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

Gestion du Handover dans les réseaux hétérogènes mobiles et sans fil

Since 1990, networking and mobile technologies have made a phenomenal unprecedented progress. This progress has been experienced on multiple fronts in parallel; especially on the application level and the user's needs one. This rapid evolution of the technology imposed a need for the existence of heterogeneous environments where the coverage is ensured throughout the different available networks. The challenge with such architecture would be to provide the user with the ability to navigate through the different available networks in a transparent and seamless fashion. However, the navigation among different types of networks is commonly referred to as vertical Handover. The IEEE 802.21 standard offers a component that is called Media Independent Handover (MIH) which has a function that provides the capability of transmitting the state of the connection of the mobile nodes from the lower to upper layers. This layer would exist between layer 2 and layer 3 within the protocol architecture. The main role of MIH is to help the mobile node transfer without interrupt among different types of networks, but the logic of selection is left without implementation. In this context, we worked on the improvement of the Handover management by proposing a new architecture, called VHMC and based on MIH by offering new methods for selecting the destination network. The first solution is a new algorithm called Multiple Criteria Selection Algorithm (MCSA) based on multiple parameters of the quality of service. We used Network Simulator (NS2) for testing our approach and study the number of lost packets and lost time during Handover. The second solution is a new model for selecting the destination network based on fuzzy logic techniques. The distinctive characteristic of this model lies in the study of genuine Handover records taken from a Lebanese mobile operator called "Alfa". A third proposed solution for network selection is based on multiple linear regression theory.Depuis les années 90, la technologie réseau et radio mobile a fait l'objet de progrès phénoménaux. Cette avancée technologique s'est faite en parallèle du côté réseau, du côté application et du coté besoin de l’utilisateur. L’évolution rapide de la technologie a eu pour conséquence l’existence d’un environnement hétérogène où la couverture est assurée par la coexistence de plusieurs types de réseaux. Le défi soulevé par cette architecture est de pouvoir naviguer entre plusieurs réseaux d’une façon transparente. La navigation entre réseaux de types différents est connue sous le nom du Handover vertical. Le standard IEEE 802.21 offre une composante appelée Media Independent Handover (MIH) qui contient une fonction capable de transmettre l’état des liens du nœud mobile depuis les couches inférieures vers les couches supérieures. MIH s’intercale entre le niveau 2 et le niveau 3 dans la pile protocolaire. Le rôle principal de MIH est d’aider le nœud mobile à faire un transfert sans coupure entre des réseaux de types différents, mais la logique de sélection est laissée sans implémentation.Dans ce contexte nous avons travaillé sur l’amélioration de la gestion du Handover en proposant une nouvelle architecture appelée VHMC et basée sur MIH offrant des nouvelles méthodes de sélection du réseau destination. La première proposition est un nouvel algorithme nommé Multiple Criteria Selection Algorithm (MCSA) basé sur plusieurs paramètres de qualité du service. Nous avons utilisé le simulateur Network Simulator (NS2) pour évaluer nos propositions en étudiant le nombre de paquets perdus et le temps de latence du Handover durant la période du transfert. La deuxième contribution est un nouveau modèle de sélection du réseau destination basé sur la technique de la logique floue. La base d’inférence, qui est l’élément central de la décision de ce modèle, est déduit grâce à une étude basée sur un nombre élevé de cas de Handover réels collectés des serveurs de la compagnie de télécommunication libanaise "Alfa". Une troisième solution est proposée à travers un nouveau modèle de sélection du réseau destination basé sur la théorie de la régression linéaire multiple