ДонНТУ   Портал магистров

Гришаева Алёна Дмитриевна

Факультет Компьютерных информационных технологий и автоматики (КИТА)

Кафедра автоматики и телекоммуникаций (АТ)

Специальность Телекоммуникационные системы и сети

Исследование процедуры вертикального хэндовера в гетерогенных беспроводных сетях

Научный руководитель: к.т.н., доц. Воропаева Виктория Яковлевна

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования и запланированные результаты
• 2.1 Цель исследования
• 2.2 Задачи исследования
• 2.3 Объект и предмет исследования
• 2.4 Запланированные результаты и предполагаемая научная новизна работы
• 3. Постановка задачи выбора сети
• 4. Анализ и классификация хэндовера
• 5. Обзор существующих решений и разработок
• 6. Предложенный алгоритм вертикального хэндовера
• Выводы
• Перечень ссылок

Введение

В современном мире одной из важнейших тенденций развития является глобализация, которая затрагивает все сферы жизни: экономической, политической, социально-культурной, а также изменяет образ жизни человека. Становятся «прозрачными» границы государств, человек становится мобильным, формируется глобальное информационное общество. Вместе с тем претерпевают изменения и технологии связи: существовавшие по отдельности в течение многих лет телекоммуникационные и информационные технологии объединились в единый мир инфокоммуникаций, в основе формирования которого лежат процессы конвергенции фиксированных и мобильных сетей, различных услуг и абонентских терминалов.

Среди множества сфер инфокоммуникаций наиболее быстрыми темпами развивается беспроводная мобильная связь: экспоненциально возрастает объем мобильного трафика, который по прогнозам компании Ericsson к 2017 году составит около 8000 петабайт ежемесячно [1]; стремительно развиваются беспроводные технологии сетей доступа различных масштабов:

– персональных беспроводных сетей WPAN (Wireless personal area network): BlueTooth, ZigBee;

– локальных беспроводных сетей WLAN (Wireless Local Area Network): стандарты IEEE семейства 802.11;

– городских беспроводных сетей WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): стандарты IEEE семейства 802.16;

– глобальных беспроводных сетей WWAN (Wireless Wide Area Network): сотовые технологии разных поколений — 2G (GSM, GPRS, EDGE), 3G (UMTS, CDMA2000, HSDPA), 4G (LTE Advanced).

При этом повышаются требования пользователей к качеству и набору инфокоммуникационных услуг, доступ к которым должен обеспечиваться постоянно и независимо от географического положения, согласно концепции постоянного наилучшего соединения (Always Best Connected, ABC) [2]. Разнообразие технологий радиодоступа и увеличение числа мультистанлартных абонентских устройств позволяют интегрировать разные технологии в единую сеть, т.е. сформировать гетерогенную (неоднородную) беспроводную сеть (см. рис. 1). Такая сеть будет состоять из сегментов разных технологий радиодоступа, зоны покрытия которых накладываются. Это позволит увеличить пропускную способность сети и расширить зону её покрытия, а для пользователей предоставлять услуги по более низкой цене и с большим качеством.

Рисунок 1 — Гетерогенная беспроводная сеть [3]

1. Актуальность темы

В условиях гетерогенной беспроводной сети актуальной задачей является обеспечение прозрачного перемещения абонента, что реализуется за счет процедуры передачи управления соединением от одной точки доступа или базовой станции к другой, или хэндовера. Хэндовер между соседними сотами  /точками доступа сети одной технологии называется горизонтальным, хэндовер между разными типами сетей называется вертикальным. Традиционный механизм горизонтального хэндовера базируется на оценке мощности принимаемого сигнала (Received Signal Strength – RSS): хэндовер запускается, когда уровень RSS обслуживающей базовой станции становится ниже установленного порогового значения, при этом для устранения эффекта пинг-понга на границе покрытия применяются дополнительные механизмы с использованием петли гистерезиса и таймеров задержки.

