Cellular networks have become one of the critical infrastructures, as many services depend increasingly on wireless connectivity. Therefore, it is important to quantify the resilience of existing cellular network infrastructures against potential risks, ranging from natural disasters to security attacks, that might occur with a low probability but can lead to severe disruption of the services. In this paper, we combine models with public data from national bodies on mobile network operator (MNO) infrastructures, population distribution, and urbanity level to assess the coverage and capacity of a cellular network at a country scale. Our analysis offers insights on the potential weak points that need improvement to ensure a low fraction of disconnected population (FDP) and high fraction of satisfied population (FSP). As a resilience improvement approach, we investigate in which regions and to what extent each MNO can benefit from infrastructure sharing or national roaming, i.e., all MNOs act as a single national operator. As our case study, we focus on Dutch cellular infrastructure and model risks as random failures, correlated failures in a geographic region, and abrupt increase in the number of users. Our analysis shows that there is a wide performance difference across MNOs and geographic regions in terms of FDP and FSP. However, national roaming consistently offers significant benefits, e.g., up to 13% improvement in FDP and up to 55% in FSP when the networks function without any failures.


翻译:由于许多服务日益依赖无线连接,细胞网络已成为关键基础设施之一,因为许多服务日益依赖无线连接。因此,必须量化现有蜂窝网络基础设施抵御潜在风险的复原力,从自然灾害到安全攻击,这些潜在风险可能发生概率低,但可能导致服务严重中断。在本文件中,我们将模型与国家机构关于移动网络运营商基础设施、人口分布和城市一级的公共数据相结合,以评估国家规模移动电话网络的覆盖面和能力。我们的分析揭示出潜在的薄弱点需要改进,以确保低比例的断线人口(FDP)和高满意人口(FSP)。作为一种增强复原力的办法,我们调查每个移动网络网络能够从基础设施共享或国家漫游中获益的区域和程度,即所有MNO作为单一的国家运营商。正如我们的案例研究一样,我们侧重于荷兰蜂窝基础设施和模型风险,如随机失灵、地理区域相关故障以及用户数量的突然增加。我们的分析表明,在FDP和FSP的13级国家网络持续出现故障时,MNO和地理区域在55 %的国家网络和FDP的改善方面业绩差异很大。然而,在FDP的13 %的国家功能方面,持续出现重大故障。

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