Design and performance evaluation of inter-RAT handover mechanisms for WiMAX and 3G-LTE networks - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Design and performance evaluation of inter-RAT handover mechanisms for WiMAX and 3G-LTE networks

Mécanismes de handover inter système 3G-WiMAX. Etude des performances comparées d'une approche basée sur IP et d'une approche utilisant des protocoles radio de niveau 2

(1)
1

Abstract

Abstract In future mobile networks, different radio access technologies, such as GSM, UMTS, WiMAX, WIFI, will coexist. In order to realize a seamless vertical handover (inter-RAT handover) between these technologies, a variety of interworking architectures and inter-RAT handover mobility managements have been proposed. To propose an efficient inter-RAT handover solution, we first analyze a typical Layer 3 Mobile IPv6 (MIPv6) solution- Fast MIPv6 (FMIPv6). The numerical analysis demonstrates its drawbacks of uncertain handover latency and possible packet losses, and reveals the requirements for a seamless inter-RAT handover. Then, based on an integrated coupling architecture, we propose a novel common interworking sublayer (IW sublayer) at Layer 2 on RNC (Radio Network Controller) and MS (Mobile Station) to provide a seamless inter-RAT handover between UMTS and WiMAX systems. This IW sublayer solution focuses on eliminating packet loss and reducing handover latency, which are common challenges for most inter-RAT handover scenarios. This IW sublayer solution is also applied to the tight coupling architecture. In addition, two kinds of TCP Proxy, which interacts with the IW sublayer, are also introduced on the RNC in the integrated coupling architecture to resolve two typical inter-RAT handover problems for TCP traffics: BDP mismatch and spurious RTO. Because it is needed to periodically feed back ZWA (Zero Window Advertisement) messages to TCP sender to freeze its retransmission timer and congestion window, the first kind of TCP Proxy is suitable for frequent handover scenarios. In the second kind of TCP Proxy, the ACK Delaying and the explicit window notification mechanisms make it suitable for occasional handover scenarios. Compared with other vertical handover solutions, the simulation results show that our second TCP Proxy scheme with cross-layer mechanism has the merits of keeping existing TCP protocol stacks unchanged. All the conventional inter-RAT handover solutions are realized at Layer 2 or above due to the impossibility of a common module at physical layer and the geographical distance of source and target systems. But for the future LTE and WiMAX systems in the integrated coupling architecture, this is not the case, because they have some common physical techniques such as MIMO and OFDM. Two common modules named precoder and combiner are proposed respectively on BSs (Base Stations) and on MS at physical layer to exploit the maximum diversity of two RATs and to realize soft inter-RAT handover. This soft inter-RAT handover physical scheme is totally new to the best of our knowledge.
Résumé Dans les futurs réseaux mobiles, différentes technologies d'accès radio, telles que GSM, UMTS, WiMAX, WIFI coexisteront. Pour réaliser un handover vertical sans couture (handover inter-RAT) entre ces technologies, des architectures d'interconnexion et des moyens pour gérer le handover inter-RAT sont proposés. Afin de proposer une solution efficace, nous allons d'abord analyser la solution " Fast MIPv6 (FMIPv6) ". Les analyses numériques démontrent les défauts de FMIPv6 et les exigences de handover inter-RAT. En considérant une architecture de couplage intégré (integrated coupling), nous proposons une nouvelle sous-couche commune d'interconnexion (IW sublayer) au niveau 2 sur le RNC (Radio Network Controller) et le MS (Mobile Station) pour offrir un handover inter-RAT sans couture entre les systèmes UMTS et WiMAX. Cette sous-couche IW permet d'éliminer la perte des paquets et de réduire la latence de handover. Ces paramètres sont des éléments importants communs à la plupart des scénarios de handover inter-RAT. Cette sous-couche IW est également étendue à l'architecture de couplage serré (tight coupling). En outre, deux types de solution basées sur TCP Proxy, qui utilisent la sous-couche IW, sont également introduites sur le RNC pour résoudre deux problèmes rencontrés avec l'utilisation du trafic TCP dans un handover inter-RAT: le " BDP mismatch " et le " spurious RTO (Retransmission TimeOut) ". Le premier type de solution basé sur TCP Proxy est adapté aux scénarios où le handover est fréquent, tandis que le deuxième type de solution basé sur TCP Proxy est conçu pour les scénarios où le handover est occasionnel. Par rapport aux autres solutions de handover vertical, les résultats de simulation montrent que notre deuxième type de solution a le mérite de maintenir la pile de protocole TCP existante inchangée. Les solutions classiques de handover inter-RAT sont généralement réalisées au niveau 2 ou au-dessus, parce qu'il n'y a pas de module commun à la couche physique pour les deux systèmes, ou en raison de la distance géographique des systèmes. Mais pour les futurs systèmes LTE et WiMAX dans à l'architecture " integrated coupling ", ce n'est pas le cas, parce qu'ils ont un certain nombre de techniques physiques communes, telles que MIMO et OFDM. Deux modules nommés " precoder " et " combiner " sont proposés respectivement sur les BSs (stations de base) et sur le MS au niveau physique afin d'exploiter au maximum la diversité des deux réseaux d'accès radio et de réaliser un " soft " handover inter-RAT. Ce " soft " handover inter-RAT au niveau physique est entièrement nouveau à notre connaissance.
Fichier principal
Vignette du fichier
Thesis_BinLIU_new.pdf (17.24 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates and versions

pastel-00005775 , version 1 (16-11-2010)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00005775 , version 1

Cite

Bin Liu. Mécanismes de handover inter système 3G-WiMAX. Etude des performances comparées d'une approche basée sur IP et d'une approche utilisant des protocoles radio de niveau 2. Informatique. Télécom ParisTech, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00005775⟩
1507 View
1541 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More