Solution analysis of universal wireless joint point technologies for heterogeneous tactical networks

The scope of this thesis is to analyze the feasibility of having different wireless mesh network architectures transfer data to a wired network via a joint (universal) access point (UAP). Additionally this thesis analyzes the feasibility of using similar joint (universal) access point technology to allow heterogeneous wireless mesh network devices in close proximally to the UAP transmit data to/from each other via the UAP. This research also includes evaluating COTS tools for possible implementation of a joint access point as well as seeking partnership with private industry to assist in research efforts and/or the development or joint (universal) access point solution(s). The thesis concludes with a recommendation on application of universal joint point technology, to include recommendations for implementation of such technology in the Tactical Network Topology (TNT) environment.http://archive.org/details/solutionnalysiso109452951Approved for public release; distribution is unlimited

Queueing Networks for Vertical Handover

PhDIt is widely expected that next-generation wireless communication systems will be heterogeneous, integrating a wide variety of wireless access networks. Of particular interest recently is a mix of cellular networks (GSM/GPRS and WCDMA) and wireless local area networks (WLANs) to provide complementary features in terms of coverage, capacity and mobility support. If cellular/ WLAN interworking is to be the basis for a heterogeneous network then the analysis of complex handover traffic rates in the system (especially vertical handover) is one of the most essential issues to be considered. This thesis describes the application of queueing-network theory to the modelling of this heterogeneous wireless overlay system. A network of queues (or queueing network) is a powerful mathematical tool in the performance evaluation of many large-scale engineering systems. It has been used in the modelling of hierarchically structured cellular wireless networks with much success, including queueing network modelling in the study of cellular/ WLAN interworking systems. In the process of queueing network modelling, obtaining the network topology of a system is usually the first step in the construction of a good model, but this topology analysis has never before been used in the handover traffic study in heterogeneous overlay wireless networks. In this thesis, a new topology scheme to facilitate the analysis of handover traffic is proposed. The structural similarity between hierarchical cellular structure and heterogeneous wireless overlay networks is also compared. By replacing the microcells with WLANs in a hierarchical structure, the interworking system is modelled as an open network of Erlang loss systems and with the new topology, the performance measures of blocking probabilities and dropping probabilities can be determined. Both homogeneous and non-homogeneous traffic have been considered, circuit switched and packet-switched. Example scenarios have been used to validate the models, the numerical results showing clear agreement with the known validation scenarios

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

Using Link Layer Information to Enhance Mobile IP Handover Mechanism. An investigation in to the design, analysis and performance evaluation of the enhanced Mobile IP handover mechanism using link layer information schemes in the IP environment.

Mobile computing is becoming increasingly important, due to the rise in the number of portable computers and the desire to have continuous network connectivity to the Internet, irrespective of the physical location of the node. We have also seen a steady growth of the market for wireless communication devices. Such devices can only have the effect of increasing the options for making connections to the global Internet. The Internet infrastructure is built on top of a collection of protocols called the TCP/IP protocol suite. Transmission Control Protocol (TCP) and Internet Protocol (IP) are the core protocols in this suite. There are currently two standards: one to support the current IPv4 and one for the upcoming IPv6 [1]. IP requires the location of any node connected to the Internet to be uniquely identified by an assigned IP address. This raises one of the most important issues in mobility because, when a node moves to another physical location, it has to change its IP address. However, the higher-level protocols require the IP address of a node to be fixed for identifying connections. The Mobile Internet Protocol (Mobile IP) is an extension to the Internet Protocol proposed by the Internet Engineering Task Force (IETF) that addresses this issue. It enables mobile devices to stay connected to the Internet regardless of their locations, without changing their IP addresses and, therefore, an ongoing IP session will not be interrupted [2, 3, 4]. More precisely, Mobile IP is a standard protocol that builds on the Internet Protocol by making mobility transparent to applications and higher-level protocols like TCP. However, before Mobile IP can be broadly deployed, there are still several technical barriers, such as long handover periods and packet loss that have to be overcome, in addition to other technical obstacles, including handover performance, security issues and routing efficiency [7]. This study presents an investigation into developing new handover mechanisms based on link layer information in Mobile IP and fast handover in Mobile IPv6 environments. The main goal of the developed mechanisms is to improve the overall IP mobility performance by reducing packet loss, minimizing signalling overheads and reducing the handover processing time. These models include the development of a cross-layer handover scheme using link layer information and Mobile Node (MN) location information to improve the performance of the communication system by reducing transmission delay, packet loss and registration signalling overheads. Finally, the new schemes are developed, tested and validated through a set of experiments to demonstrate the relative merits and capabilities of these schemes

Routage et gestion de la mobilité dans les réseaux personnels

L'objectif de cette thèse est d'étudier des méthodes et des stratégies efficaces pour le routage et la gestion de la mobilité dans le cadre des réseaux personnels. Dans un premier temps, nous proposons le cadre de nos études: Personal Ubiquitous Environments (PUE). Un PUE est constitué d'un ensemble d'utilisateurs ayant des terminaux disposant d'interfaces réseau hétérogènes, et dont l'objectif est de mettre en oeuvre des mécanismes de coopération et de partage des ressources de manière totalement distribuée. Dans ce cadre, la thèse a proposé des solutions innovantes contribuant à améliorer la communication inter et intra réseau personnels. La première contribution porte sur le protocole PNRP (Personal Network Routing Protocol) dont le but est de développer un routage à base de politiques (policy-based routing) pour les environnements personnels. La seconde, intitulée ADD (Adaptive Distributed gateway Discovery), est un mécanisme totalement distribué pour la découverte de multiples chemins vers une passerelle vers un réseau opéré. De plus, étant donné que ces environnements sont hétérogènes par leurs compositions (réseaux d'accès, terminaux ...), une architecture de gestion de la mobilité qui permet une gestion unifiée de la localisation et de la mobilité sans coutures appliquant lénsemble des noeuds a également été traitée. Les résultats d'évaluation par simulation démontrent l'applicabilité et léfficacité des ces protocoles.The aim of this thesis is to investigate methods and strategies for efficient routing and mobility management in personal environments. The concept of Personal Ubiquitous Environments (PUE) is introduced which accommodates heterogeneous devices and access networks of different users and sustain the notion of sharing resources in a distributed manner. A prerequisite for achieving the resource (devices, networks) sharing in personal environments is the deployment of suitable communication protocols which establish efficient multi-hop routes betweens the devices of the PUE. Personal Network Routing Protocol (PNRP) has been developed to perform policy-based routing in personal environments. Moreover, in certain personal networking scenarios, the infrastructure network components (i.e. gateways) are more than one-hop distance from the user's devices; Adaptive Distributed gateway Discovery (ADD) protocol is thereby proposed to efficiently discover the multi-hop routes towards the gateway in a totally distributed manner. All the more, since the personal environments regroups heterogeneous access networks, an efficient mobility management architecture is proposed which offers unified location management and seamless handover experience to dynamic personal nodes. The proposed protocols are assessed by means of numerous communication scenarios; the simulation results demonstrate the applicability of the proposed protocols