Column generation for studying capacity and energy trade-off in LTE-like network

In this paper, we focus on broadband wireless mesh networks like 3GPP LTE-Advanced. This technology is a key enabler for next generation cellular networks which are about to increase by an order of magnitude the capacity provided to users. Such an objective needs a significative densification of cells which requires an efficient backhauling infrastructure. In many urban areas as well as under-developed countries, wireless mesh networking is the only available solution. Besides, economical and environmental concerns require that the energy expenditure of such infrastructure is optimized. We propose a multi-objective analysis of the correlation between capacity and energy consumption of LTE-like wireless mesh networks. We provide a linear programing modeling using column generation for an efficient computation of the Pareto front between these objectives. Based on this model, we observe that there is actually no significant capacity against energy trade-off. Key-words: 3GPP LTE, capacity, energy, multi-objective analysis, joint routing and scheduling. ∗ Corresponding author Partially supported by ANR VERSO ECOSCells † Université de Lyon, INRIA, INSA Lyon, CITI, F-69621, France ‡ CNRS, Université de Lyon, INRIA, INSA Lyon, CITI, F-69621, France in ria -0 05 29 07 0, v er si on 2 16 N ov 2 01 0 Génération de colonnes pour l’optimisation de réseau de type LTE: vers l’étude de compromis capacité-énergie Résumé : Dans ce papier, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil de haut débit de type 3GPP LTE-Advanced. Cette technologie est un facteur clé pour les réseaux cellulaires de nouvelles génération qui sont en évolution afin de répondre à la haut demande des utilisateurs. Un tel objectif nécessite une densification significative des cellules qui exige une infrastructure de transport efficace. Dans de nombreuses zones urbaines ainsi que les pays sousdéveloppés, les réseaux maillés sans fil est la seule solution disponible. D’autre part, des exigences économiques et environnementales poussent à l’optimisation de la consommation énergétique de telle infrastructure. Nous proposons une analyse multi-objectifs de la corrélation entre la capacité et la consommation d’énergie des réseaux maillés sans fil de type LTE. Nous proposons une modélisation en programmation linéaire utilisant la génération de colonnes pour un calcul efficace du front de Pareto entre ces objectifs. En se basant sur ce modèle, nous observons qu’il n’y a pas de compromis significative entre la capacité et l’énergie dans certain condition. Mots-clés : Réseaux Radio Maillés, capacité, routage, consommation énergétique, programmation linéaire, ordonnancement. in ria -0 05 29 07 0, v er si on 2 16 N ov 2 01 0 Column generation for studying capacity and energy trade-off in LTE-like network3