On the Support of Massive Machine-to-Machine Traffic in Heterogeneous Networks and Fifth-Generation Cellular Networks

The widespread availability of many emerging services enabled by the Internet of Things (IoT) paradigm passes through the capability to provide long-range connectivity to a massive number of things, overcoming the well-known issues of ad-hoc, short-range networks. This scenario entails a lot of challenges, ranging from the concerns about the radio access network efficiency to the threats about the security of IoT networks. In this thesis, we will focus on wireless communication standards for long-range IoT as well as on fundamental research outcomes about IoT networks. After investigating how Machine-Type Communication (MTC) is supported nowadays, we will provide innovative solutions that i) satisfy the requirements in terms of scalability and latency, ii) employ a combination of licensed and license-free frequency bands, and iii) assure energy-efficiency and security.

La diffusione capillare di molti servizi emergenti grazie all’Internet of Things (IoT) passa attraverso la capacità di fornire connettività senza fili a lungo raggio ad un numero massivo di cose, superando le note criticità delle reti ad hoc a corto raggio. Questa visione comporta grandi sfide, a partire dalle preoccupazioni riguardo l’efficienza delle rete di accesso fino alle minacce alla sicurezza delle reti IoT. In questa tesi, ci concentreremo sia sugli standard di comunicazione a lungo raggio per l’IoT sia sulla ricerca di base per le reti IoT. Dopo aver analizzato come vengono supportate le comunicazioni Machine-to-Machine (M2M) oggi, forniremo soluzioni innovative le quali i) soddisfano i requisiti in termini di scalabilità e latenza, ii) utilizzano una combinazione di bande di frequenza licenziate e libere e iii) assicurano efficienza energetica e sicurezza.