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 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

Handover management in mobile WiMAX using adaptive cross-layer technique

The protocol type and the base station (BS) technology are the main communication media between the Vehicle to Infrastructure (V2I) communication in vehicular networks. During high speed vehicle movement, the best communication would be with a seamless handover (HO) delay in terms of lower packet loss and throughput. Many studies have focused on how to reduce the HO delay during lower speeds of the vehicle with data link (L2) and network (L3) layers protocol. However, this research studied the Transport Layer (L4) protocol mobile Stream Control Transmission Protocol (mSCTP) used as an optimal protocol in collaboration with the Location Manager (LM) and Domain Name Server (DNS). In addition, the BS technology that performs smooth HO employing an adaptive algorithm in L2 to perform the HO according to current vehicle speed was also included in the research. The methods derived from the combination of L4 and the BS technology methods produced an Adaptive Cross-Layer (ACL) design which is a mobility oriented handover management scheme that adapts the HO procedure among the protocol layers. The optimization has a better performance during HO as it is reduces scanning delay and diversity level as well as support transparent mobility among layers in terms of low packet loss and higher throughput. All of these metrics are capable of offering maximum flexibility and efficiency while allowing applications to refine the behaviour of the HO procedure. Besides that, evaluations were performed in various scenarios including different vehicle speeds and background traffic. The performance evaluation of the proposed ACL had approximately 30% improvement making it better than the other handover solutions

Performance analysis of BUNSD-LMA

The IETF is developed Network Mobility Basic Support (NEMO BSP) to support session continuity and reachability to the Mobile Network Nodes (MNNs) as one unit while they move. While NEMO move and attached to different networks, it needs to register the MNNs. This function of registration decreases the performance of NEMO. NEMO BSP suffers from some challenges. The most important of these challenges are route optimization, seamless mobility, handover latency and registration time. Binding Update No Sense Drop (BUNSD) Binding Cache Entry (BCE) in Local Mobility Anchor (LMA) is proposed to find a possible solution to MNNs. MNNs that are roaming in a Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) domain to perform seamless mobility while they are maintaining their session continuity through mobile router (MR). In this paper, BUNSD-LMA is analyzed mathematically with NEMO BS based on handover latency, total packet delivery delay cost, and throughput time during handoff. The analytical result shows that the BUNSD-LMA had better performance in term of handover, and registrations of MNNs. As a result the total packet loss is decreased and seamless mobility of MNNs enhanced compared to NEMO BS benchmarks. Keywords: NEMO, PMIPv6, BUNSD, MR, MAG, LM

Mobility management across converged IP-based heterogeneous access networks

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University, 8/2/2010.In order to satisfy customer demand for a high performance “global” mobility service, network operators (ISPs, carriers, mobile operators, etc.) are facing the need to evolve to a converged “all-IP” centric heterogeneous access infrastructure. However, the integration of such heterogeneous access networks (e.g. 802.11, 802.16e, UMTS etc) brings major mobility issues. This thesis tackles issues plaguing existing mobility management solutions in converged IP-based heterogeneous networks. In order to do so, the thesis firstly proposes a cross-layer mechanism using the upcoming IEEE802.21 MIH services to make intelligent and optimized handovers. In this respect, FMIPv6 is integrated with the IEEE802.21 mechanism to provide seamless mobility during the overall handover process. The proposed solution is then applied in a simulated vehicular environment to optimize the NEMO handover process. It is shown through analysis and simulations of the signalling process that the overall expected handover (both L2 and L3) latency in FMIPv6 can be reduced by the proposed mechanism by 69%. Secondly, it is expected that the operator of a Next Generation Network will provide mobility as a service that will generate significant revenues. As a result, dynamic service bootstrapping and authorization mechanisms must be in place to efficiently deploy a mobility service (without static provisioning), which will allow only legitimate users to access the service. A GNU Linux based test-bed has been implemented to demonstrate this. The experiments presented show the handover performance of the secured FMIPv6 over the implemented test-bed compared to plain FMIPv6 and MIPv6 by providing quantitative measurements and results on the quality of experience perceived by the users of IPv6 multimedia applications. The results show the inclusion of the additional signalling of the proposed architecture for the purpose of authorization and bootstrapping (i.e. key distribution using HOKEY) has no adverse effect on the overall handover process. Also, using a formal security analysis tool, it is shown that the proposed mechanism is safe/secure from the induced security threats. Lastly, a novel IEEE802.21 assisted EAP based re-authentication scheme over a service authorization and bootstrapping framework is presented. AAA based authentication mechanisms like EAP incur signalling overheads due to large RTTs. As a result, overall handover latency also increases. Therefore, a fast re-authentication scheme is presented which utilizes IEEE802.21 MIH services to minimize the EAP authentication process delays and as a result reduce the overall handover latency. Analysis of the signalling process based on analytical results shows that the overall handover latency for mobility protocols will be approximately reduced by 70% by the proposed 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

Future Trends and Challenges for Mobile and Convergent Networks

Some traffic characteristics like real-time, location-based, and community-inspired, as well as the exponential increase on the data traffic in mobile networks, are challenging the academia and standardization communities to manage these networks in completely novel and intelligent ways, otherwise, current network infrastructures can not offer a connection service with an acceptable quality for both emergent traffic demand and application requisites. In this way, a very relevant research problem that needs to be addressed is how a heterogeneous wireless access infrastructure should be controlled to offer a network access with a proper level of quality for diverse flows ending at multi-mode devices in mobile scenarios. The current chapter reviews recent research and standardization work developed under the most used wireless access technologies and mobile access proposals. It comprehensively outlines the impact on the deployment of those technologies in future networking environments, not only on the network performance but also in how the most important requirements of several relevant players, such as, content providers, network operators, and users/terminals can be addressed. Finally, the chapter concludes referring the most notable aspects in how the environment of future networks are expected to evolve like technology convergence, service convergence, terminal convergence, market convergence, environmental awareness, energy-efficiency, self-organized and intelligent infrastructure, as well as the most important functional requisites to be addressed through that infrastructure such as flow mobility, data offloading, load balancing and vertical multihoming.Comment: In book 4G & Beyond: The Convergence of Networks, Devices and Services, Nova Science Publishers, 201

Survivability, Scalability and Security of Mobility Protocols

Today mobile computing has become a necessity and we are witnessing explosive growth in the number of mobile devices accessing the Internet. To facilitate continuous Internet connectivity for nodes and networks in motion, mobility protocols are required and they exchange various signaling messages with the mobility infrastructure for protocol operation. Proliferation in mobile computing has raised several research issues for the mobility protocols. First, it is essential to perform cost and scalability analysis of mobility protocols to find out their resource requirement to cope with future expansion. Secondly, mobility protocols have survivability issues and are vulnerable to security threats, since wireless communication media can be easily accessible to intruders. The third challenge in mobile computing is the protection ofsignaling messages against losses due to high bandwidth requirementof multimedia in mobile environments. However, there is lack of existing works that focus on the quantitative analysis of cost, scalability, survivability and security of mobility protocols.In this dissertation, we have performed comprehensive evaluation ofmobility protocols. We have presented tools and methodologies required for the cost, scalability, survivability and security analysis of mobilityprotocols. We have proposed a dynamic scheduling algorithm to protect mobility signaling message against losses due to increased multimedia traffic in mobile environments and have also proposed a mobile networkarchitecture that aims at maximizing bandwidth utilization. The analysis presented in this work can help network engineers compare different mobility protocols quantitatively, thereby choose one that is reliable, secure, survivable and scalable

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