Однако в гетерогенной сетевой среде параметры разных типов сетей находятся в разных границах, а RSS не является достаточным критерием для эффективного и интеллектуального хэндовера, поскольку для мультисервисного трафика необходимо учитывать также параметры качества обслуживания в сети, приоритеты пользователей, требования приложений и т.д. Именно поэтому возникает задача разработки такого критерия и алгоритма, который бы учитывал максимальное количество параметров и позволял осуществлять интеллектуальный хэндовер.

2. Цель и задачи исследования и запланированные результаты

2.1 Цель исследования

Целью исследования является повышение качества предоставления услуг мобильной связи за счет использования ресурсов гетерогенной беспроводной сети и интеллектуального алгоритма вертикального хэндовера.

2.2 Задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Проанализировать процедуру вертикального хэндовера и его классификацию.
2. Рассмотреть параметры критерия выбора сети назначения вертикального хэндовера.
3. Разработать алгоритм вертикального хэндове.
4. Осуществить имитационное моделирование разработанного алгоритма.
5. Интерпретировать результаты моделирования и дать рекомендации по дальнейшему использованию.

2.3 Объект и предмет исследования

Объектом исследования является гетерогенная беспроводная сеть, а предметом исследования - алгоритм инициации хэндовера и выбора сети назначения.

2.4 Запланированные результаты и предполагаемая научная новизна работы

В рамках магистерского исследования запланировано разработать интеллектуальный алгоритм вертикального хэндовера с использованием нечеткой логики для обработки параметров и принятия решения о хэндовере. Такой алгоритм позволит эффективно использовать ресурсы операторов и предоставлять услуги с повышенным качеством (с большей пропускной способностью и покрытием сети).

Предполагаемая научная новизна работы состоит в следующем:

– раскрытии понятий гетерогенной сети и вертикального хэндовера, в проведении анализа и классификации процедуры хэндовера;

– разработке алгоритма вертикального хэндовера с применением:

аппарата фаззи-логики для обработки входных параметров и вычисления критерия запуска хэндовера;

механизма прогнозирования теории уровня сигнала RSS на базе теории «серого анализа» GPT (Grey Prediction Theory) при инициации хэндовера для уменьшения вероятности потери вызова;

метода аналитического иерархического процесса AHP (Analytic Hierarchical Process) для расчета весовых коэффициентов каждого из критериев для определенного типа трафика;

алгоритма приоритезации по близости к идеальному решению TOPSIS (Techniques for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) при решении задачи выбора сети назначения хэндовера.

3. Постановка задачи выбора сети

Пусть гетерогенная сеть состоит из M сетей радиодоступа и набора соединений n=1,2,...,N. Целевая функция f(x_mn,r_mn,G_m) — это критерий, который необходимо максимизировать (пропускная способность или некоторый комплексный критерий). Каждая сеть имеет ограниченный радиоресурс G_m, ти когда пользователь n распределяется в сеть m, он использует ее ресурс в размере r_mn; x_mn — это бинарная величина, которая равна 1, яесли абонент n распределен в сеть m, а иначе – равна 0; r_Reqmn — это минимальный ресурс, необходимый для удовлетворения требований QoS приложения, N_m — это количество пользователей в сети m. Когда все ресурсы сети заняты и поступают новые запросы на услуги, распределение ресурсов между пользователями осуществляется в соответствии с определенной политикой, которая представлена функцией g_mn(v_m,G_m,N_m), которая может зависеть от общей емкости сети (G_m), количества пользователей (N_m) и вектора требований QoS для всех соединений (v_m) [4].

На основании вышеприведенного сформулируем общую проблему выбора сети при вертиакальном хэндовере в следующем виде:

при условии

;

где

;

.

4. Анализ и классификация хэндовера

Хэндовер (англ.  – handover, handoff) является ключевым механизмом, позволяющим бесшовно передвигаться в мобильной сети. Как было указано выше, хэндовер между соседними сотами одной технологии называется горизонтальным (внутрисистемным), хэндовер между разными типами сетей называется вертикальным (межсистемным) и имеет место в гетерогенных сетях.

