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802.16e Handover Mechanism

802.16e Handover Mechanism. Presenter : Yi-Wei Sun Date: 2008/12/25. Outline. 802.16 家族簡介 Handover 簡介 802.11 Handover mechanism 802.16e Handover mechanism 802.16e Handover 步驟 四種 Handover 的方法 結論與討論 Reference. 802.16 家族簡介. MIB: Management Information Base IMT:

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802.16e Handover Mechanism

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Presentation Transcript

  1. 802.16e Handover Mechanism Presenter: Yi-Wei Sun Date: 2008/12/25

  2. Outline • 802.16 家族簡介 • Handover簡介 • 802.11 Handover mechanism • 802.16e Handover mechanism • 802.16eHandover 步驟 • 四種Handover的方法 • 結論與討論 • Reference

  3. 802.16 家族簡介

  4. MIB: Management Information Base IMT: International Mobile Telecommunications 802.16D: Spanning Tree Protocol

  5. Handover簡介

  6. 何謂Handover • 為了讓通話者得到更好的通話品質， • 所以無線通訊系統將正在進行中的通話連線， • 轉移到不同的基地台 • 或更改通話連線所使用的頻道， • 以較佳的基地台 • 或是頻道來對使用者提供服務。 • 而一般手機使用者並不會察覺通話有任何的中斷， • 這就是Handover(訊號換手)。

  7. 發生Handover情況 Serving BS Target BS B A MS Mobile Station

  8. Handover種類 • Hard handover(硬式訊號換手)： • 系統連線是先中斷後再開啟新的連線的 • Soft handover(軟式訊號換手)： • 系統連線是先建立新的連線後才將原來的連線中斷 • Softer handover(軟軟式訊號換手)： • 軟軟式訊號換手僅是對於同一基地台做換手動作 • 而軟式訊號換手是對不同基地台換手動作。

  9. 802.11Handovermechanism

  10. 802.11Handovermechanism • 藉由監控基地台的連線服務品質，來做換手的判斷 • 當連線品質降低 • 開始有frames傳送不成功時 • 網卡會降低傳輸率，以較穩定的的調變傳送 • 若還是無法達到可接收的傳送品質 • 可視為裝置已達到基地台的最外緣 • 應此網卡會決定換手

  11. 802.11Handovermechanism (cont.) • 好處： • 無線網路的網路端不需要複雜的管理機制 • 可以節省目標基地台的訊號量測次數 • 只有在已達到最外緣時，才做一次完整的基地台掃描 • 缺點： • 換手過程時間太長 • 90%時間花在搜尋目標基地台上 • 對voice會video有很嚴重的影響

  12. 802.16eHandovermechanism

  13. 802.16eHandover 步驟 • 規格書上訂定 • 1. Cell reselection • 2. HO decision and initiation • 3. Synchronization to Target BS downlink • 4. Ranging • 5. Termination of MS Context • 6.HOCancellation

  14. 802.16eHandover 步驟 (cont.) • 參考文件 • 1. Cell reselection • 2. HO decision and initiation • 3. Ranging • 4. Network Re-entry • 5. Releasing context of MS

  15. Cell reselection • BS和MS須去取得臨近BS的資訊 • 訊號強度 • 能提供的Qos品質 • 透過上述資訊來做換手的依據 • MS 有兩種不同的方法來取的臨近BS的資訊 • 1. 透過Serving BS定期廣播的MOB_NBR_ADV • MOB_NBR_ADV(Mobile Neighbor Advertisement) • 2. MS 在經過Serving BS同意後資型掃描臨近BS • 掃描時，Serving BS須停下與MS的通訊 • 並buffer住data

  16. Cell reselection 方法1流程 MS Serving BS 臨近 BS1 臨近 BS2 DCD/UCD exchange DCD/UCD exchange MOB_NBR_ADV

  17. Cell reselection方法2 • 當MS決定要對進行掃描後 • 會發出MOB_SCN_REQ向服務基地台要求一段時間來執行鄰近BS的掃描。 • 其要求的內容主要有： • 想進行掃描的基地台 • 每次掃描的時間 • 每次掃描的間隔 • 總共掃描的次數 • 對每個被掃描的基地台所想要進行的掃描型態

