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

Tópicos Conceito de célula Definição de Handoff ( Handover ) ? Agenda Tópicos 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

Vantagens Maior capacidade , permite um maior número de usuários Potência de transmissão reduzida Mais robusto , desentralizado A BS trata de interferências, área de transmissão

Formato das células Posicionamento das BS 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 Cellular communiation system 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

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

Handover Intro

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 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.

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) 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 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.

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 maior significa maior margem & mais delay.

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.

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.

Hard-handoff: Desvantagens: Vantagens: 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.

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:

Estrategias Cont…. (2) Network-Initiated 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… (3) Mobile-controlled HO: 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:

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 regulares e 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 Esquemas De Recuperação para 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.

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 Wireless Bandwidth Failure Rate Optimal Scheme Mobility ( Asynchronous and Lazy Scheme) Low A-SL Low High High SL High All A-SL A-SL Low All All Optimal Recovery Scheme

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

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

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

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.