Если передача управления сессией абонента осуществляется без потери соединении, хэндовер называется мягким (англ. – make-before-break): мобильная станция (МС) может связываться с несколькими устройствами доступа одновременно. Именно такой тип хэндовера изображен на анимации (см. рис.2). В другом случае, когда в каждый момент времени МС ассоциируется только с одной БС или точкой доступа, хэндовер называется жестким (англ.  – break-before-make): т.е. сначала разрывается соединение с текущей сетью и только потом устанавливается соединение с новой.

Рисунок 2 — Иллюстрация «мягкого» хэндовера между базовой станцией WiMAX и точкой доступа WLAN:

Перевод обозначений на рисунке: SIP Signaling Path - Сигнальный канал по протоколу SIP; Data Path - Канал передачи данных; Mobile Host - Мобильный узел; Correspondent Host - Узел-ответчик; WLAN AP (Access Point) - Точка доступа WLAN; WiMAX BS (Base Station) - Базовая станция WiMAX.
(Анимация состоит из 3 кадров с задержкой 1 с между кадрами, количество циклов повторения - 7. Объем изображения - 42 Кб)

В зависимости от инициатора хэндовер может быть инициируемый МС (англ.  – mobile-controlled), сетью (англ.  – network-controlled) или МС в кооперации с сетью (англ.  – mobile-assisted).

Вертикальный хэндовер также можно разделить на восходящий и нисходящий. Нисходящий хэндовер осуществляется от большей сети с меньшей скоростью к меньшей сети с большей скоростью. Его основная особенность – некритичность к задержке, поскольку нет риска выхода за пределы покрытия. Такой хэндовер осуществляется с целью оптимизации работы сети. Восходящий хэндовер, наоборот, осуществляется от меньшей сети с большей скоростью в большую сеть с меньшей скоростью. Этот тип хэндовера реализуется, когда МС выходит из зоны обслуживания сети с меньшим покрытием, такой хэндовер чувствителен к задержкам.

Основные требования к хэндоверу следующие: низкие задержки, высокая надежность, высокий уровень успешности, минимальное количество хэндоверов (поскольку частые переключения приводят к значительным энергозатратам и использованию полезной пропускной способности сети), обеспечение прозрачного перемещения абонента, балансировка нагрузки на сети радиодоступа. Система вертикального хэндовера должна выбирать наиболее подходящий момент его инициации и наиболее подходящую сеть радиодоступа среди всех доступных.

Выделяют 3 этапа процедуры вертикального хэндовера: сбор информации о доступных сетях (инициация), принятие решения о сети назначения и непосредственно осуществление переключения [5].

На этапе сбора информации (обнаружения сетей) мобильный узел с множественными радиоинтерфейсами обнаруживает доступные беспроводные сети путем прослушивания эфира и получения служебных рассылок сетей (service advertisements). Также необходимо собрать информацию о состоянии МУ, требованиях пользователя и других параметрах, входящих в критерий принятия решения о хэндовере.

Входными параметрами для алгоритма VHO могут быть следующие:

– параметры пользователя (предпочтения, бюджет, профиль);

– параметры мобильного устройства (скорость передвижения, местоположение, поддерживаемые технологии, заряд аккумулятора, потребляемая мощность);

– параметры приложений (класс трафика: разговорный, потоковый, интерактивный, фоновый; QoS требования приложений);

параметры сети (QoS, загруженность, безопасность, стоимость обслуживания);

– параметры канала связи (мощность принимаемого сигнала (RSS), соотношение сигнал-шум SNR (Signal-to-Noise Ratio), уровень битовых ошибок BER (Bit Error Rate) или ошибок блоков данных BLER (Block Error Rate), задержка и её вариация  – джиттер).

На этапе принятия решения, или запуска хэндовера, определяется, когда осуществить хэндовер и в какую их доступных сетей. Эта фаза является наиболее критичной, поскольку от её результата зависит качество предоставления услуг. Она включает в себя выбор входных параметров, их обработку и агрегацию в критерий выбора сети назначения.