  18. MS的掃描型態 • MS的掃描型態可根據是否要進行Association分為四種 • Scanning Without Association • Scanning With Association Level 0   • Scanning With Association Level 1   • Scanning With Association Level 2 • 在這裡Association就是Ranging的別名 • 其目的主要是為了獲得 • 調整參數(Ranging Parameter) • 獲得服務訊息(Service Availability Information) • 以便將來選擇適合的目標基地台及加速換手

  19. Cell reselection 方法2流程 臨近 BS1 臨近 BS2 Serving BS MS MOB_SCN_REQ MOB_SCN_RSP Serving BS允許MS進行掃描 DCD/UCD Association-Ranging RNG_RSP Association pre-registration DCD/UCD Association-Ranging RNG_RSP Association pre-registration

  20. HO decision and initiation • 802.16e中並沒有定義換手的決策標準 • MS或Serving BS皆可發起換手的動作 • Serving BS都會為MS調查鄰近BS何者有較佳的服務 • 並產生一個或多個建議Target BS列表給MS • MS有權決定要不要進行換手以及要換手到哪一個BS • 並利用MOB_HO_IND告知Serving BS自己的決定 • MOB_HO_IND (Mobile Handover Indication) • 若不換手，則回復正常情況 • 若要換手，則Serving BS buffer住data，進入換手流程

  21. Ranging • MS在換手程序的一開始必須和目標基地台同步(Synchronization to Target BS Downlink)， • 以獲得通道的物理參數，以便進一步做調整。 • 若MS在換手前已經利用MOB_SCN_REQ來取得Target BS的物理通道參數，則此步驟可以省略。

  22. Network Re-entry • 當MS要連接到Target BS時 • 會先跟Target BS進行調整 • 在此做調整的目的主要是為了獲得 • 物理通道特徵 • Qos等級預測 • Network Re-entry中的哪些步驟可以被省略。  

  23. Network Re-entry (cont.) • 1. MS在RNG_REQ中帶Serving BS的BS_ID • 告知Target BS，要作換手中的Network Re-entry • 2. Target BS就可以利用backbone network得到的MS的資訊 • 3. 此資訊可決定Network Re-entry的哪一個步驟可以省略 • 4. 並利用RNG_RSP來告知MS • 在Network Re-entry中可省略的步驟。 • Example: • 若Target BS得到MS的安全相關參數 • 則MS在Network Re-entry時，不須重新執行認證的動作 • Target BS擁有的MS資訊愈多，可以省略的動作就愈多，網路重新進入就可以愈快完成

  24. Network Re-entry (cont.) • Network Re-entry的最後一個步驟為連線的重新建立， • 目的: • 為了在換手的過程中不需使用 DSA_REQ/RSP/ACK • 因為: • Target BS會透過backbone • 向Serving BS要求所有連線的訊息 • 並在Target BS上重新建立這些連線，以加速換手。 • 當Target BS將所有的連線都建好後， • 會將SFID及連線CID的對應表傳給MS， • MS利用這個對應表就可以得知原本在Serving BS • 上的某個連線在Target BS的新CID及新SFID。  

  25. Releasing context of MS • 當MS成功換手到Target BS(新的Serving BS) • 傳送MOB_HO_IND告知Serving BS(原先的)。 • 在確認MS已經完成換手後 • Serving BS(原先的)會將MS的所有相關資訊刪除 • 此時換手的動作才算完成。  

  26. HOCancellation • MS可以在換手開始之後的 • 任何時間告知Serving BS取消換手的動作 • 方法: 傳送MOB_HO_IND • 若取消換手的時間在資源保留時間結束前 • 因為此時MS的相關資訊仍然保留在Serving BS上 • 故MS可回到正常模式繼續運作。   • 若取消換手的時間在資源保留時間結束之後 • 則此時Serving BS上已沒有該MS的訊息 • 故MS必須重新執行完整的Network Re-entry動作後 • 才能從Serving BS獲得服務

  27. 四種Handover的方法 • General Handover (General HO) • Network Assisted Handover (Network Assisted HO) • Macro – Diversity Handover (MDHO) • Fast BS Switch (FBSS) • 其中MDHO and FBSS • 選擇製作 • 可以達到無縫換手

