Mobile IP movement detection optimisations in 802.11 wireless LANs

The IEEE 802.11 standard was developed to support the establishment of highly flexible wireless local area networks (wireless LANs). However, when an 802.11 mobile node moves from a wireless LAN on one IP network to a wireless LAN on a different network, an IP layer handoff occurs. During the handoff, the mobile node's IP settings must be updated in order to re-establish its IP connectivity at the new point of attachment. The Mobile IP protocol allows a mobile node to perform an IP handoff without breaking its active upper-layer sessions. Unfortunately, these handoffs introduce large latencies into a mobile node's traffic, during which packets are lost. As a result, the mobile node's upper-layer sessions and applications suffer significant disruptions due to this handoff latency. One of the main components of a Mobile IP handoff is the movement detection process, whereby a mobile node senses that it is attached to a new IP network. This procedure contributes significantly to the total Mobile IP handover latency and resulting disruption. This study investigates different mechanisms that aim to lower movement detection delays and thereby improve Mobile IP performance. These mechanisms are considered specifically within the context of 802.11 wireless LANs. In general, a mobile node detects attachment to a new network when a periodic IP level broadcast (advertisement) is received from that network. It will be shown that the elimination of this dependence on periodic advertisements, and the reliance instead on external information from the 802.11 link layer, results in both faster and more efficient movement detection. Furthermore, a hybrid system is proposed that incorporates several techniques to ensure that movement detection performs reliably within a variety of different network configurations. An evaluation framework is designed and implemented that supports the assessment of a wide range of movement detection mechanisms. This test bed allows Mobile IP handoffs to be analysed in detail, with specific focus on the movement detection process. The performance of several movement detection optimisations is compared using handoff latency and packet loss as metrics. The evaluation framework also supports real-time Voice over IP (VoIP) traffic. This is used to ascertain the effects that different movement detection techniques have on the output voice quality. These evaluations not only provide a quantitative performance analysis of these movement detection mechanisms, but also a qualitative assessment based on a VoIP application

A survey of machine learning techniques applied to self organizing cellular networks

In this paper, a survey of the literature of the past fifteen years involving Machine Learning (ML) algorithms applied to self organizing cellular networks is performed. In order for future networks to overcome the current limitations and address the issues of current cellular systems, it is clear that more intelligence needs to be deployed, so that a fully autonomous and flexible network can be enabled. This paper focuses on the learning perspective of Self Organizing Networks (SON) solutions and provides, not only an overview of the most common ML techniques encountered in cellular networks, but also manages to classify each paper in terms of its learning solution, while also giving some examples. The authors also classify each paper in terms of its self-organizing use-case and discuss how each proposed solution performed. In addition, a comparison between the most commonly found ML algorithms in terms of certain SON metrics is performed and general guidelines on when to choose each ML algorithm for each SON function are proposed. Lastly, this work also provides future research directions and new paradigms that the use of more robust and intelligent algorithms, together with data gathered by operators, can bring to the cellular networks domain and fully enable the concept of SON in the near future

Architectural and mobility management designs in internet-based infrastructure wireless mesh networks

Wireless mesh networks (WMNs) have recently emerged to be a cost-effective solution to support large-scale wireless Internet access. They have numerous ap- plications, such as broadband Internet access, building automation, and intelligent transportation systems. One research challenge for Internet-based WMNs is to design efficient mobility management techniques for mobile users to achieve seamless roam- ing. Mobility management includes handoff management and location management. The objective of this research is to design new handoff and location management techniques for Internet-based infrastructure WMNs. Handoff management enables a wireless network to maintain active connections as mobile users move into new service areas. Previous solutions on handoff manage- ment in infrastructure WMNs mainly focus on intra-gateway mobility. New handoff issues involved in inter-gateway mobility in WMNs have not been properly addressed. Hence, a new architectural design is proposed to facilitate inter-gateway handoff man- agement in infrastructure WMNs. The proposed architecture is designed to specifi- cally address the special handoff design challenges in Internet-based WMNs. It can facilitate parallel executions of handoffs from multiple layers, in conjunction with a data caching mechanism which guarantees minimum packet loss during handoffs. Based on the proposed architecture, a Quality of Service (QoS) handoff mechanism is also proposed to achieve QoS requirements for both handoff and existing traffic before and after handoffs in the inter-gateway WMN environment. Location management in wireless networks serves the purpose of tracking mobile users and locating them prior to establishing new communications. Existing location management solutions proposed for single-hop wireless networks cannot be directly applied to Internet-based WMNs. Hence, a dynamic location management framework in Internet-based WMNs is proposed that can guarantee the location management performance and also minimize the protocol overhead. In addition, a novel resilient location area design in Internet-based WMNs is also proposed. The formation of the location areas can adapt to the changes of both paging load and service load so that the tradeoff between paging overhead and mobile device power consumption can be balanced, and at the same time, the required QoS performance of existing traffic is maintained. Therefore, together with the proposed handoff management design, efficient mobility management can be realized in Internet-based infrastructure WMNs