На этапе осуществления хэндовера происходит непосредственная передача текущего сеанса выбранной на предыдущем этапе сети доступа. Это требует передачи текущей сетью информации о маршрутизации и другой контекстной информации о соединении в новую сеть. Со стороны МС переключение требует передачи управляющих воздействий на SDR-приемопередатчик, а также поддержки протоколов MIP, SCTP (Stream Control Transmission Protocol), SIP (Session Initiation Protocol), поскольку для мягкого хэндовера требуется одновременное подключение к нескольким сетям, т.е. мультихоуминг.

5. Обзор существующих решений и разработок

Проблемами внедрения и усовершенствования беспроводных сетей новых поколений занималось много магистров ДонНТУ (Запорожченко В.В Дослідження характеристик зонового покриття радіомереж доступу на базі технології LTE, Охрименко М.Ф. Дослідження особливостей і розробка методики побудови мереж нового покоління для операторів мобільного зв'язку, Кнерцер Д.О. Розробка та дослідження моделі сегмента мережі, що самоорганізується, на базі технології LTE та ін.), хэндовер в сетях третьего поколения рассматривает магистр Сахно О.В. в своей работе Оптимізація передачі керування викликом у мережах третього покоління. Алгоритм ускоренного хэндовера с использованием протокола SIP применяет магистр Бородин Е.Н. для организации железнодорожной радиосвязи.

Однако именно гетерогенные сети и механизмы организации мобильности в них не исследуются украинскими учеными. Это, прежде всего, связано со значительным отставанием Украины во внедрении технологий новых поколений мобильной связи, базирующихся на all-IP платформе. В связи с этим проблемы взаимодействия неоднородных сетей в Украине рассматриваются в перспективе.

Актуальность выбранной тематики в мировом масштабе подтверждается большим количеством публикаций и исследований в англоязычном информационном пространстве, среди авторов встречаются представители Северной Америки – США, Канада; Европы – Англия, Швеция, Франция и др.; Азии – Китай, Индия; Австралии и даже Африки (ЮАР). Первые работы по поддержке прозрачного перемещения в неоднородных сетях появились в конце 90-х годов: в работе [6] представлено использование протокола Mobile IP (MIP) и аспекты маршрутизации и управления процессом хэндовера. Предложенное решение было ориентировано на поддерживаемые в то время в США технологии (WLAN, AT&T WaveLAN и Metricom Ricochet Network), большинство из которых уже забыто.

В последние годы появилось много частных решений, посвященных хэндоверу между определенными технологиями: UMTS и Wi-Fi [7], Wi-Fi и WiMAX [8], UMTS и WiMAX [9].

Общий обзор существующих алгоритмов и подходов к реализации вертикального хэндовера дают Маркес-Бария, Карлос Калафат и другие в своей работе An overview of vertical handover techniques: algorithms, protocols and tools [10], а также Зекри, Жубер та Зеглаш в исследовании A review on mobility management and vertical handover solutions over heterogeneous wireless networks [11]. Простой хэндовер на базе RSS пытаются адаптировать к гетерогенным сетям Захран, Лианг та Сале [12], а Нгуен-Вонг [5] в своем решении учитывает предпочтения пользователя.

Большинство исследований по теме ведется членами организации инженеров электроники и электротехники IEEE. Результатом работы стал принятый в 2008 году стандарт 802.21 Хэндовер, независимый от среды передачи (Media Independent Handover) [13], главной целью которого является оптимизация механизмов поддержки мобильности в гетерогенных сетях (см. рис. 3).

IEEE 802.21 определяет три основные службы, имеющиеся в распоряжении приложений управления мобильностью (например, мобильного межсетевого протокола MIP): служба событий, информационная служба и служба команд. Эти службы передают информацию с нижних уровней модели взаимодействия OSI на верхние по протоколу MIHF  – Media Inependent Handover Function. Протокол MIHF в модели OSI занимает место между канальным и сетевым уровнями, чем делает работу приложений (т.е. верхних уровней модели) прозрачной для любых стандартов нижних уровней (802.3 802.11, 802.16, 3GPP, 3GPP2) [14].

