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

Motorized cart

Motorized cart is known as an effective tool and timeless that help people carry heavy loads. For farmers, it has an especially vital tool for moving goods. Oil palm farmers typically uses the wheelbarrow to move the oil palm fruit (Figure 10.1). However, there is a lack of equipment that should be further enhanced in capabilities. Motorized carts that seek to add automation to wheelbarrow as it is to help people save manpower while using it. At present, oil palm plantation industry is among the largest in Malaysia. However, in an effort to increase the prestige of the industry to a higher level there are challenges to be faced. Shortage of workers willing to work the farm for harvesting oil palm has given pain to manage oil palm plantations. Many have complained about the difficulty of hiring foreign workers and a high cost. Although there are tools that can be used to collect or transfer the proceeds of oil palm fruits such as carts available. However, these tools still have the disadvantage that requires high manpower to operate. Moreover, it is not suitable for all land surfaces and limited cargo space. Workload and manpower dependence has an impact on farmers' income

Network-Assisted Handover for Heterogeneous Wireless Networks using IEEE 802.21

The IEEE 802.21 is a standard for enabling handover in heterogeneous wireless networks. Published in January 2009, it defines protocols and messages for mobile-to-node and node-to-node communication in a technology-neutral and flexible manner. The need arises because of the widespread diffusion of different technologies for wireless communications (e.g., WiFi, WiMAX, LTE) coexisting in the same geographical area. Even though the number of multi-radio multi-technology mobile devices is increasing significantly, there are no open solutions in the market to enable efficient inter-technology handover. As is often the case with communication standards, the structure of the required components, the procedures, and the algorithms are left unspecified by the IEEE 802.21 standard so as to promote competion by differentiation of equipment capabilities and services. The contribution of this thesis is two-fold: i) a design and an implemenation of the Media Independent Information Service (MIIS) server; and, ii) a solution to enable network-assisted handover using the IEEE 802.21 standard, aimed at reducing the handover latency and the energy consumption of mobile devices due to scanning. The MIIS server has been fully implemented in C++ under Linux. In order to perform testbed evaluations, all the required components have been implemented, as well, within an open source framework for IEEE 802.21 called ODTONE. Modifications to the latter have been performed for optimization and fine tuning, and for extending those functional modules needed but not fully implemented. For a realistic evaluation, Linux-based embedded COTS devices have been used, equipped with multiple IEEE 802.11a and IEEE 802.11g wireless network interface cards. This has required additional development for kernel/user space binding and hardware control. Testbed results are reported to show the effectiveness of the proposed solution, also proving the MIIS server scalability

IP Mobility Support in Multi-hop Vehicular Communications Networks

The combination of infrastructure-to-vehicle and vehicle-to-vehicle communications, namely the multi-hop Vehicular Communications Network (VCN) , appears as a promising solution for the ubiquitous access to IP services in vehicular environments. In this thesis, we address the challenges of multi-hop VCN, and investigate the seamless provision of IP services over such network. Three different schemes are proposed and analyzed. First, we study the limitations of current standards for the provision of IP services, such as 802.11p/WAVE, and propose a framework that enables multi-hop communications and a robust IP mobility mechanism over WAVE. An accurate analytical model is developed to evaluate the throughput performance, and to determine the feasibility of the deployment of IP-based services in 802.11p/WAVE networks. Next, the IP mobility support is extended to asymmetric multi-hop VCN. The proposed IP mobility and routing mechanisms react to the asymmetric links, and also employ geographic location and road traffic information to enable predictive handovers. Moreover, since multi-hop communications suffer from security threats, it ensures that all mobility signalling is authenticated among the participant vehicles. Last, we extend our study to a heterogeneous multi-hop VCN, and propose a hybrid scheme that allows for the on-going IP sessions to be transferred along the heterogeneous communications system. The proposed global IP mobility scheme focuses on urban vehicular scenarios, and enables seamless communications for in-vehicle networks, commuters, and pedestrians. The overall performance of IP applications over multi-hop VCN are improved substantially by the proposed schemes. This is demonstrated by means of analytical evaluations, as well as extensive simulations that are carried out in realistic highway and urban vehicular scenarios. More importantly, we believe that our dissertation provides useful analytical tools, for evaluating the throughput and delay performance of IP applications in multi-hop vehicular environments. In addition, we provide a set of practical and efficient solutions for the seamless support of IP tra c along the heterogeneous and multi-hop vehicular network, which will help on achieving ubiquitous drive-thru Internet, and infotainment traffic access in both urban and highway scenarios

