Millimeter-wave (mmWave) communication is a promising technology to cope with the exponential increase in 5G data traffic. Such networks typically require a very dense deployment of base stations. A subset of those, so-called macro base stations, feature high-bandwidth connection to the core network, while relay base stations are connected wirelessly. To reduce cost and increase flexibility, wireless backhauling is needed to connect both macro to relay as well as relay to relay base stations. The characteristics of mmWave communication mandates new paradigms for routing and scheduling. The paper investigates scheduling algorithms under different interference models. To showcase the scheduling methods, we study the maximum throughput fair scheduling problem. Yet the proposed algorithms can be easily extended to other problems. For a full-duplex network under the no interference model, we propose an efficient polynomial-time scheduling method, the {\em schedule-oriented optimization}. Further, we prove that the problem is NP-hard if we assume pairwise link interference model or half-duplex radios. Fractional weighted coloring based approximation algorithms are proposed for these NP-hard cases. Moreover, the approximation algorithm parallel data stream scheduling is proposed for the case of half-duplex network under the no interference model. It has better approximation ratio than the fractional weighted coloring based algorithms and even attains the optimal solution for the special case of uniform orthogonal backhaul networks.

中文翻译：

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毫米波蜂窝网络中联合路由和调度的最优和逼近算法

毫米波 (mmWave) 通信是一种很有前途的技术，可以应对 5G 数据流量的指数增长。这种网络通常需要非常密集的基站部署。其中一个子集，即所谓的宏基站，具有与核心网络的高带宽连接，而中继基站则以无线方式连接。为了降低成本并提高灵活性，需要无线回程将宏连接到中继以及中继到中继基站。毫米波通信的特性要求采用新的路由和调度范式。本文研究了不同干扰模型下的调度算法。为了展示调度方法，我们研究了最大吞吐量公平调度问题。然而，所提出的算法可以很容易地扩展到其他问题。对于无干扰模型下的全双工网络，我们提出了一种高效的多项式时间调度方法，{\em schedule-oriented optimization}。此外，如果我们假设成对链路干扰模型或半双工无线电，我们证明该问题是 NP-hard 问题。针对这些 NP-hard 情况提出了基于分数加权着色的近似算法。此外，针对无干扰模型下的半双工网络情况，提出了近似算法并行数据流调度。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近率，甚至可以针对均匀正交回程网络的特殊情况获得最佳解决方案。此外，如果我们假设成对链路干扰模型或半双工无线电，我们证明该问题是 NP-hard 问题。针对这些 NP-hard 情况提出了基于分数加权着色的近似算法。此外，针对无干扰模型下的半双工网络情况，提出了近似算法并行数据流调度。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近率，甚至可以针对均匀正交回程网络的特殊情况获得最佳解决方案。此外，如果我们假设成对链路干扰模型或半双工无线电，我们证明该问题是 NP-hard 问题。针对这些 NP-hard 情况提出了基于分数加权着色的近似算法。此外，针对无干扰模型下的半双工网络情况，提出了近似算法并行数据流调度。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近率，甚至可以针对均匀正交回程网络的特殊情况获得最佳解决方案。针对无干扰模型下的半双工网络情况，提出了近似算法并行数据流调度。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近率，甚至可以针对均匀正交回程网络的特殊情况获得最佳解决方案。针对无干扰模型下的半双工网络情况，提出了近似算法并行数据流调度。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近率，甚至可以针对均匀正交回程网络的特殊情况获得最佳解决方案。