Однако этот стандарт является общим описанием принципов построения системы: все тонкости внедрения, в том числе алгоритм принятия решения и осуществления хэндовера, остаются на усмотрение инженеров-разработчиков.

Способ обработки входных данных в алгоритме VHO может быть математический или вычислительный (интеллектуальный). В математических алгоритмах обработки формируется общая стоимостная оценка сети в виде функции, которая затем минимизируется. Функция может быть представлена в двух формах:

– кумулятивной:

– мультипликативной:

где p_n - это стоимость і-го параметра услуги s в сети n ; w_s,i - это взвешивающий коэффициент, определяющий важность i-го параметра, при этом . Стоимость определяется из функций полезности, предназначенных для нормировки разнородных параметров.

Математический подход, основанный на марковских процессах принятия решения, предлагает Стивенс и другие в работе [15]: авторы используют два типа функций – функцию стоимости канала, основанную на параметрах QoS, и сигнальную функцию, определяемую размером сигнального заголовка и задержкой осуществления хэндовера.

Интеллектуальные методы обработки предполагают применений методов приближенных (мягких) вычислений: аппарат фаззи-логики, нейронных сетей [16], экспертних систем, генетических алгоритмов [4], элементы теории игр [17], а также комбинированные методы. Методы, основанные на фаззи-логике, позволяют моделировать качественные аспекты экспертных знаний человека и его рассуждения, а также позволяют работать с неточными измерениями, что адекватно подходит для беспроводной связи, где действует множество помех, и для мобильных сетей, в которых входные данные при высокой скорости перемещения изменяются очень динамично. К тому же одни и те же параметры для разных технологий могут находиться в различных пределах и поэтому быть несопоставимы.

Нейронные сети при использовании полного набора входных параметров и желаемых выходных, могут быть натренированы для оптимального осуществления процедуры вертикального хэндовера. И наконец, может использоваться комбинация фаззи-логики с нейросетями или генетическими алгоритмами для организации адаптивных механизмов вертикального хэндовера. Но если количество перекрывающихся участков сетей незначительно, то такое усложнение системы нерационально.

Определение оптимального решения после обработки входных параметров осуществляется по алгоритмам решения многокритериальных задач  – MCDM (Multiple Criteria Decision-Making). Наиболее известные среди них:

1) SAW (Simple Additive Weighting)  – взвешенное суммирование;

2) MWE (Multiplicative Weighting Exponent)  – взвешенное умножение;

3) TOPSIS (Techniques for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)  – определение приближенности к идеальному решению;

4) AHP (Analytic Hierarchy Process)  – метод декомпозиции задачи;

5) GRA (Grey Relational Analysis)  – теория серого анализа и др

Более детальное описание и сравнение этих алгоритмов можно найти в работах [11], [18], [19].

6. Предложенный алгоритм вертикального хэндовера

В рамках данного исследования для формирования критерия VHO выбраны следующие параметры: RSS, параметры QoS сети, тип трафика, стоимость обслуживания, безопасность и загруженность сети, а также скорость перемещения МУ как ограничивающий фактор при сравнении технологий. Для более эффективной процедуры хэндовера в условиях динамического изменения параметров сетей при высокой скорости передвижения абонента можно использовать прогнозирование уровня сигнала RSS, например, по алгоритму GPT, который использует метод регрессионного анализа – метод наименьших квадратов [20].

Для алгоритма вертикального хэндовера нами предлагается использовать аппарат фаззи-логики, который зарекомендовал себя как простой во внедрении и понимании аппарат управления. Главным преимуществом разработанного алгоритма является использование параллельных фаззи-регуляторов, позволяющих в значительной степени сократить количество нечетких правил, а значит, и разгрузить вычислительную систему.

