Roaming Real-Time Applications - Mobility Services in IPv6 Networks

Emerging mobility standards within the next generation Internet Protocol, IPv6, promise to continuously operate devices roaming between IP networks. Associated with the paradigm of ubiquitous computing and communication, network technology is on the spot to deliver voice and videoconferencing as a standard internet solution. However, current roaming procedures are too slow, to remain seamless for real-time applications. Multicast mobility still waits for a convincing design. This paper investigates the temporal behaviour of mobile IPv6 with dedicated focus on topological impacts. Extending the hierarchical mobile IPv6 approach we suggest protocol improvements for a continuous handover, which may serve bidirectional multicast communication, as well. Along this line a multicast mobility concept is introduced as a service for clients and sources, as they are of dedicated importance in multipoint conferencing applications. The mechanisms introduced do not rely on assumptions of any specific multicast routing protocol in use.Comment: 15 pages, 5 figure

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

Fast handover algorithm for hierarchical mobile IPv6 macro-mobility management

Mobile lh.6 (MIPv6) has some limitations due to long delays and signaling load during handover operation. Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6) is the extension of MIPv6 that is designed to reduce the signaling load and to improve handover speed of MIPv6 by splitting the mobility management into macro and micro mobility management schemes. However HhfIPv6 only improves micro mobility problem where the signifcant delay still occurs in the macro mobility management because the handover algorithm is similar with the MIPv6 environment, This paper proposes a new fast handover algorithm that overcomes the limitations in Mobile MIPv6 and its extension HMIPv6. Our design objective is to re-establish the communication traffic flow quickly and to minimize the service disruption delay that occnrs during handover process in a macro mobility environment. This handover algorithm is based on the modification of the HMIPv6 protocol using the multicast technique concept. This algorithm will enable the mobile node to receive packet faster than HMIPv6 protocol during handover, seamlessly and transparently. Keywords: Mobile lPv6, HMPv6, Hondover. Mufticart Schem

Handover in Mobile WiMAX Networks: The State of Art and Research Issues

The next-generation Wireless Metropolitan Area Networks, using the Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) as the core technology based on the IEEE 802.16 family of standards, is evolving as a Fourth-Generation (4G) technology. With the recent introduction of mobility management frameworks in the IEEE 802.16e standard, WiMAX is now placed in competition to the existing and forthcoming generations of wireless technologies for providing ubiquitous computing solutions. However, the success of a good mobility framework largely depends on the capability of performing fast and seamless handovers irrespective of the deployed architectural scenario. Now that the IEEE has defined the Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) MAC-layer handover management framework, the Network Working Group (NWG) of the WiMAX Forum is working on the development of the upper layers. However, the path to commercialization of a full-fledged WiMAX mobility framework is full of research challenges. This article focuses on potential handover-related research issues in the existing and future WiMAX mobility framework. A survey of these issues in the MAC, Network and Cross-Layer scenarios is presented along with discussion of the different solutions to those challenges. A comparative study of the proposed solutions, coupled with some insights to the relevant issues, is also included

A network mobility management architecture for a heterogeneous 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

MOBILITY SUPPORT ARCHITECTURES FOR NEXT-GENERATION WIRELESS NETWORKS

With the convergence of the wireless networks and the Internet and the booming demand for multimedia applications, the next-generation (beyond the third generation, or B3G) wireless systems are expected to be all IP-based and provide real-time and non-real-time mobile services anywhere and anytime. Powerful and efficient mobility support is thus the key enabler to fulfil such an attractive vision by supporting various mobility scenarios. This thesis contributes to this interesting while challenging topic. After a literature review on mobility support architectures and protocols, the thesis starts presenting our contributions with a generic multi-layer mobility support framework, which provides a general approach to meet the challenges of handling comprehensive mobility issues. The cross-layer design methodology is introduced to coordinate the protocol layers for optimised system design. Particularly, a flexible and efficient cross-layer signalling scheme is proposed for interlayer interactions. The proposed generic framework is then narrowed down with several fundamental building blocks identified to be focused on as follows. As widely adopted, we assume that the IP-based access networks are organised into administrative domains, which are inter-connected through a global IP-based wired core network. For a mobile user who roams from one domain to another, macro (inter-domain) mobility management should be in place for global location tracking and effective handoff support for both real-time and non-real-lime applications. Mobile IP (MIP) and the Session Initiation Protocol (SIP) are being adopted as the two dominant standard-based macro-mobility architectures, each of which has mobility entities and messages in its own right. The work explores the joint optimisations and interactions of MIP and SIP when utilising the complementary power of both protocols. Two distinctive integrated MIP-SIP architectures are designed and evaluated, compared with their hybrid alternatives and other approaches. The overall analytical and simulation results shown significant performance improvements in terms of cost-efficiency, among other metrics. Subsequently, for the micro (intra-domain) mobility scenario where a mobile user moves across IP subnets within a domain, a micro mobility management architecture is needed to support fast handoffs and constrain signalling messaging loads incurred by intra-domain movements within the domain. The Hierarchical MIPv6 (HMIPv6) and the Fast Handovers for MIPv6 (FMIPv6) protocols are selected to fulfil the design requirements. The work proposes enhancements to these protocols and combines them in an optimised way. resulting in notably improved performances in contrast to a number of alternative approaches

