Connectivity in mobile multihop relay network

Mobile Multihop Relay (MMR) network is an attractive and low-cost solution for expanding service coverage and enhancing throughput of the conventional single hop network. However, mobility of Mobile Station (MS) in MMR network might lead to performance degradation in terms of Quality of Service (QoS). Selecting an appropriate Relay Station (RS) that can support data transmission for high mobility MS to enhance QoS is one of the challenges in MMR network. The main goal of the work is to develop and enhance relay selection mechanisms that can assure continuous connectivity while ensuring QoS in MMR network using NCTUns simulation tools. The approach is to develop and enhance a relay selection for MS with continuous connectivity in non-transparent relay. In this approach, the standard network entry procedure is modified to allow continuous connectivity with reduced signaling messages whenever MS joins RS that is out of Multihop Relay Base Station (MRBS) coverage and the relay selection is based on Signal to Noise Ratio (SNR). The QoS performances of the proposed relay selections are in terms of throughput and average end-to-end (ETE) delay. The findings for the proposed relay selection in non-transparent relay shows that the throughput degradation between low mobility MS (30m/s) and high mobility MS (50m/s) is only about 2.0%. The proposed relay selection mechanisms can be applied in any high mobility multi-tier cellular network

Relay selection in mobile multihop relay network

Mobile Multihop Relay (MMR) network is an attractive and low-cost solution for expanding service coverage and enhancing throughput of the conventional single hop network. However, mobility of Mobile Station (MS) in MMR network might lead to performance degradation in terms of Quality of Service (QoS). Selecting an appropriate Relay Station (RS) that can support data transmission for high mobility MS to enhance QoS is one of the challenges in MMR network. The main goal of the work is to develop and enhance relay selection mechanisms that can assure continuous connectivity while ensuring QoS in MMR network using NCTUns simulation tools. The approach is to develop and enhance relay selection that allows cooperative data transmission in transparent relay that guarantees continuous connectivity. The proposed relay selection defined as Co-ReSL depends on weightage of SNR, α and weightage of Link Expiration Time (LET), β. The QoS performances of the proposed relay selections are in terms of throughput and average end-to-end (ETE) delay. The findings for Co-ReSL shows that at heavy traffic load, throughput increases up to 5.7% and average ETE delay reduces by 7.5% compared to Movement Aware Greedy Forwarding (MAGF) due to cooperative data transmission in selective links. The proposed relay selection mechanisms can be applied in any high mobility multi-tier cellular network

Quality of service in WiMAX networks

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesO acesso à banda larga é um requisito importante na actualidade para satisfazer os utilizadores em termos de novas aplicações e serviços em tempo real. O WiMAX, como tecnologia sem fios para áreas metropolitanas, prometendo cobrir uma maior superfície e com maior débito, é uma tecnologia promissora para as redes de próxima geração. No entanto um requisito importante para a instalação e massificação desta tecnologia é o seu comportamento a nível de qualidade de serviços e garantia aos utilizadores do cumprimento eficiente dos requisitos de QoS. Esta tese aborda e estuda o suporte de qualidade de serviços para redes WiMAX presente em diferentes modelos de simulação, implementados na ferramenta de simulação ns-2. Para além da validação e comparação entre os modelos existentes, também é efectuada a especificação e implementação de uma solução de QoS composta por um classificador e escalonador, e é proposto e avaliado um algoritmo de escalonamento que utiliza prioritização de classes de serviço e informação física dinâmica “cross layer” para decisões de escalonamento no simulador. Para validar e avaliar as soluções propostas e desenvolvidas, um conjunto de cenários orientados para a utilização de vários serviços e aferição de métricas de QoS foram simulados. Os resultados obtidos mostram a diferenciação entre distintas classes de tráfego. O mecanismo proposto apresenta um pequeno ganho em débito e latência comparativamente às soluções previamente analisadas/implementadas. ABSTRACT: Broadband access is an important requirement to satisfy user demands and support a new set of real time services and applications. WiMAX, as a Broadband Wireless Access solution for Wireless Metropolitan Area Networks, covering large distances with high throughputs, is a promising technology for Next Generation Networks. Nevertheless, for the successful deployment and massification of WiMAX based solutions, Quality of Service (QoS) is a mandatory feature that must be supported. In this thesis , the QoS support for WiMAX in ns-2 simulation software is addressed. A QoS framework, composed by a packet classification mechanism and a scheduler, has been specified and implemented on the simulator, providing service differentiation over WiMAX networks. Furthermore, validation and comparison of different IEEE 802.16 simulation models is provided. Finally a scheduling solution is proposed and evaluated that uses prioritization and dynamic cross layer information for schedulling decisions in WiMAX networks. In order to validate the developed solutions, a set of QoS oriented scenarios have been simulated and the obtained results show that the implemented schedullers are able to efficiently differentiate between the different traffic classes and achieve gains in throughput and delay

