Handoff in wireless mobile networks

1. HANDOFF EM REDES MÓVEIS WIRELESS F-T in mobile systems & wireless architecture Handoff in wireless mobile networks Apresentado por : Justino Correia nº11714 Ricardo Milheiro nº18076 Mário Sanches nº19065 Universidade do Algarve

2. Agenda Tópicos • Conceito de célula • Definição de Handoff ( Handover ) ? • Mecanismos de Hnadoff . • Tipos de handoffs. • VantagensDesvantagensde Handoffs. • Estratégias de Handoffe causes de falhas de Handoffs. • Channel assignment para Handoffs. • Técnicas de recuperação. • Conclusão

3. Células

4. Exemplo de células

5. Maior capacidade , permite um maior númerode usuários • Potência de transmissão reduzida • Mais robusto , desentralizado • ABS trata de interferências, área de transmissão Vantagens

6. Tamanho das células • 100 m em cidades até 35 km em zonas rurais (GSM) • Para maiores frequências , poderá ainda ser menor • “Umbrela cell”:célula maior que inclui várias células mais pequenas Formato das células • Formato Hexagonal é prático para uma análise teórica • Formato “Footprint” ( área de cobertura de rádio ) é amorfo Posicionamento das BS • Célula “Center-excited”:BS posicionada perto do centro da célula • Célula “Edge-excited”:BS em 3 dos 6 vértices da célula

7. Basic network Basic Cellular communiation system Def (Handoff):Processo de transferência de uma chamada entre células de forma transparente para o utilizador. Visa manter a qualidade da ligação ou proporcionar um melhor serviço Cell Downlink BS Uplink Handover Célula básica de um Sistema de Comunicações

8. Handover ao nivel das camadas OSI

9. Handover Horizontal • Quando os dois pontos de acesso da rede são baseados na mesma tecnologia wireless da ligação • A ligação é danificada ou unicamente disrupted devido à mobilidade do dispositivo Handover Vertical • Quando os dois pontos de acesso da rede forem baseados em tecnologias wireless diferentes • Movimentação para uma área coberta por uma tecnologia wireless diferente

10. Handover Intro

11. Conceitos básicos de Handoff O tamanho e a forma de cada célula dependem da natureza da região, do númerode BSs e da escala de transmit/receiving das BSs. Na maioria das vezes, a sobreposição das células e o hardware dos subscritores está dentro do alcance de mais de uma BS e a rede decide, de tempos em tempos que BS se encarregará se gerir o sinal. O subscritor não necessita pensar sobre o processo do handoff ou sobre que BS está a tratar do sinal. O mecanismo de Handoff é transparente ao usuário e não resultará em perda do serviço a menos que o usuário entre na dead zone.

12. Decisões básicas de Handoff • Os handoffs ocorrem quando um anfitrião móvel começa a comunicação com uma nova estação base. • Baseado geralmente no Received signal strength (RSS). • O Handover ocorre quando o sinal do serving BS é fraco ,enquanto o sinal de um BS vizinho for forte. Efeito ping-pong • A força do sinal flutua aleatoriamente • Diversos handoffs ocorrem para a frente e para trás entre dois BSs.

13. Handover • Processo de transferência de uma chamada entre celulas, de uma forma transparente para o utilizador. • Visa manter a qualidade da ligação ou proporcionar um melhor serviço.

14. Tipos de Handoff (Handover) Handoff Soft Handoff (make-before-break) Hard Handoff (break-before-make)

16. Soft handoff Um Soft Handoff estabelece uma conexão com a nova BTS antes de quebrar a conexão com a antiga. Refere-se à sobreposição de zonas cobertas. Não há perdas de conectividade móvel à rede

17. Soft Handoff in Action Antes (a) Depois (c ) Soft Handoff em acção (b)

18. Hard handoff O Hard Handoff requer ao telemóvel quebra de conexão com a BTS antiga para posteriormente fazer a conexão com a nova. Interrupção, perda momentânea com a conexão móvel à rede Os telefones CDMA comutam de modo digital para analógico durante O Hard Handoff.

19. Hard HO Cont…. Sx e Sy sao a potencia do sinal de (base station) Bx e By para o telemovel. • O algoritmo sera: • if (Sy-Sx) > D and serving station is Bx • then handoff to By. • else if (Sx-Sy) > D and serving station is By • then handoff to Bx. • else no handoff. D: é chamado margem da histerese. If D é maiorsignificamaior margem & mais delay.

24. Handoff Escondido (idle) Isto ocorre sempre que o telemovel esta no estado de idle mode. O telemovel esta continuamente a procurar por um sinal mais forte. Quando encontra esse sinal mais forte, troca automaticamente de BS.

25. advantages/disadvant Advantages/disadvantages of HO Soft-handoff: • Vantagens: • Smoother handoff. • Conecção sempre garantida, sem delay. • Baixa probabilidade da chamada cair • Aumento da capacidade/cobertura. • Satisfação de cliente (mais claridade). • Desvantagens: • Mais canais são bloqueados por cima. • A interferência de Downlink é aumentada sempre que muitas BSs estão transmitindo o que somente seria necessario por uma unica BS.

26. Adv/Dis. of HO Hard-handoff: • Desvantagens: • Perda momentânia da conectividade com o movel. • Interrupção da ligação é muito comum. • Grande tempo de “instalação”. • muito caro se não for executado correctamente. • Vantagens: • Requer pouco processamento da rede que fornece o serviço.. • Eficaz ao mover-se de uma rede de CDMA para análogica.

