Toward Next‐Generation Multimedia Networking through Advanced Connectivity Solutions

The rising number of mobile network subscriptions, the growing demand for multimedia content, and the emergence of new disruptive technologies, such as autonomous driving and eXtended Reality (XR), present new challenges to network operators. To meet these demands and satisfy the stringent requirements in terms of data rate, reliability, and latency expected in future cellular networks, new technological innovations have to be developed and deployed. Among these technologies, multicast communications and Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) represent promising solutions to improve capacity, resource utilization efficiency, and reliability, thereby enhancing overall network performance. However, several questions remain open before these technologies can be adopted on a large scale, such as challenges related to RIS deployment, multicast group formation, and other critical aspects. This work focuses on supporting multimedia traffic in beyond Fifth-Generation (5G) and Sixth-Generation (6G) networks through multicast communications and RIS. The main contributions presented in this work include: (i) design of practical frameworks for RIS deployment; (ii) development of frameworks for group formation, RIS configuration, channel estimation, and power allocation in RIS-aided multicast systems; (iii) a practical comparison between RIS- and Integrated Access and Backhaul (IAB)-aided multicast systems to highlight the benefits and limitations of each technology. Our study demonstrates that multicast transmissions and RIS can be employed to overcome many of the obstacles and limitations of current networks in supporting services with stringent requirements. Moreover, our work provides practical insights on when it is more convenient to employ RIS and multicast communications over alternative technologies, such as IAB and unicasting.

Il crescente numero di sottoscrizioni alle reti cellulari, l’aumento della domanda di contenuti multimediali e l’emergere di nuove tecnologie, come la guida autonoma e l’XR, pongono nuove sfide agli operatori di rete. Per rispondere a tali esigenze e soddisfare gli stringenti requisiti in termini di data rate, affidabilità e latenza, previsti nelle future reti cellulari, è necessario sviluppare e implementare nuove innovazioni tecnologiche. Tra queste tecnologie, le comunicazioni multicast e le RIS rappresentano soluzioni promettenti per migliorare la capacità, l’efficienza nell’utilizzo delle risorse e l’affidabilità, potenziando così le prestazioni complessive della rete. Tuttavia, rimangono ancora aperte diverse questioni prima che queste tecnologie possano essere adottate su larga scala, come le sfide legate al posizionamento delle RIS, alla formazione dei gruppi multicast e ad altri aspetti critici. Questo lavoro si concentra sul supporto al traffico multimediale nelle reti beyond 5G e 6G attraverso le comunicazioni multicast e le RIS. I principali contributi presentati in questo lavoro includono: (i) la progettazione di framework pratici per il deployment delle RIS; (ii) lo sviluppo di framework per la formazione dei gruppi, la configurazione delle RIS, la stima di canale e l’allocazione di potenza nei sistemi multicast assistiti da RIS; (iii) un confronto pratico tra sistemi multicast assistiti da RIS e da IAB per evidenziare i vantaggi e i limiti di ciascuna tecnologia. Il nostro studio dimostra che le trasmissioni multicast e le RIS possono essere impiegate per superare molti degli ostacoli e delle limitazioni delle reti attuali nel supportare servizi con requisiti stringenti. Inoltre, il nostro lavoro fornisce indicazioni pratiche su quando sia più conveniente utilizzare le RIS e le comunicazioni multicast rispetto a tecnologie alternative, come IAB e unicasting.