Contributions to Vehicular Communications Systems and Schemes

La dernière décennie a marqué une grande hausse des applications véhiculaires comme une nouvelle source de revenus et un facteur de distinction dans l'industrie des véhicules. Ces applications véhiculaires sont classées en deux groupes : les applications de sécurité et les applications d'info divertissement. Le premier groupe inclue le changement intelligent de voie, l'avertissement de dangers de routes et la prévention coopérative de collision qui comprend la vidéo sur demande (VoD), la diffusion en direct, la diffusion de météo et de nouvelles et les jeux interactifs. Cependant, Il est à noter que d'une part, les applications véhiculaires d'info divertissement nécessitent une bande passante élevée et une latence relativement faible ; D'autre part, les applications de sécurité requièrent exigent un délai de bout en bout très bas et un canal de communication fiable pour la livraison des messages d'urgence. Pour satisfaire le besoin en applications efficaces, les fabricants de véhicules ainsi que la communauté académique ont introduit plusieurs applications à l’intérieur de véhicule et entre véhicule et véhicule (V2V). Sauf que, l'infrastructure du réseau sans fil n'a pas été conçue pour gérer les applications de véhicules, en raison de la haute mobilité des véhicules, de l'imprévisibilité du comportement des conducteurs et des modèles de trafic dynamiques. La relève est l'un des principaux défis des réseaux de véhicules, car la haute mobilité exige au réseau sans fil de faire la relève en un très court temps. De plus, l'imprévisibilité du comportement du conducteur cause l'échec des protocoles proactifs traditionnels de relève, car la prédiction du prochain routeur peut changer en fonction de la décision du conducteur. Aussi, le réseau de véhicules peut subir une mauvaise qualité de service dans les régions de relève en raison d'obstacles naturels, de véhicules de grande taille ou de mauvaises conditions météorologiques. Cette thèse se concentre sur la relève dans l'environnement des véhicules et son effet sur les applications véhiculaires. Nous proposons des solutions pratiques pour les réseaux actuellement déployés, principalement les réseaux LTE, l'infrastructure véhicule à véhicule (V2V) ainsi que les outils efficaces d’émulateurs de relèves dans les réseaux véhiculaires.----------ABSTRACT: The last decade marked the rise of vehicular applications as a new source of revenue and a key differentiator in the vehicular industry. Vehicular Applications are classified into safety and infotainment applications. The former include smart lane change, road hazard warning, and cooperative collision avoidance; however, the latter include Video on Demand (VoD), live streaming, weather and news broadcast, and interactive games. On one hand, infotainment vehicular applications require high bandwidth and relatively low latency; on the other hand, safety applications requires a very low end to end delay and a reliable communication channel to deliver emergency messages. To satisfy the thirst for practical applications, vehicle manufacturers along with research institutes introduced several in-vehicle and Vehicle to Vehicle (V2V) applications. However, the wireless network infrastructure was not designed to handle vehicular applications, due to the high mobility of vehicles, unpredictability of drivers’ behavior, and dynamic traffic patterns. Handoff is one of the main challenges of vehicular networks since the high mobility puts pressure on the wireless network to finish the handoff within a short period. Moreover, the unpredictability of driver behavior causes the traditional proactive handoff protocols to fail, since the prediction of the next router may change based on the driver’s decision. Moreover, the vehicular network may suffer from bad Quality of Service (QoS) in the regions of handoff due to natural obstacles, large vehicles, or weather conditions. This thesis focuses on the handoff on the vehicular environment and its effect on the vehicular applications. We consider practical solutions for the currently deployed networks mainly Long Term Evolution (LTE) networks, the Vehicle to Vehicle (V2V) infrastructure, and the tools that can be used effectively to emulate handoff on the vehicular networks

Fast and seamless mobility management in IPV6-based next-generation wireless networks

Introduction -- Access router tunnelling protocol (ARTP) -- Proposed integrated architecture for next generation wireless networks -- Proposed seamless handoff schemes in next generation wireless networks -- Proposed fast mac layer handoff scheme for MIPV6/WLANs

Mobility management for Wi-Fi infrastructure and mesh networks

Magister Scientiae - MScThis thesis shows that mobility management protocols for infrastructure Internet may be used in a wireless mesh network environment. In this research Mobile IPv6 and Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 are successfully implemented in a wireless mesh network environment. Two experiments were carried out: vertical and horizontal handover simulations. Vertical handover simulation involved a heterogeneous wireless environment comprising both wireless local area and wireless mesh networks. An OPNET Mobile IPv6 model was used to simulate the vertical handover experiment. Horizontal handover simulation involved Mobile IPv6 and Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 applied in ns2 wireless mesh network. The vertical handover results show that MIPv6 is able to manage vertical handover between wireless local area and wireless mesh network. The horizontal handover results illustrate that in mesh networks, Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6's performance is superior to Mobile IPv6. Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 generates more throughput and less delay than Mobile IPv6. Furthermore, Fast Handover for Hierarchical Mobile IPv6 drops less data packets than Mobile IPv6. The simulations indicate that even though there are multi-hop communications in wireless mesh networks, the performance of the multi-hop routing may not play a big role in the handover performance. This is so because the mesh routers are mostly static and the multi-hop routes are readily available. Thus, the total handover delay is not affected too much by the WMN hops in the paths for signaling message transmission.South Afric