27. Estratégias de Handover Existem Trés estrategias propostas para detecção de HO. • Mobile-assisted HO (MAHO): • Network-initiated HO (NIHO): • Mobile-controlled HO (MCHO): • 0 Móvel mede a potencia do sinaldo BS mais próximo, e a seguir responde ao server BSs. • O handover começa quando o poder recebido do vizinho BSs excede o poder do BSs em uso no momento. • Usado em 2G & 2.5G networks (GSM & CDMA). (1)Mobile-Assisted HO:

28. Estrategias Cont…. • BSs monitora o nível do sinal dos móveis com as chamadas em andamento. • O receptor especial, receptor do localizador, controlado por CAM é usado para monitorizar a força do sinal. • O handover ocorre se o nível do sinal cair abaixo do ponto inicial. • Usado nas redes de IG (ampères). (2)Network-Initiated HO:

29. Estrategias Cont… • O móbil monitora continuamente os sinais do BSs vizinho. • O móbil faz medidas de qualidade aos vários canais, e escolhe osmelhores em cooperação com a rede. • Usado em DECT (tecnologia de TDMA). (3)Mobile-controlled HO:

30. Estados do Handover • PHY Sync • -O móvel faz a varredura, detecta e fica com o novo BSs. • -Simplifica o projeto da rede de acesso. • - faz Pedidos de air-link. • MAC layer exchange • -Não pode conter erros • -O movil alocados recursos de ar-link, autenticado, autorizado • e registado. • Network Layer exchange • -Especifica o protocolo da gerência da mobilidade • (por exemplo, MIPv4) • -o móbil prepara-se ao tráfego send/receive do IP • (por exemplo, DHCP)

31. Situações de Handover • Inter-cell ou Inter-BS • - o destino e a origem das BSs são conectados no mesmo MSC. • - conseguido com handover móvel-controlado. • Inter-system • - BSs velho e novo são conectados a MSCs diferentes. • - conseguido com handover rede-controlado. • - participação back-end significativa (autenticação,roaming condições)

32. Causas defalha HO Não existe canal na nova celula. A rede demora demasiado tempo a fazer o handover, e entretanto o móvel perde o sinal. Sinal demasiado fraco. A recepção transforma-se pior devido à zona inoperante.

33. Atribuição de canal para HO A atribuição da canal têm que tratar dos 2 tipos de chamadas: (nova chamada) (cham. handover) Se não forem encontrados novos canais. - nova chamada éblocked. - chamada de handoff dropped. Preferencia é dada as chamadas em Handoff e depois a novas chamadas.

34. Tecnicas de Atribuição de Canal • Canais protegidos: • - Reserva um certo numero de canais exclusivamente • para chamadas em handover. • - As novas chamadas não têm o acesso a estes, mas as • chamadas em handover têm o acesso a ambos os canais regulares • e protegidos. • Chamadas em espera: • - As chamadas são colocadas em filas de espera e enviadas • a BSs seguinte de acordo com a prioridade.

35. Atribuição de canais Cont… • Shadow Clustering: • - Uma chamada é dita dar forma a uma Shadow na rede, • baseada em HO. • - Enquanto a chamada se move, Shadow move-se. • - Não somente a célula atual, mas todas as células na Shadow • deve reservar alguma largura de faixa para a chamada. • - Ao receber uma nova chamada, o BS calcula, estimativas • da disponibilidade da largura de faixa e aceitam somente as • chamadas se as possibilidades de éxito forem altas. • Channel Carrying: • - Usa o conhecimento da posição do móbil, da velocidade, • do sentido, do seu historial, da região geográfica etc..

36. Esquemas De Recuperaçãopara HO checkpointing & recover Checkpointing: --- O estado de cada processo no sistema é conservado periòdicamente no armazenamento estável e para recuperar de uma falha, o sistema reinicia a sua execução do último ponto de verificação gravado no armazenamento estável (BS). Recovery:depende: (a) da taxa de falhas da desconexão móvel do anfitrião ( c) da ligação wireless fraca.

37. Esquema de recuperação eficiente tem dois componentes • State-Saving scheme: (a) Synchronous (S) and • (b) Asynchronous (A-S) • Handoff scheme: (a) Pessimistic (P) • (b) Lazy (L) classification Optimal Scheme Wireless Bandwidth Failure Rate Mobility ( Asynchronous and Lazy Scheme) Low A-SL Low High High SL High All A-SL A-SL Low All All Optimal Recovery Scheme

38. Handoff in middle BS4 BS5 mh2 Static Network BS3 BS1 BS2 mh2 mh2 mh1 Handoff em execução

39. Pessimistic HO BS4 4 mh2 3 2 BS3 BS2 1 mh2 mh2 Pessimistic Handoff

40. Lazy/Trickle BS4 L1 B mh2 2 L2 BS3 BS2 1 mh2 mh2 Lazy/Trickle Handoff

41. Conclusão? • O handover fornecer ligações sem “cortes” em redes móveis wireless. • Soft handover é melhor que o hard HO nenhum atraso, menor probabilidade da chamada cair, aumento da cobertura e maior clareza das chamadas. • Falha de Handover ocorre se não existir canal livre, network demora muito tempo a fazer o handover ou o sinal é demasiado fraco. • Canais protegidos, filas de esperae shadow clustering sao usados para HO. • Poucos esquemas eficientes são usados para recuperar de uma falha de handover.