Multikriterielle Handoverentscheidung für moderne mobile heterogene Kommunikationsnetze

Yeryomin, Yevgeniy GND

Die Konvergenz der modernen mobilen Kommunikationsnetze zum Next Generation Network (NGN) und der Einsatz von Multimode-Endgeräten resultieren in einer Kommunikationsumgebung mit mehreren verfügbaren Kommunikationswegen zwischen einem Endgerät und dem Kernnetz. Dabei spielen die Mobilität und demzufolge der Handover eine entscheidende Rolle. Um während einer Handoverentscheidung den Anforderungen von verschiedenen modernen mobilen Anwendungen zu genügen, sind traditionelle Handoverentscheidungsmethoden aus den Mobilfunknetzen, die im Wesentlichen auf der Auswertung der Empfangssignalstärke basieren, nicht mehr ausreichend. In dieser Arbeit wurde das Flexible Application-Sensitive Handover Decision Framework, kurz FLASHED-Framework, entwickelt. Es ermöglicht eine flexible, anwendungsabhängige und strukturierte Konfiguration der Handoverentscheidung. Außerdem beinhaltet das Framework neuartige Handoverentscheidungsalgorithmen, die auf einer multikriteriellen Entscheidungsanalyse beruhen und eine Verbesserung verschiedener Netzwerkcharakteristiken ermöglichen. Die vorgeschlagenen Entscheidungsalgorithmen wurden in der Simulationsumgebung OMNeT++/INET verifiziert und zeigen in den Ergebnissen wesentliche Vorteile gegenüber den bisher existierenden Entscheidungsalgorithmen.

The convergence of modern mobile communication networks to the Next Generation Network (NGN) and the usage of multimode mobile devices has resulted in a communication environment characterized by multiple alternative communication paths between a user device and the core network. In such an environment, mobility and handover play an important role. Moreover, the traditional handover decision schemes, based primarily on the evaluation of received signal strength, are not sufficient to fulfill multiple requirements of diverse mobile applications such as Quality of Service (QoS) or security. As a consequence, a wide range of multi-criteria handover decision algorithms has been proposed. However, the existing studies analyze the topics of application sensitivity and flexibility of the configuration of handover decision not intensively enough. Moreover, the optimization potential during handover is still an open topic for research. This study addresses the above described open topics by proposing a FLexible Application-Sensitive HandovEr Decision Framework (FLASHED-Framework). The FLASHED-Framework is an implementation of a multi-criteria decision algorithm based predominantly on the ideas of the Multiple-Criteria Decision Making (MCDM). The FLASHED-Framework makes possible a flexible application sensitive configuration of the handover-relevant information sets in a structured form. Furthermore, the FLASHED-Framework contains three different handover decision algorithms, which consider the optimization objectives of the users and the network providers during the alternatives evaluation. Two of these algorithms are based on the idea of surplus reduction with respect to application requirements. The third algorithm is designed to balance the network load during the handover. The verification of the proposed and implemented FLASHED-Framework including the proposed decision algorithms, was carried out by means of an special enhanced version of simulation environment OMNeT++/INET, which was developed during this study.

Die Konvergenz der modernen mobilen Kommunikationsnetze zum Next Generation Network (NGN) und der Einsatz von Multimode-Endgeräten resultieren in einer Kommunikationsumgebung mit mehreren verfügbaren Kommunikationswegen zwischen einem Endgerät und dem Kernnetz. Dabei spielen die Mobilität und demzufolge der Handover eine entscheidende Rolle. Um während einer Handoverentscheidung den Anforderungen verschiedener mobilen Anwendungen zum Beispiel in Bezug auf Quality of Service (QoS) oder Sicherheit Genüge zu tun, sind traditionelle Handoverentscheidungsmethoden aus den Mobilfunknetzen, die im Wesentlichen auf der Auswertung der Empfangssignalstärke basieren, nicht mehr ausreichend. Deswegen wurde in den letzten Jahren eine Reihe von multikriteriellen Handoverentscheidungsmethoden vorgeschlagen. In den vorgeschlagenen Methoden wurden die Themen wie Anwendungssensitivität und Flexibilität der Konfiguration der Handoverentscheidung nicht tief genug analysiert. Weiterhin sind die Optimierungspotentiale während der Handoverentscheidung nicht ausreichend untersucht. Diese Arbeit adressiert die oben angesprochen Themen und liefert eine Lösung in Form eines FLexible Application-Sensitive HandovEr Decision Frameworks, kurz FLASHED-Framework. Das FLASHED-Framework ist die Implementierung eines multikriteriellen Handover-Entscheidungsalgorithmus, der auf der multikriteriellen Entscheidungsanalyse Multiple-Criteria Decision Making (MCDM) beruht. Das FLASHED-Framework ermöglicht eine flexible, anwendungsabhängige und strukturierte Konfiguration der für eine Handoverentscheidung relevanten Informationssätze. Außerdem sind im FLASHED-Framework drei Handover-Entscheidungsalgorithmen implementiert, die die Optimierungsziele der Nutzer und der Netzwerkbetreiber repräsentieren und mit deren Hilfe die alternativen Kommunikationswege bewertet werden. Zwei dieser Algorithmen wurden im Rahmen der Untersuchungen der Optimierungsmöglichkeiten für eine Handoverentscheidung durch die Reduzierung der überschüssigen Kapazitäten in Abhängigkeit von Anwendungsanforderungen entwickelt. Beim dritten Algorithmus handelt es sich um einen lastverteilungsorientierten Handover-Entscheidungsalgorithmus. Die Verifizierung des vorgeschlagenen und implementierten FLASHED-Frameworks inklusive der vorgeschlagenen Entscheidungsalgorithmen erfolgt in einer im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelten Version der Simulationsumgebung OMNeT++/INET.

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Yeromin, Yevgeniy: Multikriterielle Handoverentscheidung für moderne mobile heterogene Kommunikationsnetze. Ilmenau 2018.

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