα πεδία της εφαρμογής τους στην καθημερινότητα του ανθρώπου. Επίσης, στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται οι προσδοκίες του χρήστη από τα δίκτυα 5ης γενιάς καθώς και τα περιθώρια βελτίωσης των δικτύων αυτών.

Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στο ζήτημα της διαχείρισης του backhaul στα πλαίσια των ασύρματων κυψελωτών δικτύων 5ης γενιάς. Ειδικότερα γίνεται εκτενής αναφορά και παρουσίαση των προκλήσεων αναφορικά με τη διαχείριση του φάσματος αλλά της ενεργειακής απόδοση του backhaul σε ένα τέτοιο σύστημα. Οι δύο αυτοί παράγοντες παίζουν καθοριστικό ρόλο στο πόσο πυκνά τοποθετημένες θα είναι οι κυψέλες σε ένα δίκτυο 5ης γενιάς.

Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται πρόσφατες έρευνες και αποτελέσματα προσομοιώσεων που απαντώνται στην πρόσφατη βιβλιογραφία πάνω στη χρήση των UAVs στα δίκτυα 5ης γενιάς με σκοπό καλύτερη κάλυψη αλλά και εξυπηρέτηση των χρηστών όταν οι υποδομές των δικτύων υπολειτουργούν ή δεν επαρκούν.

Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και οι μελλοντικές προκλήσεις της χρήσης των UAVs στα δίκτυα 5ης γενιάς.

Date: 29-Jun-2018

Student: Pavlos Matsangos

Supervisors: Dimitra ZarboutiGeorge Tsoulos