Обработка (нормирование) и агрегирование параметров осуществляется с применением аппарата фаззи-логики, который позволяет оценивать каждый из параметров некоторыми лингвистическими переменными - низкий, средний, высокий (см. рис. 4). Каждая из этих переменных представляет собой нечеткое множество, функции принадлежности к которому задаются на основании экспертных знаний и опыта пользователей.

   

Рисунок 4 - Нечеткие множества параметра RSS (1 - в сети WWAN, 2 - в сети WMAN, 3 - в сети WLAN)

Фаззи-регуляторы оперируют нечеткими условными (if - then) правилами, заложенными в базу знаний, для преобразования нечетких входных данных в необходимые управляющие влияния, которые также носят нечеткий характер. Выход системы нечеткой логики после дефаззификации является критерием запуска хэндовера.

Функциональная схема разработанной системы управления хендовером приведена на рис. 5 [21].

Рисунок 5 — Функциональная схема системы управления вертикальным хэндовером

Система состоит из блоков сбора и хранения данных, инициации хэндовера, выбора сети и выполнения хэндовера. Блок сбора данных отвечает за первую фазу вертикального хэндовера и посредством непрерывного сканирования радиочастотного диапазона и общения с сетями доступа собирает параметры, необходимые для обработки в следующем блоке - блоке инициации хэндовера: RSS, скорость передвижения МС (v), параметры QoS в сети, стоимость услуг (С) в сети, а также ее загруженность (L) и безопасность (S), приоритеты пользователя (Up). Скорость передвижения можно оценивать с помощью, например, GPS-модуля, встроенного в большинство современных мобильных устройств.

Блок инициации хэндовера постоянно запрашивает параметры из предыдущего блока, анализирует их и решает, является ли хэндовер в данный момент необходимым, путем проверки следующих условий запуска VHO:

когда МС обнаруживает доступность новой беспроводной сети или выходит из зоны покрытия обслуживающей сети;

когда МС обнаруживает изменение приоритетов пользователей (например, пользователь решает переключиться на более защищенной сети);

когда МС обнаруживает новый запрос на услугу или когда параметры QoS текущего соединения ухудшаются;

при значительном ухудшении или полной потере сигнала от текущей сети.

Блок инициации хэндовера состоит из функциональных модулей прогнозирования RSS по алгоритму GPT и оценки необходимости хэндовера (VHO-фактора) с помощью параллельных фаззи-регуляторов. Прогнозирование уровня сигнала необходимо для уменьшения вероятности потери вызова в условиях логнормального затухание сигнала в гетерогенной беспроводной среде.

Блок выбора сети использует MСDM-алгоритм TOPSIS для ранжирования и выбора сети назначения хэндовера.

Общий вид предложенного алгоритма VHO приведены на рис. 6. Блок-схемы работы модулей оценки необходимости хэндовера и выбора сети приведены на рис. 7.

Рисунок 6 — Блок-схема алгоритма VHO

Рисунок 7 — Блок-схема подпрограммы расчета VHO-фактору или выбора сети назначения

Как видно, эти модули отличаются только по выходным параметрам, а процесс вычислений почти совпадает: результатом выполнения алгоритма инициации хэндовера является значение VHO-критерия, а результатом выполнения модуля выбора сети является решение о сети назначения хэндовера.

Расчет весовых коэффициентов позволяет отразить важность того или иного параметра для типа трафика. Расчет производится по схеме аналитического иерархического процесса (Analytic Hierarchy Process, AHP) [22].

Дальнейшая нормализация параметров VHO, которые для различных типов беспроводных сетей нельзя сравнивать непосредственно, осуществляется с помощью нечетких множеств, область определения которых выбирается на основании стандартов на соответствующие технологии. Для оценки параметров вводятся лингвистические термы: низкий, средний, высокий. Для оценки безопасности и стоимости используется общая оценка в диапазоне [1:10], где 10  – это максимальный уровень безопасности и высокая цена.

