Fast handoff scheme for cluster-based proxy mobile IPv6 protocol

Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) was standardized to reduce the long handoff latency, packet loss and signaling overhead of MIPv6 protocol and to exempt the mobile node from any involvement in the handoff process. However, the basic PMIPv6 does not provide any buffering scheme for packets during MNs handoff. In addition, all the binding update messages are processed by a Local Mobility Anchor (LMA) which leads to increase the handoff latency. Previous works enhanced PMIPv6 performance by applying fast handoff mechanisms to reduce the packet loss during handoffs; however, the LMA is still involved during the location update operations. In this paper, we present a new fast handoff scheme based on a cluster-based architecture for the PMIPv6 named Fast handoff Clustered PMIPv6 (CFPMIPv6); it reduces both the handoff signaling and packet loss ratio. In the proposed scheme, the Mobility Access Gateways (MAGs) are grouped into clusters with a one distinguished Head MAG (HMAG) for each cluster. The main role of the HMAG is to carry out the intra-cluster handoff operations and provide fast and seamless handoff services. The proposed CFPMIPv6 is evaluated analytically and compared with the previous work including the basic PMIPv6, Fast PMIPv6 based on Multicast MAGs group (MFPMIPv6), and the Fast Handoff using Head MAG schemes (HFPMIPv6). The obtained numerical results show that the proposed CFPMIPv6 outperforms all the basic PMIPv6, MFPMIP6, and HFPMIPv6 schemes in terms of the handoff signaling cost

Smart handoff technique for internet of vehicles communication using dynamic edge-backup node

© 2020 The Authors. Published by MDPI. This is an open access article available under a Creative Commons licence. The published version can be accessed at the following link on the publisher’s website: https://doi.org/10.3390/electronics9030524A vehicular adhoc network (VANET) recently emerged in the the Internet of Vehicles (IoV); it involves the computational processing of moving vehicles. Nowadays, IoV has turned into an interesting field of research as vehicles can be equipped with processors, sensors, and communication devices. IoV gives rise to handoff, which involves changing the connection points during the online communication session. This presents a major challenge for which many standardized solutions are recommended. Although there are various proposed techniques and methods to support seamless handover procedure in IoV, there are still some open research issues, such as unavoidable packet loss rate and latency. On the other hand, the emerged concept of edge mobile computing has gained crucial attention by researchers that could help in reducing computational complexities and decreasing communication delay. Hence, this paper specifically studies the handoff challenges in cluster based handoff using new concept of dynamic edge-backup node. The outcomes are evaluated and contrasted with the network mobility method, our proposed technique, and other cluster-based technologies. The results show that coherence in communication during the handoff method can be upgraded, enhanced, and improved utilizing the proposed technique.Published onlin

A low cost route optimization scheme for cluster-based proxy MIPv6 protocol

Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) is a network based mobility protocol which has been designed to relieve the mobile nodes (MNs) from participating in the mobility process and to reduce the long handoff latency of the MIPv6 protocol. However, PMIPv6 incurs a long communication path due to the triangle routing problem, in which, all packets sent by MNs are obligated to pass through the local mobility anchor. Several solutions have been proposed to mitigate this issue. However, they still incur high signaling overhead to recover the Route Optimization (RO) status after handoff. In this paper, we propose a Cluster-Based RO (CBRO) scheme for the clustered architecture of the PMIPv6, in which, the Mobile Access Gateways (MAGs) are grouped into clusters with a distinguished Head MAG (HMAG) for each. In the proposed CBRO, the RO process is relied on the HMAGs to reduce the handoff latency while achieving a fast recovery of the optimized path after handoff. The proposed CBRO is evaluated analytically and compared with the basic PMIP and the current RO schemes. The obtained numerical results have shown that the proposed CBRO outperforms all other schemes in terms of signaling cost required to recover the RO status after handoff and the total cost performance metrics

Bulk binding approach for PMIPv6 protocol to reduce handoff latency in IoT

Mobility management protocols are very essential in the new research area of Internet of Things (IoT) as the static attributes of nodes are no longer dominant in the current environment. Proxy MIPv6 (PMIPv6) protocol is a network-based mobility management protocol, where the mobility process is relied on the network entities, named, Mobile Access Gateways (MAGs) and Local Mobility Anchor (LMA). PMIPv6 is considered as the most suitable mobility protocol for WSN as it relieves the sensor nodes from participating in the mobility signaling. However, in PMIPv6, a separate signaling is required for each mobile node (MN) registration, which may increase the network signaling overhead and lead to increase the total handoff latency. The bulk binding approaches were used to enhance the mobility signaling for MNs which are moving together from one MAG to another by exchanging a single bulk binding update message. However, in some cases there might be several MNs move at the same time but among different MAGs. In this paper, a bulk registration scheme based on the clustered sensor PMIPv6 architecture is proposed to reduce the mobility signaling cost by creating a single bulk message for all MNs attached to the cluster. Our mathematical results show that the proposed bulk scheme enhances the PMIPv6 performance by reducing the total handoff latency

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

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

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

Pro-collaborative mobile systems in next generation IP networks

Computing system designs of today take on either the interactive or the proactive form. Motivated by the user’s desire to make his/her computing experience more intelligent and personalised, the progression from interactive (human-centred) to proactive (human-supervised) is evident. It can be observed that current research mainly emphasises the user as the dominant focus of a user-system interaction. Consider a model that we called the opponent-process model. It contains two processes, one representing the user and the other the system, where both processes are capable of dominating each other, though working collaboratively towards a predefined task. We argue the necessity to design computing systems which are balanced in this model, such that the system process, at times, becomes the dominant process. We refer to this as the pro-collaborative design form. We dissect mobility into the notion of a nomadic user and the notion of a nomadic system. The examination into the nomadic user problem space reveals the potential for applying the pro-collaborative approach in optimising handoff management. Significant performance advantages can be obtained with our proposed S-MIP framework, based on the pro-collaborative design, when compared with established handoff latency optimisation schemes. The key differentiator lies in its indicative approach in addressing handoff ambiguity. Instead of passively anticipating through prediction as to when a mobile user might cross network boundaries (user-dominant), the system actively indicates to the user when, where and how to handoff (system-dominant). This eliminates the handoff ambiguity. Regarding the notion of a nomadic system, that is, the ability to move services offered by computing systems to arbitrary points in the Internet, we explore the idea of the dynamic extension of network services to a mobile user on-demand. Based on the pro-collaborative form, we develop the METAMORPHOSE architecture which facilitates such a dynamic service extension. By assuming the proliferation of programmable network switches and computational resources within the Internet, we re-examine how ‘loose’ service agreements between network services providers can be, to achieve such borderless moving-service offerings. The viability of the pro-collaborative form is reflected through our design and implementation of protocols and architectures which address the notion of nomadic user and nomadic system