Mobile networking technology supports the requirements of today’s new class of Internet users as they roam about with sophisticated mobile computers and digital wireless data communication devices. Integrating wireless networks into the global Internet poses a new challenge. The main reason is that the TCP/IP based Internet technologies were designed for wired networks with mostly fixed hosts. Host mobility requires change in the routing protocol so that packets for a moving host can be delivered to their correct destination. Mobile IP allows a mobile node to send and receive packets with its home IP address, regardless of the IP address of its current point of attachment in the Internet.
First, four routing approaches, mobile IP, route optimization, hierarchical foreign agent management, and anchor chain schemes are discussed with regard to the handovers. A pointer forwarding approach with distributed binding caches is proposed for location tracking and multi-tunneling. Pointers are used for location tracking in new calls and for multi-tunneling in handover calls. For effective management of the pointers, the lifetime of pointers is considered. Also, the multi-tunneling threshold is adopted to prevent the offered load to the correspondent node due to the successive handovers. The route reestablishment time during handover is analyzed in each routing scheme and compared with four scenarios. Simulation is performed to obtain appropriate lifetime of the pointers and the multi-tunneling threshold. Experimental result shows that the proposed pointer forwarding outperforms other mobile IP routing schemes. The handover disruption time is reduced to 7 ~ 44 % in the proposed pointer forwarding scheme with robustness to different scenarios.
Next, the Fast Handover algorithm is proposed in the Wireless LAN. Mobile IP operations broadly involve movement detection, IP address configuration, and location update. These operations cause the latency which prevents supporting the real-time and throughput-sensitive applications. The Fast Handover algorithm is proposed to reduce this latency. IEEE 802.11 based Wireless LAN has seen rapid growth and deployment in the recent years, because it provides not only convenient network connectivity but also a high speed link up to 11 Mbps. The L2 and L3 handovers must be considered at the same time to support the mobility of the MN. In this chapter we introduce the overall procedure which manages the both layer handovers simultaneously. We propose the normal handover and the Fast Handover algorithms for Wireless LAN and describe the L2 triggers. Two criteria are defined to analyze the performance of triggers: Handover Timeliness and Handover Accuracy. Three triggers of the pre-handover-trigger show the almost same performance in the real environment. The Fast Handover reduces the route reestablishment delay by 80 ~ 90 % compared to the normal handover. As the result of that the Fast Handover reduces the total handover delay by 20 ~ 25%.
Finally, we discussed the dynamic load balancing with forced handover in CDMA cellular network. With the increase of cellular users the traffic hot spots and unbalanced call distributions are common in the wireless networks. As a solution to this problem, the CDMA techniques enable a base tranciever station to connect microcells with optical fibers and to control the channels by sectorizing the microcells. To solve the load balancing among microcells we dynamically sectorize the microcells depending on the time-varying traffic. The microcell sectorization problem is formulated as an integer linear programming which minimizes the blocked and handoff calls in the network. In the proposed sectorization proper, connected, and compact sectors are considered to keep the handoffs as small as possible, while satisfying the channel capacity at each sector. Three genetic algorithms (GAs) are proposed to solve the problem: standard GA, grouping GA and parallel GA. Computational results show that the proposed GAs are highly effective. All three GAs illustrate outstanding performance for small size problems. The parallel GA which is based on the operators used in grouping GA demonstrates excellent solution quality in a reasonable time.
본 논문은 이동 네트워크에서 단말기의 이동성을 지원하는 핸드오프 기술을 중심으로 이동 네트워크 기술을 다룬다. 이동 네트워크 기술은 단말기가 이동하면서 데이터 통신을 할 수 있도록 도와주는 여러 기능을 수행한다. 기존의 TCP/IP 기술이 고정된 사용자를 위해서 설계되었기 때문에, 무선망을 통한 이동 네트워크 기술은 기존의 유선망과 통합되는 과정에서 여러 가지 문제가 발생한다. 따라서, 이동 단말기의 정확한 위치를 추적해서 데이터 통신을 가능하도록 해주기 위해서는 많은 변화 및 개선이 필요하다. Mobile IP 기술은 이동 단말기가 자신의 고유한 주소를 가지고 인터넷을 통해서 자유롭게 통신하는 것을 지원하는 기술이다. 본 논문에서는 Mobile IP 기술과 이를 실질적으로 운영하는 무선망 기술을 중심으로 효과적인 핸드오프 방식에 대해서 다루고자 한다.
먼저 2장에서는 3계층의 Mobile IP 기술에 대해서 다루고 있다. 기존에 제안된 네 가지 핸드오프 기술에 대해서 분석한 후에 포인터 포워딩 기술을 활용한 패킷 전송 및 핸드오프 기술을 제안하고 있다. 포인터는 새로운 호를 위해서 단말기의 위치추적이 가능하도록 도와주며, 멀티터널링 기술을 이용해서 보다 빠른 핸드오프를 가능하게 해준다. 보다 효율적인 포인터 운영을 위해서 포인터의 수명에 대한 기준을 마련하였고, 잦은 핸드오프로 인해 전송 경로가 비효율적으로 길어지는 것을 막기 위해서 멀티터널링의 길이를 제한하였다. 각 핸드오프 기술들에 대한 경로 재설정 지연을 분석하고, 네 가지 상황을 고려해서 시뮬레이션을 통해 포인터 포워딩 기술의 우수성을 입증하였다. 그 결과, 제안된 기술이 다른 기술들에 비해서 7 ~ 44 %의 핸드오프에 의한 지연을 감소시키는 성능을 보여주고 있다.
3장에서는 무선 랜에서의 고속 핸드오프 기술에 대해서 다루고 있다. Mobile IP 기술은 단말기의 이동을 감지하고, 주소를 할당하고, 위치정보를 갱신하는 등의 기능을 수행한다. 그러나, 이러한 기능을 수행하는 과정에서 발생하는 패킷 전송의 지연 현상이 실시간의 까다로운 서비스 품질을 요구하는 단말기에게 큰 문제가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 고속 핸드오프 기술이 제안되었다. 또한, 무선 랜 기술은 네트워크의 연결성이 우수하고 고속의 데이터 서비스를 가능하게 해주기 때문에 급속한 성장을 하고 있는 2계층 기술이다. 단말기의 이동성을 효율적으로 지원하기 위해서는 3계층의 핸드오프 기술과 2계층의 무선 기술이 동시에 고려되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 두 계층을 통합한 핸드오프 기술을 제안하고, 또한 이 기술을 고속 핸드오프 기술로 개선하였다. 고속 핸드오프 기술에서 사용되는 2계층 정보를 전달하는 트리거에 대해서 분석하고, 무선 랜에 적용해 보았다. 트리거의 성능을 평가하는 두 가지 기준에 대해서 정의를 내리고, 이를 바탕으로 각 트리거를 분석하였다. 2계층 핸드오프를 미리 예측하는 세 가지 트리거들은 실제 환경에서 차이가 없는 성능을 보여주고 있다. 이를 이용한 고속 핸드오프 기술은 경로 재설정 지연을 80 ~ 90 % 정도 감소시켰다. 그 결과로 20 ~ 25 %의 핸드오프 지연을 감소시키는 개선을 보여주고 있다.
마지막으로 4장에서는 CDMA 시스템에서 강제 핸드오프를 이용한 트래픽 관리 기술을 다루고 있다. 음성 및 데이터 사용자가 증가하고, 이들의 이동에 의해서 CDMA 시스템은 시간에 따른 트래픽 불균형 현상이 발생한다. 이러한 현상은 시스템 자원의 효율적인 사용을 제한하게 된다. 본 연구에서는 시스템을 마이크로 셀로 구성하고, 시스템 자원을 중앙에서 관리하는 모델을 소개하고 있다. 또한, 여기에서 발생하는 비효율성 문제를 시간에 따라서 동적으로 자원을 관리할 수 있는 기술을 제안하였다. 우선, 이 문제를 정수계획법으로 정식화해서 이루고자 하는 목적과 그 과정에서 발생하는 비용에 대해서 명확하게 정의하였다. 바람직한 시스템의 상태를 규정하고, 그 효율성을 입증하였다. 문제 해결을 위한 휴리스틱으로 세 가지 유전 알고리즘을 제안하였고, 이 들 모두 뛰어난 성능을 보이고 있다. 그 중에서도 그룹핑 유전 알고리즘에 바탕을 둔 병렬 유전알고리즘이 가장 뛰어난 성능을 보이는 것을 보여주고 있다.
