SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS

A finales de los años noventa, y al comienzo del nuevo milenio, las redes inalámbricas han evolucionado bastante, pasando de ser sólo una tecnología prometedora para convertirse en un requisito para las actividades cotidianas en las sociedades desarrolladas. La infraestructura de transporte también ha evolucionado, ofreciendo comunicación a bordo para mejorar la seguridad vial y el acceso a contenidos de información y entretenimiento. Los requisitos de los usuarios finales se han hecho dependientes de la tecnología, lo que significa que sus necesidades de conectividad han aumentado debido a los diversos requisitos de las aplicaciones que se ejecutan en sus dispositivos móviles, tales como tabletas, teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles o incluso ordenadores de abordo (On-Board Units (OBUs)) dentro de los vehículos. Para cumplir con dichos requisitos de conectividad, y teniendo en cuenta las diferentes redes inalámbricas disponibles, es necesario adoptar técnicas de Vertical Handover (VHO) para cambiar de red de forma transparente y sin necesidad de intervención del usuario. El objetivo de esta tesis es desarrollar algoritmos de decisión (Vertical Handover Decision Algorithms (VHDAs)) eficientes y escalables, optimizados para el contexto de las redes vehiculares. En ese sentido se ha propuesto, desarrollado y probado diferentes algoritmos de decisión basados en la infraestructura disponible en las actuales, y probablemente en las futuras, redes inalámbricas y redes vehiculares. Para ello se han combinado diferentes técnicas, métodos computacionales y modelos matemáticos, con el fin de garantizar una conectividad apropiada, y realizando el handover hacia las redes más adecuadas de manera a cumplir tanto con los requisitos de los usuarios como los requisitos de las aplicaciones. Con el fin de evaluar el contexto, se han utilizado diferentes herramientas para obtener información variada, como la disponibilidad de la red, el estado de la red, la geolocalizaciónMárquez Barja, JM. (2012). SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17869Palanci

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

A Unified Mobility Management Architecture for Interworked Heterogeneous Mobile Networks

The buzzword of this decade has been convergence: the convergence of telecommunications, Internet, entertainment, and information technologies for the seamless provisioning of multimedia services across different network types. Thus the future Next Generation Mobile Network (NGMN) can be envisioned as a group of co-existing heterogeneous mobile data networking technologies sharing a common Internet Protocol (IP) based backbone. In such all-IP based heterogeneous networking environments, ongoing sessions from roaming users are subjected to frequent vertical handoffs across network boundaries. Therefore, ensuring uninterrupted service continuity during session handoffs requires successful mobility and session management mechanisms to be implemented in these participating access networks. Therefore, it is essential for a common interworking framework to be in place for ensuring seamless service continuity over dissimilar networks to enable a potential user to freely roam from one network to another. For the best of our knowledge, the need for a suitable unified mobility and session management framework for the NGMN has not been successfully addressed as yet. This can be seen as the primary motivation of this research. Therefore, the key objectives of this thesis can be stated as: To propose a mobility-aware novel architecture for interworking between heterogeneous mobile data networks To propose a framework for facilitating unified real-time session management (inclusive of session establishment and seamless session handoff) across these different networks. In order to achieve the above goals, an interworking architecture is designed by incorporating the IP Multimedia Subsystem (IMS) as the coupling mediator between dissipate mobile data networking technologies. Subsequently, two different mobility management frameworks are proposed and implemented over the initial interworking architectural design. The first mobility management framework is fully handled by the IMS at the Application Layer. This framework is primarily dependant on the IMS’s default session management protocol, which is the Session Initiation Protocol (SIP). The second framework is a combined method based on SIP and the Mobile IP (MIP) protocols, which is essentially operated at the Network Layer. An analytical model is derived for evaluating the proposed scheme for analyzing the network Quality of Service (QoS) metrics and measures involved in session mobility management for the proposed mobility management frameworks. More precisely, these analyzed QoS metrics include vertical handoff delay, transient packet loss, jitter, and signaling overhead/cost. The results of the QoS analysis indicates that a MIP-SIP based mobility management framework performs better than its predecessor, the Pure-SIP based mobility management method. Also, the analysis results indicate that the QoS performances for the investigated parameters are within acceptable levels for real-time VoIP conversations. An OPNET based simulation platform is also used for modeling the proposed mobility management frameworks. All simulated scenarios prove to be capable of performing successful VoIP session handoffs between dissimilar networks whilst maintaining acceptable QoS levels. Lastly, based on the findings, the contributions made by this thesis can be summarized as: The development of a novel framework for interworked heterogeneous mobile data networks in a NGMN environment. The final design conveniently enables 3G cellular technologies (such as the Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) or Code Division Multiple Access 2000 (CDMA2000) type systems), Wireless Local Area Networking (WLAN) technologies, and Wireless Metropolitan Area Networking (WMAN) technologies (e.g., Broadband Wireless Access (BWA) systems such as WiMAX) to interwork under a common signaling platform. The introduction of a novel unified/centralized mobility and session management platform by exploiting the IMS as a universal coupling mediator for real-time session negotiation and management. This enables a roaming user to seamlessly handoff sessions between different heterogeneous networks. As secondary outcomes of this thesis, an analytical framework and an OPNET simulation framework are developed for analyzing vertical handoff performance. This OPNET simulation platform is suitable for commercial use