Существуют две базовые модели систем нечеткой логики  – Мамдани и Сугено. Основное различие между ними заключается в различных способах задания значений выходной переменной в правилах, которые формируют базу знаний: в системах типа Мамдани значения выходной переменной задаются нечеткими термами, в системах типа Сугено  – как линейная комбинация входных переменных [23]. В разработанном алгоритме все параметры обрабатываются в параллельных блоках фаззи-логики FIS (Fuzzy Inference System) системы Сугено. Расчет VHO-фактора, значение которого запускает хэндовер, проводится по следующей схеме (см. рис. 8): сначала все значения критериев хэндовера обрабатываются в параллельных фаззи-регуляторах FLC-1 и FLC-2, выходные параметры из которых поступают на фаззи-регулятор FLC-3, и выдает конечное значение VHO-фактора.

Рисунок 8 — Фаззи-регуляторы модуля инициации хэндовера

Результат на выходе системы дефаззифицируется по центроидной схеме [23]:

,

где μ  – значение функции принадлежности параметра y.

Полученный результат сравнивается с пороговым значением, которое в данном исследовании принято равным 0,75. Если значение превышает пороговое, то инициируется хэндовер  – то есть, запускается алгоритм выбора сети назначения.

Модуль выбора сети назначения вертикального хэндовера на базе предварительных расчетов ранжирует сети по алгоритму TOPSIS [24], который рассчитывает относительную близость сети-кандидата в идеального решения (за идеальное принимается лучшее из существующих).

Выводы

В гетерогенной сети очень важным является обеспечение эффективного использования ее ресурсов и прозрачного перемещения абонентов через нее. Это реализуется благодаря оптимальной процедуре вертикального хэндовера, поскольку неэффективный хэндовер может привести к потере соединения, к неудовлетворительному уровню QoS или значительным расходам абонентов.

В данной работе проведено исследование процедуры VHO, математически сформулирована общая проблема выбора сети назначения при осуществлении хэндовера, а также предложен интеллектуальный мультикритериальний алгоритм инициации хэндовера и выбора сети назначения. Алгоритм базируется на использовании фаззи-логики для оценки входных параметров, а также для вычисления критерия принятия решения о хэндовере. Система состоит из нескольких этапов фаззи-регулирования: на первом в разработанных фаззи-регуляторах FLC-1 и FLC-2 рассчитываются параметры определенной сети в виде нечетких переменных, которые затем используются для формирования VHO-фактора, численное значение которого после дефаззификации и используется в качестве критерия. После сравнения с пороговым значением, принимается решение о хэндовера. Если необходимость хэндовера подтверждена, то на следующем этапе по предварительным шагами оценивается каждая из сетей-кандидатов, оценка состоит в диапазоне [0; 1] после дефаззицикации. Эти оценки ранжируются по алгоритму TOPSIS, в результате чего происходит выбор сети назначения.

Предложенный алгоритм позволяет внедрить дифференциацию в обслуживании на базе типа трафика, реализовать бесшовное перемещение абонентов в гетерогенной среде.

