Vertical handover management with quality of service support

Al-Rubaye, Atheer Dhiaa

For mobile usage of the Internet, new preferences might be desired when considering connectivity and handover between overlapped heterogeneous wireless networks. This work presents a cross-layer vertical handover framework, which includes modules for: multi-criteria decisions that support QoS, soft switching between the multiple interfaces of a mobile device, and a light weight signaling scheme for address resolution. The handover decisions are based on user's configuration, network attributes, and node's context information. A connection is transferred onto a new interface only when it is associated to the newly selected network and ready to take over the traffic. The identity of the mobile node is maintained by leveraging the well-known and widely employed NAT for the purpose of mobility management in a new version that we call Dynamic index NAT. DiNAT supports local and global mobility through hierarchical deployment of anchor points. The network simulator OMNeT++ is used to model the system and test its feasibility.

Neue Anwendungen und Dienste steigern die Attraktivität der mobilen Nutzung des Internets und fordern die Beibehaltung der Konnektivität auch beim Wechsel zwischen heterogenen drahtlosen Zugangsnetzen, wobei viele Informationen unterschiedlicher Quellen berücksichtigt werden müssen. Auf Basis dieser Informationen müssen Handover-Entscheidungen getroffen werden, die ein Umschalten zwischen den drahtlosen Schnittstellen bewirken und die Identifikation des mobilen Knotens aktualisieren. Die vorliegende Arbeit stellt ein Rahmenwerk für vertikalen Handover vor, das zudem eine Mobilitätsunterstützung beinhaltet. Es verwendet Algorithmen zur multikriteriellen Entscheidung, die eine breite Reihe von Parametern betrachtet, um so die Kommunikationsdienstgüte (Quality of Service, QoS) für Echtzeitanwendungen bereitzustellen. Darüber hinaus wurde eine Strategie für die stabile und weiche Umschaltung zwischen verschiedenen Schnittstellen des mobilen Geräts entwickelt und eine leichtgewichtige Signalisierung für die Adressauflösung zur schnellen Wiederaufnahme der Datenübertragung vorgeschlagen. Die Dissertation beschreibt den schichtenübergreifenden Handover-Ansatz in drei Modulen, deren Konzept und Funktionalität detailliert diskutiert werden. Handover-Entscheidungen werden auf Grundlage von Benutzerpräferenzen, Netzwerkeigenschaften und Kontextinformationen des mobilen Endgeräts getroffen. Eine Verbindung wird nur dann auf eine neue Schnittstelle umgestellt, wenn diese mit dem neu gewählten Netzwerk in Verbindung steht und entsprechend konfiguriert ist. Für die Aktualisierung der Identität des mobilen Knotens wird der bekannte Mechanismus „Network Address Translation“ (NAT) wesentlich erweitert, was als Dynamic index NAT (DiNAT) bezeichnet wird. Sowohl lokale als auch globale Mobilität werden durch eine hierarchische Bereitstellung von DiNAT-fähigen Knoten unterstützt, ohne dass hierzu ein Vorwissen oder die Kooperation der Nachbar-Netzwerke notwendig ist. Viele solcher Knoten können zur Lastverteilung installiert werden, da die Dissertation einen Auswahlmechanismus

With a variety of new applications and services offered for mobile users of the Internet, new usage plans and preferences in connectivity to wireless networks might be desired. Connectivity anywhere and anytime through switching between heterogeneous wireless networks became common communication scenarios for many users. To maintain the connectivity for mobile nodes and the continuity of their running sessions, handover decisions, a proper switching scheme between the wireless interfaces of the communication device, and the identification of mobile nodes must be managed. This work presents a vertical handover framework including a mobility management solution as well. It employs multi-criteria decision algorithms that consider a wide range of parameters, mainly to support Quality of Service (QoS) for real-time applications, applies a strategy for stable and soft switching between the multiple interfaces of the mobile device, and presents a light weight signaling scheme for address resolution to quickly recover running sessions. The handover decisions are based on user’s configuration, network attributes, and node’s context information. A connection is transferred onto a new interface only when it is associated to the newly selected network and ready to take over the traffic. The identity of the mobile node is maintained by leveraging the well-known and widely employed Network Address Translation (NAT) for the purpose of mobility management in a new version that we call Dynamic index NAT (DiNAT). Local and global mobility are supported through hierarchical deployment of DiNAT-enabled anchor points, with no need for pre-knowledge or cooperation of neighbor networks. Many such nodes can be deployed globally for load sharing and route optimization, where a selection mechanism is used to choose a suitable anchor node for each session of a mobile node. The dissertation introduces the proposed approach as a cross-layer system composed of three modules that handle the mentioned tasks, and provides details on the concept of each. The network simulator OMNeT++ is used to model the system and test its feasibility, as compared to a widely adopted solution for mobility management, running real-time applications while moving.

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Al-Rubaye, Atheer: Vertical handover management with quality of service support. Ilmenau 2017. Universitätsverlag Ilmenau.

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