Acesso banda larga sem fios em ambientes heterogéneos de próxima geração

Doutoramento em Engenharia InformáticaO acesso ubíquo à Internet é um dos principais desafios para os operadores de telecomunicações na próxima década. O número de utilizadores da Internet está a crescer exponencialmente e o paradigma de acesso "always connected, anytime, anywhere" é um requisito fundamental para as redes móveis de próxima geração. A tecnologia WiMAX, juntamente com o LTE, foi recentemente reconhecida pelo ITU como uma das tecnologias de acesso compatíveis com os requisitos do 4G. Ainda assim, esta tecnologia de acesso não está completamente preparada para ambientes de próxima geração, principalmente devido à falta de mecanismos de cross-layer para integração de QoS e mobilidade. Adicionalmente, para além das tecnologias WiMAX e LTE, as tecnologias de acesso rádio UMTS/HSPA e Wi-Fi continuarão a ter um impacto significativo nas comunicações móveis durante os próximos anos. Deste modo, é fundamental garantir a coexistência das várias tecnologias de acesso rádio em termos de QoS e mobilidade, permitindo assim a entrega de serviços multimédia de tempo real em redes móveis. Para garantir a entrega de serviços multimédia a utilizadores WiMAX, esta Tese propõe um gestor cross-layer WiMAX integrado com uma arquitectura de QoS fim-a-fim. A arquitectura apresentada permite o controlo de QoS e a comunicação bidireccional entre o sistema WiMAX e as entidades das camadas superiores. Para além disso, o gestor de cross-layer proposto é estendido com eventos e comandos genéricos e independentes da tecnologia para optimizar os procedimentos de mobilidade em ambientes WiMAX. Foram realizados testes para avaliar o desempenho dos procedimentos de QoS e mobilidade da arquitectura WiMAX definida, demonstrando que esta é perfeitamente capaz de entregar serviços de tempo real sem introduzir custos excessivos na rede. No seguimento das extensões de QoS e mobilidade apresentadas para a tecnologia WiMAX, o âmbito desta Tese foi alargado para ambientes de acesso sem-fios heterogéneos. Neste sentido, é proposta uma arquitectura de mobilidade transparente com suporte de QoS para redes de acesso multitecnologia. A arquitectura apresentada integra uma versão estendida do IEEE 802.21 com suporte de QoS, bem como um gestor de mobilidade avançado integrado com os protocolos de gestão de mobilidade do nível IP. Finalmente, para completar o trabalho desenvolvido no âmbito desta Tese, é proposta uma extensão aos procedimentos de decisão de mobilidade em ambientes heterogéneos para incorporar a informação de contexto da rede e do terminal. Para validar e avaliar as optimizações propostas, foram desenvolvidos testes de desempenho num demonstrador inter-tecnologia, composta pelas redes de acesso WiMAX, Wi-Fi e UMTS/HSPA.Ubiquitous Internet access is one of the main challenges for the telecommunications industry in the next decade. The number of users accessing the Internet is growing exponentially and the network access paradigm of “always connected, anytime, anywhere” is a central requirement for the so-called Next Generation Mobile Networks (NGMN). WiMAX, together with LTE, was recently recognized by ITU as one of the compliant access technologies for 4G. Nevertheless, WiMAX is not yet fully prepared for next generation environments, mainly due to the lack of QoS and mobility crosslayer procedures to support real-time multimedia services delivery. Furthermore, besides the 4G compliant WiMAX and LTE radio access technologies, UMTS/HSPA and Wi-Fi will also have a significant impact in the mobile communications during the next years. Therefore, it is fundamental to ensure the coexistence of multiple radio access technologies in what QoS and mobility procedures are concerned, thereby allowing the delivery of real-time services in mobile networks. In order to provide the WiMAX mobile users with the demanded multimedia services, it is proposed in this Thesis a WiMAX cross-layer manager integrated in an end-to-end all-IP QoS enabled architecture. The presented framework enables the QoS control and bidirectional communication between WiMAX and the upper layer network entities. Furthermore, the proposed cross-layer framework is extended with media independent events and commands to optimize the mobility procedures in WiMAX environments. Tests were made to evaluate the QoS and mobility performance of the defined architecture, demonstrating that it is perfectly capable of handling and supporting real time services without introducing an excessive cost in the network. Following the QoS and mobility extensions provided for WiMAX, the scope of this Thesis is broaden and a seamless mobility architecture with QoS support in heterogeneous wireless access environments is proposed. The presented architecture integrates an extended version of the IEEE 802.21 framework with QoS support, as well as an advanced mobility manager integrated with the IP level mobility management protocols. Finally, to complete the work within the framework of this Thesis, it is proposed an extension to the handover decisionmaking processes in heterogeneous access environments through the integration of context information from both the network entities and the enduser. Performance tests were developed in a real testbed to validate the proposed optimizations in an inter-technology handover scenario involving WiMAX, Wi-Fi and UMTS/HSPA