Handover-Strategien zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Mobilfunknetzen der 4. Generation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den letzten Jahren ist eine Reihe von mobilen Endgeräten auf den Markt gekommen, in denen mehrere Mobilfunktechnologien integriert sind. Der Wechsel zwischen den Technologien muss immer noch vom Nutzer initiiert werden bzw. es gibt eine festvorgegebene Reihenfolge, in der die unterschiedlichen Zugangstechnologien bei Verfügbarkeit ausgewählt werden wie z.B. WLAN vor UMTS vor GPRS. Zusätzlich gibt es Ansätze, die diesen so genannten vertikalen Handover automatisch vollziehen, jedoch wird die Handover-Entscheidung nur aufgrund der Signalstärke getroffen. In diesem Forschungsvorhaben wurden weitere Aspekte wie Last, Mobilität und Dienstgüteanforderungen in die Handover-Entscheidung miteinbezogen. Eine sehr gute Wahl dieser Entscheidungsparameter ist dabei unabdingbar, damit der zusätzliche Aufwand gering bleibt und somit die Last durch Signalisierungsverkehr im Netz nicht ansteigt. In der ersten Projektphase wurden Modelle zur Lastbestimmung in WLAN und UMTS Netzen entwickelt. Dabei lag der Schwerpunkt der Universität Würzburg auf der Lastbestimmung in UMTS Netzen. Diese unterteilt sich in drei verschiedene Lasten: die Last auf dem Downlink, von der Basisstation zum Endnutzer, die Last auf dem Uplink, die Richtung vom Endnutzer zur Basisstation, und der Codeauslastung. Zur Untersuchung der Lastmodelle wurden diese in die OPNET Simulationsumgebung implementiert, validiert und verbessert. In der zweiten Projektphase wurden zunächst mehrere Mechanismen zur besseren Auslastung der WLAN Luftschnittstelle entwickelt. Diese Mechanismen passen die Kanalzugangsparameter adaptiv an die Last in der WLAN Zelle an. Hierzu werden die Anzahl der Wiederholungsversuche, verursacht durch Kollisionen auf der Luftschnittstelle, herangezogen. Die Anzahl der Wiederholungsversuche dienen u.a. auch dazu die Dienstgüte von Echtzeitverkehr in einer WLAN Zelle zu bestimmen. Somit werden letztendlich drei Strategien (Policies) zur Initiierung des vertikalen Handovers herangezogen: die Last, Dienstgüteanforderungen und die Mobilität der Nutzer. Um die Funktionsweise der Policies zu testen und zu evaluieren, müsste noch ein vertikales Handover Protokoll entwickelt werden. Dafür wurden zunächst die verschiedenen Möglichkeiten zur Integration der beiden Übertragungstechnologien untersucht. Damit der vertikale Handover nicht zu einer Verbindungsunterbrechung führt, haben wir uns für die sogenannte Tight-Coupling Methode entschieden, bei der das WLAN in das UMTS Netz integriert wird. Simulationsstudien des entwickelten Handover Protokolls haben gezeigt, dass ein nahtloser Übergang von einer Technologie zur Anderen möglich ist. Am Ende der Projektlaufzeit wurden dann alle Mechanismen und Protokolle in der OPNET Simulationsumgebung zusammengeführt. Simulationsläufe haben gezeigt, dass die Handover Strategien sehr gut funktionieren und zu einer erhöhten Nutzer-Zufriedenheit beitragen, denn sobald einer der Policies einen Grenzwert überschreitet wird ein vertikaler Handover eingeleitet und durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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On the Code and Soft Capacity of the UMTS FDD Downlink and the Capacity Increase by using a Secondary Scrambling Code. IEEE International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Berlin, Germany, September 2005
D. Staehle
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A Network Architecture for a Policy-Based Handover Across Heterogeneous Networks. 10th OPNETWORK, Washington D.C, USA, August 2006
R. Pries, A. Mäder und D. Staehle
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Evaluation of a Pastry-based P2P Overlay for Supporting Vertical Handover. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, Las Vegas, NV, USA, April 2006
T. Hoßfeld, S. Oechsner, K. Tutschku, F.-U. Andersen
