title: Mixed integer programming approaches to problems combining network design and facility location
Creators: name: Gollowitzer, Stefan
Publisher: name: :none
Year: 2012

description: Viele heutzutage über das Internet angebotene Dienstleistungen benötigen wesentlich höhere Bandbreiten als von bestehenden lokalen Zugangsnetzen bereitgestellt werden. Telekommunikationsanbieter sind daher seit einigen Jahren bestrebt, ihre zum Großteil auf Kupferkabeln basierenden Zugangsnetze entsprechend zu modernisieren. Die gewünschte Erweiterung der bereitgestellten Bandbreiten wird oftmals erzielt, indem ein Teil des Kupfernetzes durch Glasfaser ersetzt wird. Dafür sind Versorgungsstandorte notwendig, an welchen die optischen und elektrischen Signale jeweils in einander umgewandelt werden. In der Praxis gibt es mehrere Strategien für die Installation von optischen Zugangsnetzen. Fiber-to-the-Home bezeichnet Netze, in denen jeder Haushalt direkt per Glasfaser angebunden wird. Wird je Wohngebäude eine optische Verbindung bereitgestellt, nennt man dies Fiber-to-the-Building. Endet die Glasfaserverbindung an einem Versorgungsstandort, welcher die Haushalte eines ganzen Wohnviertels durch Kupferkabel versorgt, bezeichnet man dies als Fiber-to-the-Curb. Inhalt dieser Dissertation sind mathematische Optimierungsmodelle für die kosteneffiziente Planung von auf Glasfaser basierenden lokalen Zugangsnetzen. Diese Modelle decken mehrere Aspekte der Planung ab, darunter die Fiber-to-the-Curb-Strategie mit zusätzlichen Restriktionen betreffend Ausfallssicherheit, gemischte Fiber-to-the-Home und Fiber-to-the-Curb-Netze sowie die Kapazitätenplanung von Fiber-to-the-Curb-Netzen. Ergebnis dieser Dissertation sind die theoretische Analyse der beschriebenen Modelle sowie effiziente Lösungsalgorithmen. Es kommen Methoden der kombinatorischen Optimierung zum Einsatz, darunter Umformulierungen auf erweiterten Graphen, zulässige Ungleichungen und Branch-and-Cut-Verfahren.
description: In recent years, telecommunication service providers started to adapt their local access networks to the steadily growing demand for bandwidth of internet-based services. Most existing local access networks are based on copper cable and offer a limited bandwidth to customers. A common approach to increase this bandwidth is to replace parts of the network by fiber-optic cable. This requires the installation of facilities, where the optical signal is transformed into an electrical one and vice versa. Several strategies are commonly used to deploy fiber-optic networks. Connecting each customer via a fiber-optic link is referred to as Fiber-to-the-Home. If there is a fiber-optic connection for every building this is commonly referred to as Fiber-to-the-Building. If a fiber-optic connection leads to each facility that serves an entire neighborhood, this is referred to as Fiber-to-the-Curb. In this thesis we propose mathematical optimization models for the cost-efficient design of local access networks based on fiber-optic cable. These models cover several aspects, including the Fiber-to-the-Curb strategy under additional reliability constraints, mixed Fiber-to-the-Home and Fiber-to-the-Curb strategies and capacity planning of links and facilities for Fiber-to-the-Curb networks. We provide a theoretical analysis of the proposed models and develop efficient solution algorithms. We use state-of-the-art methods from combinatorial optimization including polyhedral comparisons, reformulations on extended graphs, valid inequalities and branch-and-cut procedures.