Prediction assisted fast handovers for seamless IP mobility

Word processed copy.Includes bibliographical references (leaves 94-98).This research investigates the techniques used to improve the standard Mobile IP handover process and provide proactivity in network mobility management. Numerous fast handover proposals in the literature have recently adopted a cross-layer approach to enhance movement detection functionality and make terminal mobility more seamless. Such fast handover protocols are dependent on an anticipated link-layer trigger or pre-trigger to perform pre-handover service establishment operations. This research identifies the practical difficulties involved in implementing this type of trigger and proposes an alternative solution that integrates the concept of mobility prediction into a reactive fast handover scheme

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

Context-aware multi-attribute decision multi - attribute decision making for radio access technology selection in ultra dense network

Ultra Dense Network (UDN) is the extreme densification of heterogeneous Radio Access Technology (RAT) that is deployed closely in coordinated or uncoordinated manner. The densification of RAT forms an overlapping zone of signal coverage leading to the frequent service handovers among the RAT, thus degrading overall system performance. The current RAT selection approach is biased towards network-centric criteria pertaining to signal strength. However, the paradigm shift from network-centric to user-centric approach necessitates a multi-criteria selection process, with methodology relating to both network and user preferences in the context of future generation networks. Hence, an effective selection approach is required to avoid unnecessary handovers in RAT. The main aim of this study is to propose the Context-aware Multiattribute decision making for RAT (CMRAT) selection for investigating the need to choose a new RAT and further determine the best amongst the available methods. The CMRAT consists of two mechanisms, namely the Context-aware Analytical Hierarchy Process (CAHP) and Context-aware Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution (CTOPSIS). The CAHP mechanism measures the need to switch from the current RAT, while CTOPSIS aids in decision making to choose the best target RAT. A series of experimental studies were conducted to validate the effectiveness of CMRAT for achieving improved system performance. The investigation utilises shopping mall and urban dense network scenarios to evaluate the performance of RAT selection through simulation. The findings demonstrated that the CMRAT approach reduces delay and the number of handovers leading to an improvement of throughput and packet delivery ratio when compared to that of the commonly used A2A4-RSRQ approach. The CMRAT approach is effective in the RAT selection within UDN environment, thus supporting heterogeneous RAT deployment in future 5G networks. With context-aware selection, the user-centric feature is also emphasized

Framework to facilitate smooth handovers between mobile IPv6 networks

Fourth generation (4G) mobile communication networks are characterised by heterogeneous access networks and IP based transport technologies. Different access technologies give users choices to select services such as levels of Quality of Service (QoS) support, business models and service providers. Flexibility of heterogeneous access is compounded by the overhead of scanning to discover accessible services, which added to the handoff latency. This thesis has developed mechanisms for service discovery and service selection, along with a novel proposal for mobility management architectures that reduced handoff latency. The service discovery framework included a service advertisement data repository and a single frequency band access mechanism, which enabled users to explore services offered by various operators with a reduced scanning overhead. The novel hierarchical layout of the repository enabled it to categorise information into various layers and facilitate location based information retrieval. The information made available by the repository included cost, bandwidth, Packet Loss (PL), latency, jitter, Bit Error Rate (BER), location and service connectivity information. The single frequency band access mechanism further enabled users to explore service advertisements in the absence of their main service providers. The single frequency access mechanism broadcasted service advertisements information piggybacked onto a router advertisement packet on a reserved frequency band for advertisements. Results indicated that scanning 13 channels on 802.11 b interface takes 189ms whereas executing a query with maximum permissible search parameters on the service advertisement data repository takes 67ms. A service selection algorithm was developed to make handoff decisions utilising the service advertisements acquired from the service discovery framework; based on a user's preference. The selection algorithm reduced the calculation overhead by eliminating unsuitable networks; based on interface compatibility, service provider location, unacceptable QoS (Quality of service) and unacceptable cost; from the selection process. The selection algorithm utilised cost, bandwidth, PL, latency, jitter, BER and terminal power for computing the most suitable network. Results indicated that the elimination based approach has improved the performance of the algorithm by 35% over non- elimination oriented selection procedures, even after utilising more selection parameters. The service discovery framework and the service selection algorithm are flexible enough to be employed in most mobility management architectures. The thesis recommends Seamless Mobile Internet Protocol (SMIP) as a mobility management scheme based on the simulation results. The SMIP protocol, a combination of Hierarchical Mobile Internet Protocol (HMIP) and Fast Mobile Internet Protocol (FMIP), suffered hand off latency increases when undergoing a global handoff due to HMIP. The proposed modification to the HMIP included the introduction of a coverage area overlap, to reduce the global handoff latency. The introduction of a Home Address (HA) in Wireless Local Area Networks (WLAN) binding table enabled seamless handoffs from WLANs by having a redirection mechanism for the user's packets after handoff. The thesis delivered a new mobility management architecture with mechanisms for service discovery and service selection. The proposed framework enabled user oriented, application centric and terminal based approach for selecting IPv6 networks