This dissertation is concerned with mobility and power management schemes in mobile communication networks.
First, a location management scheme is proposed for subscribers with portable personal numbers, or non-geographic phone numbers (NGPNs) in future mobile networks. Under the assumption of local property in both called party distribution and user mobility, the proposed scheme is based on a three-level hierarchical database architecture. In addition to inherently providing non-geographic phone numbers, the proposed scheme reduces the number of database access attempts and the signaling cost for location management.
Second, a mobility management scheme is proposed to support universal personal telecommunication (UPT) users roaming in a mobile network. UPT user service profiles are replicated from the home UPT network to SCP in the visited mobile network. Location and power on/off state information of the mobile terminal on which the UPT user has registered is managed in the SCP of the visited network as well as in the terminal location registers. Performance of the proposed scheme is evaluated in terms of the signaling cost, the number of node accesses, the network cost for UPT call delivery, and the total network cost during an InCall registration.
Third, a mobility management scheme is introduced in IP-based mobile networks. Mobile users may turn their mobile hosts off for saving battery power or for avoiding unwanted incoming packets. Furthermore, registration of approximate location information for an idle mobile host can facilitate effcient power management for mobile hosts. The mobility management scheme manages communicating, attention, idle, and detached states. The mobility management scheme that a power-off action is detected through binding-lifetime-based registrations is analyzed. The steady state probabilities for the mobile host state transitions are derived using a semi-Markov process approach. Then, an optimal value of registration intervals achieving a minimum network load is derived.
Finally, a power-saving sleep mode for mobile hosts is analyzed in mobile data networks. The sleep mode is modeled as a queueing system. The steady state probabilities of the queueing system, the frame loss probability, the expected frame waiting time, and the percentage of time in the sleep period are derived. Performance is evaluated for varying packet arrival rate, buffer length, and timers’ values. Sleep mode in a mobile host occurs when the packet arrival rate for the mobile host is low. When the mobile host is in sleep mode, the expected frame waiting time depends on the value of TEI notification timer. To keep the frame loss probability low for the mobile host in sleep mode, the network buffer should be suficiently large. The power-saving sleep mode can efficiently reduce power consumption by selecting a low value for inactivity timer and a high value for TEI notification timer.
본 논문에서는 이동통신망에서 이동성 관리를 제안하고 그 성능을 분석하며, 전력관리를 해석한다.
첫번째로, 이동통신망에서 사업자 정보 또는 지리적인 정보를 포함하지 않는 전화번호를 지원하는 위치관리기법을 제안하고 성능을 분석하였다. 사용자 이동성 및 착신호 분포의 지역적 성질을 고려하여, 3계위의 계층적 데이터베이스 구조를 제안하였다. 가입자의 이동성과 착신호 분포를 모델링하고, 각 경우의 처리절차를 작성하여, 데이터베이스 처리횟수와 시그널링 비용이 줄어듬을 보였다.
두번째로, 이동통신망에 로밍중인 종합개인통신 (universal personal telecommunication, UPT) 사용자를 위한 이동성 관리기법을 제안하였다. 제안한 기법은 홈망에 있는 UPT 사용자의 서비스 프로필 (profile)을 방문중인 이동망내의 서비스 제어 노드 (service control point, SCP)로 내려받고, 방문망내 SCP에서도 UPT 사용자가 사용하는 단말의 위치 및 상태정보를 관리한다. 연속적인 위치 갱신 사이의 기간에 도착하는 호 (call)의 수 (call-to-mobility ratio, CMR)이 높을 때, 노드 액세스 비용 및 시그널링 비용이 줄어들었다. 제안된 기법은 UPT 사용자에게 호를 전달하는 데 소요되는 망의 비용이 감소하였으며, 또한, UPT 사용자에게로 착신하는 호들중에서 방문망에서 발생하는 호의 비율이 높을수록 호전달 비용의 감소가 큼을 보였다.
세번째로, IP(Internet Protocol) 기반의 이동통신망을 위한 이동성 관리 기법을 제안하였다. 이동 단말은 일반적으로 통신중에 있는 시간보다, 통신중이지 않은 상태 또는 전원 차단 상태에 있는 시간이 많음을 고려하여, 제안된 기법은 이동 단말의 통신중 (communicating)인 상태, 대기 (attention) 상태, 휴면 (idle) 상태, 그리고 전원 차단 (detached) 상태를 관리한다. 단말의 전원 차단 상태를 파악하는 방법으로 바인딩 수명 (binding lifetime)에 기초한 등록 절차를 이용할 때, 단말의 상태간 천이를 모델링하고, 준 마코프 과정을 이용하여 각 상태에서의 정상상태 확률을 유도하였다. Mobile IP의 바인딩 수명에 기초한 등록의 최적 주기를 유도하며, 등록 간격의 분포가 망 비용에 미치는 영향을 분석하였다.
이동데이터망에서 이동단말의 전력 보전을 위하여 수면 모드 (sleep mode)를 제공한다. 본 학위 논문의 마지막 주제로는 수면 모드에 대한 성능을 대기행렬시스템으로 모델링하고 분석하였다. 이 대기 행렬 시스템의 정상 상태 확률, 프레임 손실 확률,프레임 대기시간, 수면 시간에 있을 백분률등을 유도하였다. 다양한 매개변수들이 수면 모드의 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