  28. 四種Handover的方法 (cont.) • 四種換手方法都要經過 • 1. Cell reselection • 2. HO decision and initiation • 3. Ranging • 4. Network Re-entry • 5. Releasing context of MS • 不過實作的方法不同，所以有不同的 • Handover delay • Packet loss rate • Implement complexity

  29. General Handover由BS初始 • 當Serving BS覺得有必要去做換手時 • Serving BS會發出HO_pre-notification給臨近的BS • 其中包含MS的資訊 • 頻寬需求 • Qos需求 • 而臨近BS會回送HO_pre-notification_response • 告知Serving BS他們可以提供的頻寬和Qos等級

  30. General Handover由BS初始 (cont.) • Serving BS會根據臨近BS的回應 • 決定推薦哪些BS給MS當作Target BS • 之後送出MOB_BSHO_REQ(其中包含推薦的列表) • MS會透過簡短的掃描去取得臨近BSs的訊號強度 • 並將此值連同MOB_MSHO_RSP回報給Serving BS • Serving BS就從臨近BS的回應與收到的訊號強度 • 來決定Target BS • 之後Serving BS會送出MOB_BSHO_RSP給MS • 其中包含Serving BS決定的Target BS

  31. General Handover由MS初始 • MS也可以藉由得到臨近BS的訊號強度 • 來與Serving BS作比較 • 當MS決定要換手時 • 會送出MOB_MSHO_REQ給Serving BS • 其中包含MS所推薦的臨近BSs的訊號強度 • Serving BS會送出HO_pre-notification給臨近BSs • 且得到所有的HO_pre-notification_response • Serving BS藉由臨近BS的回應與訊號強度 • 來決定Target BS • 之後Serving BS會送出MOB_BSHO_RSP給MS • 其中包含Serving BS決定的Target BS

  32. General Handover • 再來Serving BS會送出HO_Confirm給Target BS • 代表Serving BS與MS雙方都同意這Target BS • MS會送出MOB_HO_IND • 來進一步同意這Target BS的決定 • 且告知Serving BS此MS已可以開始換手動作了 • 當Serving BS收到MOB_HO_IND後 • 會release這MS • 代表停止所有對這MS的通訊動作

  33. General Handover(cont.) • 當作完所有 • Ranging • Network Re-entry • Target BS會通知Serving BS(原先的)換手成功 • 則Serving BS會將在換手過程中buffer住的data • 全部forward給Target BS

  34. General Handover由BS初始流程 臨近 BS1 臨近 BS2 MS Serving BS HO_pre-notification HO_pre-notification _response HO_pre-notification HO_pre-notification_response MOB_BSHO_REQ Neighbors Scanning

  35. General Handover由BS初始流程 (cont.) 臨近 BS1 臨近 BS2 MS Serving BS MOB_MSHO_RSP HO_Confirm MOB_BSHO_RSP MOB_HO_IND Release resource of MS RNG_REQ RNG_RSP Complete Network Re-entry

  36. General Handover由MS初始流程 臨近 BS1 臨近 BS2 MS Serving BS Neighbors Scanning MOB_MSHO_REQ HO_pre-notification HO_pre-notification _response HO_pre-notification HO_pre-notification_response HO_Confirm MOB_BSHO_RSP

  37. General Handover由MS初始流程 (cont.) 臨近 BS1 臨近 BS2 MS Serving BS MOB_HO_IND Release resource of MS RNG_REQ RNG_RSP Complete Network Re-entry

  38. Network Assisted Handover • Serving BS要送給所有臨近的BS • HO_pre-notification , HO_Confirm • Serving BS 送出MOB_BSHO_REQ給MS • 裡面包含通知MS這為Network Assisted Handover • MS可以立刻回送MOB_HO_IND來開始換手 • 當Serving BS release MS 後 • MS須自行去掃描並選擇Target BS • 剩下的步驟與General Handover相同

  39. Network Assisted Handover(cont.) • General Handover與Network Assisted Handover的差別 • 1. 只有Serving BS可以初始Network Assisted Handover • 2.Serving BS沒跟MS做任何協商, 就送HO_Confirm給臨近BSs • 3. 當MS接收到MOB_BSHO_REQ後就開始換手 • 不須與Serving BS做任何協商動作 • 4.MS須獨自去決定Target BS