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Supporting Vertical Handover by a Self-Organizing Multi-Dimensional P2P Overlay. IEEE 63rd Vehicular Technology Conference, Melbourne, Australia, May 2006
S. Oechsner, T. Hoßfeld, K. Tutschku, F.-U. Andersen
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Supporting Vertical Handover by Using a Pastry Peer-to-Peer Overlay Network. Proceedings of the Mobile Peer-to-Peer Computing MP2P'06, in conjunction with the 4th IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications (PerCom'06), Pisa, Italy, March 2006
T. Hoßfeld, S. Oechsner, K. Tutschku, F.-U. Andersen und L. Caviglione
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UMTS Load Metrics for a Policy-Based Vertical Handover Framework. Technical Report Nummer 395, November 2006
R. Pries, A. Mäder und D. Stachle
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A flow-level Simulation Framework for HSDPA-enabled UMTS Networks. ACM/IEEE MSWiM '07, Crete, Greece, October 2007
A. Mäder und D. Staehle
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A Model for Time-Efficient HSDPA Simulations. IEEE VTC Fall '07, Baltimore, USA, October 2007
D. Staehle und A. Mäder
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A Novel Performance Model for the HSDPA with Adaptive Resource Allocation. ITC 20, Ottawa, Canada, June 2007
A. Mäder und D. Staehle
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Analytic Modeling of the UMTS Enhanced Uplink in Multi-Cell Environments with Volume-Based Best-Effort Traffic. IEEE ISCIT '07, Sydney, Australia, October 2007
T. Liu, A. Mäder, D. Staehle und D. Everitt
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Impact of HSDPA Radio Resource Allocation Schemes on the System Performance of UMTS Networks. IEEE VTC Fall '07, Baltimore, USA, October 2007
A. Mäder, D. Staehle und M. Spahn
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Impact of Vertical Handovers on Cooperative Content Distribution Systems. Seventh IEEE International Conference on Peer-to-Peer Computing (P2P2007), Galway, Ireland, September 2007
M. Duelli, T. Hoßfeld, D. Staehle
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On the Performance of Mobile IP in Wireless LAN Environments. Wireless Systems and Mobility, LNCS 4396, Sitges, Spain, 2007
R. Pries, A. Mäder, D. Staehle, M. Wiesen
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Performance of Internet Services over the UMTS Enhanced Uplink. Proc. of 1st Workshop on Broadband Wireless Access, Cardiff, Wales, GB, September 2007
A. Mäder, D. Staehle und C. Gößwein
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A Seamless Vertical Handover Approach. Wireless and Mobility 2008, LNCS 5122, Barcelona, Spain, 2008
R. Pries, D. Staehle, P. Tran-Gia, T. Gutbrod
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Dynamic Contention Window Adaptation (DCWA) in IEEE 802.11e Wireless Local Area Networks. The Second International Conference on Communications and Electronics, HUT-ICCE 2008, Hoi An, Vietnam, June 2008
R. Pries, S. Menth, D. Staehle, M. Menth, P. Tran-Gia
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On the Trade-off between Efficiency and Congestion in Location-aware Overlay Networks - Example of a Vertical Handover Support System. Eighth International Conference on Peer-to-Peer Computing (P2P 2008), Aachen, Germany, September 2008
T. Zinner, T. Hoßfeld, S. Oechsner, P. Tran-Gia
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Radio Resource Management for the UMTS Enhanced Uplink in Presence of QoS Radio Bearers. Special Issue of Annals of Operation Research on Stochastic Performance Models for Resource Allocation, 162, 2008
A. Mäder und D. Staehle
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Impact of Best Effort Frame Bursting in IEEE 802.11 Networks. IEEE VTC Spring 09, Barcelona, Spain, April 2009
R. Pries, D. Staehle, S. Menth, M. Menth, P. Tran-Gia