Перечень ссылок

1. Состояние рынка мобильного широкополосного доступа «В ритме технологий, соединяющих общество» — отчет фирмы “Ericsson”, 2012.
2. Gustafsson E. Always best connected / E. Gustafsson, A. Jonsson // IEEE WirelessCommun. Lett. — 2003. — vol. 10. — pp. 49–55.
3. SEMAFOUR: Self-managemement for unified heterogeneous radio access networks. [Електронний ресурс]. — Режим доступу: URL: http://www.tno.nl/content.cfm?context=kennis&content=expertise_euproject&laag1=1&laag2=62&item_id=1882&Taal=2.
4. Sousa V. A. et al. Performance of Access Selection Strategies in Cooperative Wireless Networks using Genetic Algorithms / V. A. de Sousa, R. A. de O. Neto et al // WWRF'05. — Paris, France. — 2005.
5. Nguyen-Vuong Q. A user-centric and context-aware solution to interface management and access network selection in heterogeneous wireless environments / Q. Nguyen-Vuong, N. Agoulmine and Y. Ghamri-Doudane // Comput.Netw. — 2008. — vol. 52. — pp. 3358-3372.
6. Stemm M. Vertical handoffs in wireless overlay networks / M. Stemm, R.H. Katz // Springer Mobile Networks and Applications. — 1998. — vol. 3 (4). — pp. 335–350.
7. Liao W.K. Supporting vertical handover between universal mobile telecommunications system and wireless LAN for real-time services / W.K. Liao, Y.C. Chen // IEEE Institution of Engineering and Technology Communications. — 2008. — vol. 2 (1). — pp. 75–81.
8. Wright D.J. Maintaining QoS during handover among multiple wireless access technologies. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1109/ICMB.2007.40.
9. Cho J. Jo. A cross-layer vertical handover between mobile WiMAX and 3G networks. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1109/IWCMC.2008.111.
10. Marquez-Barja J. An overview of vertical handover techniques: Algorithms, protocols and tools / J. Marquez-Barja, C. T. Calafate, J.-C. Cano, P.Manzoni // Computer Communications. — 2011. — vol. 34. — pp. 985–997.
11. Zekri M. A review on mobility management and vertical handover solutions over heterogeneous wireless networks / M. Zekri, B. Jouaber , D. Zeghlache // Computer Communications. — 2012. — vol. 35. — pp. 2055–2068.
12. Zahran A. H. Signal threshold adaptation for vertical handoff in heterogeneous wireless networks / A. H. Zahran, B. Liang and A. Saleh // Mob.Netw.Appl. — 2006. — vol. 11. — pp. 625-640.
13. IEEE standard for local and metropolitan area networks — part 21: Media independent handover. [Електронний ресурс]. — Режим доступу: http://www.ieee802.org/21.
14. Taniuchi K., Ohba Y. et al. IEEE 802.21: Media independent handover: Features, applicability, and realization // Communications Magazine, IEEE, vol. 47. - 2009 - pp. 112-120.
15. Stevens-Navarro E., Lin Y., Wong V.W.S. An MDP-based vertical handoff decision algorithm for heterogeneous wireless networks // IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2008. – vol. 57 [Електронний ресурс]. - Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1109/TVT.2007.907072.
16. Horrich S., Ben, Godlewski P. Neural networks for adaptive vertical handover decision, in: 5th IEEE International Symposium on Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks, 2007, pp. 1–7. Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1109/WIOPT.2007.4480068.
17. Trestian R., Ormond O., Muntean G.-M. Game Theory — Based Network Selection: Solutions and Challenges // IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS - 2012.
18. Kassar M. et al. An overview of vertical handover decision strategies in heterogeneous wireless networks / M. Kassar, B. Kervella, G. Pujolle // Elsevier Computer Communications — 2008. — vol. 31. — pp. 2607–2620.
19. Stevens-Navarro E., Wong V.W.S. Comparison between vertical handoff decision algorithms for heterogeneous wireless networks / 63rd IEEE Vehicular Technology Conference. – 2006. - vol. 2. - pp. 947–951. Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1109/VETECS.2006.1682964.
20. Rezaei S.S.C., Khalaj B.H. Grey Prediction Based Handoff Algorithm // World Academy of Science, Engineering and Technology. – 2007. – vol.2 – pp.554-557.
21. Гришаева А.Д. Алгоритм вертикального хендовера у гетерогенній бездротовій мережі / А.Д. Гришаева, В.Я. Воропаева // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. — 2013. — Вип. 24 (202). — C. 139-147.
22. Saaty T.L., Vargas L.G. Models, Methods, Concepts & Applications of the Analytic Hierarchy Process. — Boston: Kluwer Academic Publishers. — 2001.
23. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику / С.Д.Штовба // Винница: Издательство Винницкого государственного технического университета, 2001. — 198 с.
24. Alkhawlani M. M., Alsalem K. A., Hussein A. A. Multi-criteria vertical handover by TOPSIS and fuzzy logic // Communications and Information Technology (ICCIT), 2011 International Conference. - 2011. - pp. 96-102.

Резюме Биография Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел