Future wireless communication network will provide integrated services such as voice, data and multimedia to personal stations (PS’s) anywhere, anytime using advanced microcellular concept. In such a network, service areas are partitioned into a number of registration areas (RA’s). Each RA consists of a group of cells, each of which is served by a base station (BS). The BS’s provide the radio links for communications, and the radio coverage of each BS is called a cell. To perform the registration and paging operations in wireless communication network, each cell in the RA must carry the signaling traffic associated with all PS’s in the RA. The registration and paging operations are called mobility management function. As the number of PS’s increases, the signaling traffic due to the mobility management significantly increases. This thesis deals with the mobility management schemes for future wireless communication network.
The first part of the thesis considers the modeling and analysis of two-location algorithm with implicit registration function in CDMA personal communication network. Based on a mobility model, the distribution of the residence time of PS in RA is analytically derived, and the mean number of registrations whose validity is justified by simulation studies is also derived. In addition to, the distribution of the residence time of PS in RA is approximated with gamma distribution, where the shape and scale parameters for the gamma distribution are numerically calculated. Based on the developed models, the signaling cost under each of the three algorithms (single location algorithm, two-location algorithm and two-location algorithm with implicit registration function) is determined, and then compared with each other under various values of the call-to-mobility ratio.
The second part addresses the location management scheme that combines a distance-based registration with a paging scheme subject to delay constraints. A recursive solution is provided to obtain the probability distribution of PS’s location based on the Markov chain model. The problem of minimizing the total cost is expressed as an optimization problem that finds the optimal threshold under given a maximum delay constraint. To find the optimal threshold distance, the simulated annealing algorithm is first introduced. In the simulated annealing algorithm, two methods to get the neighborhood distance are examined and compared. By studying the structure of the registration cost, an enumeration (EN) algorithm is proposed to solve the optimization problem and to get the near-optimal threshold distance directly. A comparative study between the two algorithms (simulated annealing and EN algorithms) is conducted.
The final part of this thesis deals with the location management strategy called the direction-based location registration (DBLR) scheme with a maximum paging delay requirement. Based on a Markov chain model, a recursive solution is provided to derive the probability distribution of PS’s location. Using the probability distribution, the problem of minimizing the total signaling cost is formulated as an optimization problem that finds the optimal threshold distance. By studying the structure of the signaling cost, an enumeration algorithm is proposed to solve the optimization problem to obtain the optimal threshold directly. The proposed algorithm is also applied to study the effects of various parameters (registration cost, paging cost, call-to-mobility ratio and paging delay) on the optimal threshold. A comparative study with distance-based registration scheme is performed to examine the performance of the DBLR scheme.
마이크로 셀룰러 구조하에서 차세대 이동통신망에서는 언제, 어디서든지 이동통신 가입자에게 음성 뿐만 아니라 데이터 및 멀티미디어 서비스를 제공할 것이다. 이동통신망에서 전체 서비스 영역은 위치영역으로 나누어지며 각각의 위치영역은 몇 개의 셀로 구성된다. 이동통신망에서 각각의 위치영역에 포함된 셀들은 해당 위치영역에 존재하는 모든 이동가입자의 위치등록과 페이징 신호 트래픽을 처리하여야 한다. 이러한 위치등록과 페이징 기능을 이동성관리 기능이라 하며, 이동성 관리 방법은 전체 망 성능에 중요한 영향을 미친다. 본 논문은 차세대 이동통신망에서의 이동성 관리 방안에 관한 연구를 수행하였다.
본 논문의 첫 부분에서는, CDMA 이동통신망에서의 호처리 정보를 이용한 이중영역 위치등록 방법의 성능을 분석하였다. 가입자의 이동성 모델로부터 위치영역 내에서 가입자의 체류시간 분포를 구하고 가입자의 평균 위치등록 회수를 산출하며 이를 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 또한, 가입자의 체류시간을 감마 분포로 근사화하고 감마 분포에서의 파라메타를 해석적으로 구하였다. 제안한 이동성 모델을 토대로 세가지 위치등록 방법(단일영역, 이중영역, 호처리 정보를 이용한 이중영역 알고리즘)에 대한 위치등록 및 페이징 신호 비용을 구하고 착신호-이동성 비율에 따른 각 알고리즘의 성능을 비교하였다.
본 논문의 두 번째 부분에서는, 페이징 지연을 고려한 거리기준 위치등록 방법을 다루었다. 마코프 체인 모델을 이용하여 가입자 분포 확률을 구하기 위한 반복적인 해를 제시하며, 최대 페이징 지연이 주어진 상황에서 최적 임계 거리 값을 구하기 위한 최적화 문제를 해결하였다. 최적 임계 거리 값을 구하기 위한 방안으로 기존의 시뮬레이티드 아닐링 알고리즘을 분석하고 임의의 해로부터 이웃 해를 구하기 위한 방안으로 두가지 방법을 제시하고 이를 비교 분석하였다. 또한, 위치등록 비용 함수를 분석하여 보다 효율적인 휴리스틱 기법으로써 반복적 알고리즘을 제시하고 이를 기존의 시뮬레이티드 아닐링 기법과 비교하였다.
본 논문의 마지막 부분에서는, 페이징 지연을 고려한 방향기준 위치등록 방법의 성능을 분석하였다. 가입자 위치에 대한 분포 확률을 구하기 위해 마코프 체인 모델로부터 반복적인 해법을 제시하고, 총 비용을 최소화하기 위한 최적 임계 거리 값을 구하는 문제를 해결하였다. 위치등록 비용 함수를 분석하여 최적 임계 거리 값을 손쉽게 구하기 위한 효율적인 휴리스틱 기법으로써 반복적 알고리즘을 제시하였다. 위치등록 비용, 페이징 비용, 착신호-이동성 비율 및 페이징 지연의 변화에 따라 제안한 알고리즘의 성능을 분석하며, 거리기준 위치등록 방법과의 성능을 비교 평가하였다.