  40. Network Assisted Handover(cont.) • ServingBS可藉由接收HO_pre-notification response • 得到負載資訊 • 得到能提供的Qos要求 • 或是預測MS可能的移動方向 • 來進行臨近BSs的過濾 • 並將結果列表在MOB_BSHO_REQ中送給MS • MS只需經由訊號強度就能決定Target BS • 因為Serving BS已經將可能的臨近BSs都挑出來了

  41. Network Assisted Handover流程 臨近 BS1 臨近 BS2 MS Serving BS HO_pre-notification HO_pre-notification _response HO_pre-notification HO_pre-notification_response HO_Confirm HO_Confirm MOB_BSHO_REQ

  42. Network Assisted Handover流程 (cont.) 臨近 BS1 臨近 BS2 MS Serving BS MOB_HO_IND Release resource of MS Neighbors Scanning RNG_REQ RNG_RSP Complete Network Re-entry HO_Withdraw

  43. MDHO and FBSS架構圖 C B A MS

  44. MDHO and FBSS • 為規格書上定義為選擇製作 • 可以提供無縫換手(seamless handover) • 提供一個重要的資料結構 • Diversity Set • 其成員為有參予 MDHO/FBSS 的BSs

  45. MDHO and FBSS(cont.) • Define: Anchor BS • 完全與Serving BS相同 • 1. 負責處理control message • 2. 管理在MDHO/FBSS間的MS • 3. 分享MS的各種資訊 • 4. 與Diversity Set的成員協商資源的分配 • MS 與 Anchor BS 雙方都要maintain Diversity Set • 包含 創造,更新

  46. MDHO and FBSS(cont.) • 在製作MDHO 與 FBSS上有很多限制 • 在MDHO中的所有BSs • 將使用相同的CID集合(與MS建立的連線CID) • 在MDHO/FBSS中的所有BSs • 1. 要同步在共同的時間上 • 2. 要分配相同的頻率 • 3. 需要去分享或傳送MS與BS的所有資訊 • current authentication ,encryption key ,registration data… • 若一MS 對Diversity Set中的一個BS 已認證/已登入 • 則對所有在Diversity Set中的其他BS也已認證/已登入

  47. MDHO and FBSS(cont.) • 開啟MDHO或FBSS的方式 • 當MS向某個BS註冊時，BS會利用REG_RSP訊息告訴MS是否開啟MDHO或FBSS模式 • 進入MDHO或是FBSS模式 • 可以由MS或是BS來觸發， • 但最後的決定權是在BS， • BS有權決定要使用General HO、MDHO或是FBSS。

  48. Macro – Diversity Handover • MDHO為MS同時與多個BSs做通訊的機制 • 在MDHO中的MS須去送相同的PDU給在 Diversity Set裡的所有BSs • 所有在Diversity Set裡的BSs也要Forward 相同的 資料給MS

  49. Macro – Diversity Handover (cont.) • 環境假設：1台MS, 2台BS(Serving BS1, BS2) • 在進入MDHO前的準備工作 • 1.MS與Anchor BS產生或確認Diversity Set 的成員 • 藉由交換HO_REQ ,HO_RSP ,HO_IND • 2. 在Diversity Set 確定後 • Anchor BS需與Diversity Set中的其他BSs分享MS資訊 • 3. 當MS送出MOB_HO_IND後 • MS需去聽BS1與BS2廣播出來的DL_MAP與UL_MAP • 4.MS可以知道與BS通訊的精確時間 • 5. 最後MS可同時與BS1 ,BS2通訊(Anchor BS=BS1)

  50. Macro–Diversity Handover流程(MDHOstart) 臨近 BS2 MS Serving BS1 MOB_NBR_ADV DL_MAP/UL_MAP Data Communication MOB_MSHO_REQ (帶有Candidate BS list , 訊號強度) MOB_BSHO_RSP (帶有Diversity set = {BS1,BS2}) MOB_HO_IND DL_MAP/UL_MAP (帶有Anchor BS = BS1) DL_MAP/UL_MAP Data Communication (BS1 ,BS2)

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