Handoff in

wireless mobile

networks

F-T in mobile systems & wireless architecture

Apresentado por : Justino Correia nº11714Ricardo Milheiro nº18076Mário Sanches nº19065

Universidade do Algarve

HANDOFF EM REDES MÓVEIS WIRELESS

AgendaTópicos

Conceito de célula Definição de Handoff ( Handover ) ? Mecanismos de Hnadoff . Tipos de handoffs. VantagensDesvantagens de Handoffs. Estratégias de Handoff e causes de falhas de Handoffs. Channel assignment para Handoffs. Técnicas de recuperação. Conclusão

Células

Exemplo de células

•Maior capacidade , permite um maior número de usuários

•Potência de transmissão reduzida

•Mais robusto , desentralizado

•A BS trata de interferências, área de transmissão

Vantagens

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

Basic network

Basic Cellular communiation

system

Cell

HandoverUplink

Downlink

BS

Célula básica de um Sistema de Comunicações

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

Handover ao nivel das camadas OSI

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

Intro

Handover

Conceitos básicos de Handoff

O tamanho e a forma de cada célula dependem da natureza da região, do número de BSs e da escala de transmit/receiving das BSs.

Na maioria das vezes, a sobreposição das células e o hardware dos subscritoresestá 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.

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.

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.

Tipos de Handoff (Handover)

Handoff

Soft Handoff(make-before-break)

Hard Handoff(break-before-make)

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

Soft Handoff in Action

Antes (a) Depois (c )

Soft Handoff em acção (b)

Hard handoff

Interrupção, perda momentânea com a conexão móvel à rede

O Hard Handoff requer ao telemóvel quebra de conexão com a BTS antiga para posteriormente fazer a conexão com a nova.

Os telefones CDMA comutam de modo digital para analógico durante O Hard Handoff.

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 Bythen handoff to Bx.

else no handoff.

D: é chamado margem da histerese. If D é maior significa maior margem & mais delay.

Handoff Escondido (idle)

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

advantages/disadvant

Advantages/disadvantage

s of HO

–Vantagens:• Smoother handoff.• Conecção sempre garantida, sem delay.• Baixa probabilidade da chamada cair• Aumento da capacidade/cobertura.• Satisfação de cliente (mais claridade).

Soft-handoff:

–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.

Adv/Dis. of HO

–Vantagens:• Requer pouco processamento da rede que fornece o serviço..• Eficaz ao mover-se de uma rede de CDMA para análogica.

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.

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 sinal do 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:

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:

Estrategias Cont….

O móbil monitora continuamente os sinais do BSs vizinho.

O móbil faz medidas de qualidade aos vários canais, e escolhe os melhores em cooperação com a rede. Usado em DECT (tecnologia de TDMA).

(3) Mobile-controlled HO:

Estrategias Cont…

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)

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)

Causas de falha 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.

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 é blocked.- chamada de handoff dropped.

Preferencia é dada as chamadas em Handoff e depois a novas chamadas.

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 regularese protegidos.

• Chamadas em espera:- As chamadas são colocadas em filas de espera e enviadas a BSs seguinte de acordo com a prioridade.

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..

checkpointing & recover

Checkpointing:

Recovery:depende: (a) da taxa de falhas da desconexão móvel do anfitrião( c) da ligação wireless fraca.

--- 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).

Esquemas De Recuperação para HO

classification

Mobility WirelessBandwidth

Failure Rate

Optimal Scheme

High

Low

Low

High

Low

High

All

AllAll

A-SL

SL

A-SL

A-SL

( Asynchronous and Lazy Scheme)

Optimal Recovery Scheme

Esquema de recuperação eficiente tem dois componentes

1. State-Saving scheme: (a) Synchronous (S) and (b) Asynchronous (A-S)

2. Handoff scheme: (a) Pessimistic (P)

(b) Lazy (L)

Handoff in middle

BS1

BS3

BS2

BS4BS5

mh1

StaticNetwork

Handoff em execução

mh2

mh2

mh2

Pessimistic HO

BS2

BS4

BS3

mh2

mh2

mh2

Pessimistic Handoff

1

4

32

Lazy/Trickle

BS2

BS4

BS3

mh2

mh2

mh2

Lazy/Trickle Handoff

1

L1

2L2

B

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 espera e shadow clustering sao usados para HO.

Poucos esquemas eficientes são usados para recuperar de uma falha de handover.