A network mobility management architecture for a heteregeneous network environment

Network mobility management enables mobility of personal area networks and vehicular networks across heterogeneous access networks using a Mobile Router. This dissertation presents a network mobility management architecture for minimizing the impact of handoffs on the communications of nodes in the mobile network. The architecture addresses mobility in legacy networks without infrastructure support, but can also exploit infrastructure support for improved handoff performance. Further, the proposed architecture increases the efficiency of communications of nodes in the mobile network with counter parts in the fixed network through the use of caching and route optimization. The performance and costs of the proposed architecture are evaluated through empirical and numerical analysis. The analysis shows the feasibility of the architecture in the networks of today and in those of the near future.Verkkojen liikkuuvudenhallinta mahdollistaa henkilökohtaisten ja ajoneuvoihin asennettujen verkkojen liikkuvuuden heterogeenisessä verkkoympäristössä käyttäen liikkuvaa reititintä. Tämä väitöskirja esittää uuden arkkitehtuurin verkkojen liikkuvuudenhallintaan, joka minimoi verkonvaihdon vaikutuksen päätelaitteiden yhteyksiin. Vanhoissa verkoissa, joiden infrastruktuuri ei tue verkkojen liikkuvuutta, verkonvaihdos täytyy hallita liikkuvassa reitittimessa. Standardoitu verkkojen liikkuvuudenhallintaprotokolla NEMO mahdollistaa tämän käyttäen ankkurisolmua kiinteässä verkossa pakettien toimittamiseen päätelaitteiden kommunikaatiokumppaneilta liikkuvalle reitittimelle. NEMO:ssa verkonvaihdos aiheuttaa käynnissä olevien yhteyksien keskeytymisen yli sekunnin mittaiseksi ajaksi, aiheuttaen merkittävää häiriötä viestintäsovelluksille. Esitetyssä arkkitehtuurissa verkonvaihdon vaikutus minimoidaan varustamalla liikkuva reititin kahdella radiolla. Käyttäen kahta radiota liikkuva reititin pystyy suorittamaan verkonvaihdon keskeyttämättä päätelaitteiden yhteyksiä, mikäli verkonvaihtoon on riittävästi aikaa. Käytettävissa oleva aika riippuu liikkuvan reitittimen nopeudesta ja radioverkon rakenteesta. Arkkitehtuuri osaa myös hyödyntää infrastruktuurin tukea saumattomaan verkonvaihtoon. Verkkoinfrastruktuurin tuki nopeuttaa verkonvaihdosprosessia, kasvattaenmaksimaalista verkonvaihdos tahtia. Tällöin liikkuva reitin voi käyttää lyhyen kantaman radioverkkoja, joiden solun säde on yli 80m, ajonopeuksilla 90m/s asti ilman, että verkonvaihdos keskeyttää päätelaitteiden yhteyksiä. Lisäksi ehdotettu arkkitehtuuri tehostaa kommunikaatiota käyttäen cache-palvelimia liikkuvassa ja kiinteässä verkossa ja optimoitua reititystä liikkuvien päätelaitteiden ja kiinteässä verkossa olevien kommunikaatiosolmujen välillä. Cache-palvelinarkkitehtuuri hyödyntää vapaita radioresursseja liikkuvan verkon cache-palvelimen välimuistin päivittämiseen. Heterogeenisessä verkkoympäristossä cache-palvelimen päivitys suoritetaan lyhyen kantaman laajakaistaisia radioverkkoja käyttäen. Liikkuvan reitittimen siirtyessä laajakaistaisen radioverkon peitealueen ulkopuolelle päätelaitteille palvellaan sisältöä, kuten www sivuja tai videota cache-palvelimelta, säästäen laajemman kantaman radioverkon rajoitetumpia resursseja. Arkkitehtuurissa käytetään optimoitua reititystä päätelaitteiden ja niiden kommunikaatiokumppaneiden välillä. Optimoitu reititysmekanismi vähentää liikkuvuudenhallintaan käytettyjen protokollien langattoman verkon resurssien kulutusta. Lisäksi optimoitu reititysmekanismi tehostaa pakettien reititystä käyttäen suorinta reittiä kommunikaatiosolmujen välillä. Esitetyn arkkitehtuurin suorituskyky arvioidaan empiirisen ja numeerisen analyysin avulla. Analyysi arvioi arkkitehtuurin suorituskykyä ja vertaa sitä aikaisemmin ehdotettuihin ratkaisuihin ja osoittaa arkkitehtuurin soveltuvan nykyisiin ja lähitulevaisuuden langattomiin verkkoihin.reviewe