The future mobile wireless communication networks are to be required to support not only voice but also various multimedia data. WATM network based on ATM networks is a candidate of the next generation wireless communication network to support broadband multimedia data services. There are some technical problems in order to support user mobility in WATM networks. One of them is the handover problem that the connection path must be rerouted to the new cell to which a mobile user moves. The crucial elements of the handover in WATM networks are the handover delay and the handover efficiency. Until now, the researches of the handover in WATM networks mostly focus on minimizing handover delay, so it results on the inefficiency of network resource. In larger size broadband Wireless ATM networks it is critical to network capacity.
In this thesis, we research handover schemes that improve handover efficiency in WATM networks by considering handover delay and efficiency in the handover. Other handover schemes that focus on only handover delay worsen handover efficiency because the result path after the handover is longer than the shortest path of the connection during frequent handovers. This kind of schemes consequently requires more network resources, increases end-to-end delays in connections and decreases network efficiency. To resolve this problem, we propose new COS conditions of the partial path rerouting handover scheme, which are the delay limited COS condition that enables to handover within the tolerable delay and to improve handover efficiency and the efficiency guided COS condition that enable to keep the efficiency guideline and to reduce the handover delay. Furthermore, we proposed a new COS searching method: best-fit COS search method using two-step adaptive backtracking manner. This COS search method can search for the COS best satisfying the given COS condition among the COS candidates checked during backtracking. In addition, it determines the number of backtracking counts adaptively in each switch during backtracking in order to minimize the backtracking hop counts. The method also apply the two-step backtracking that searches for the switch with minimal handover delay at first, and then searches for the COS best satisfying the given COS condition. Consequently, this method can find the more efficient COS than the COS having minimal handover delay.
We propose two schemes that apply the best-fit COS search method using two-step adaptive backtracking manner. The delay limited best-fit backtracking(DLBFB) scheme is for the delay sensitive connection to keep the delay limit and to maximize the handover efficiency. The efficiency guided best-fit backtracking(EGBFB) scheme is for the delay tolerable connection, which maintains the handover efficiency above the efficiency guideline and minimizes the handover delay at the same time.
To evaluate the performance of these schemes, we conducted simulations in various environments using various handover patterns and network link status. The simulation results show that the DLBFB scheme can almost search for the COS searched by the optimal DLBFB scheme and keeps the delay limit and performs well in handover efficiency than other schemes in the given environment and handover pattern. In the aspect of handover efficiency, the efficiency guided first-fit backtracking(EGFFB) scheme shows exponential decrease, but the EGBFB scheme shows good performance. And, the EGBFB scheme shows uniform performance in spite of the variation of connection link status of network, but the EGFFB scheme`s handover performance is sensitive to the connection link status of network.
To communicate the broad bandwidth multimedia data effectively through WATM networks, handover scheme, such as the schemes proposed in this thesis, which considers not only handover delay but also handover efficiency, is needed in the future.
미래의 이동 통신환경에서는 사용자들에게 음성 통신 위주의 서비스 뿐만 아니라 다양한 멀티미디어 데이타의 전송이 요구될 것이다. 이를 지원하기 위해서 무선망 측면에서는 셀의 크기를 줄여 대역폭을 확장하려고 하고, 기반망에서는 대용량의 다양한 특성을 가진 데이타를 전송하기 위하여 ATM기반의 통신망이 대안으로 주목받고 있다. 이와 같은 무선 ATM망에서 사용자의 이동을 지원하기 위해서는 사용자가 이동할 때 발생하는 핸드오버 문제를 해결하여야 한다. ATM망은 연결 지향적이고 QoS를 보장해주는 망이기 때문에 연결을 설정하는데 많은 시간이 걸린다. 사용자의 이동으로 핸드오버를 수행하기 위해서는 연결을 재 설정해야 하는데 이 때 지연이 커져서 연결의 QoS를 만족 못하거나 데이타를 읽어 버리는 경우가 발생한다. 따라서 무선 ATM망에서 빠른 핸드오버는 필수적이라 할 수 있다. 지금까지 발표된 많은 핸드오버 기법들 대부분은 핸드오버 지연을 감소시키는데 초점을 맞추고 있다. 핸드오버 후의 연결 경로의 효율성으로 표현되는 핸드오버 효율성은 핸드오버 지연만큼이나 중요하다. 핸드오버 효율성은 전체네트워크 자원의 효율성과 관련이 있기 때문에 핸드오버 효율성이 떨어지면 네트워크자원의 감소 뿐 아니라 연결 설정시 call dropping rate가 증가하게 된다. 따라서 무선 네트워크에서의 핸드오버는 핸드오버 지연뿐 아니라 핸드오버 효율성까지 고려하여 핸드오버를 수행하여야 한다. 본 논문에서는 경로 부분 설정 핸드오버 기법(path rerouting handover scheme)에서 경로 재설정이 발생하는 크로스오버 스위치(COS)를 찾을 때 핸드오버 효율성을 증가시킬 수 있는 2개의 COS의 조건을 제안하였다. 첫번째는 지연제한 COS조건(delay limited COS condition)으로 핸드오버 하기 전에 현재 연결의 특성을 고려하여 허용 가능한 지연(tolerable delay limit)을 설정하여 이를 지킬 수 있는 COS 후보자 중에서 핸드오버 효율성을 최대화 할 수 있는 스위치를 COS로 선택하는 것이다. 두번째는 효율성 지표 COS조건(efficiency guideline COS condition)으로 지연에 민감하지 않는 연결들에 대하여 전체 네트워크의 효율성 지표를 제시하고 이를 따를 수 있는 COS 후보 중에서 핸드오버 지연을 최소화할 수 있는 스위치를 COS를 선택하는 것이다. 그리고 주어진 COS조건에 가장 적합한 COS를 찾기 위하여 2단계 적응 후방 검색 기법을 이용한 최적 검색 방법(best-fit COS search method using two-step adaptive backtracking manner)을 제안하였다. 이 기법은 주어진 COS조건에 가장 적합한 COS를 찾기 위해서 최적 검색 기법을 사용하는데, COS후보들을 모두 검사한 후 최적의 COS를 선택한다. 그러나 가능한 COS후보를 모두 검사하는 것은 COS를 검사하는데 많은 지연이 발생하기 때문에 이를 감소 시키기 위하여 최적의 COS를 찾으면서 최소한의 후방검색을 하기 위하여 적응 후방기법을 사용하였다. 그리고 지연을 최소화 시키는 COS보다 효율적인 COS를 찾기 위하여 최소 지연을 가지는 COS를 찾은 후 좀더 효율적인 COS를 찾는 2단계 후방검색 기법을 사용하였다. 결과적으로 이 기법은 최소지연을 가지는 COS를 선택했을 때보다 효율적인 핸드오버가 가능하도록 한다.
우리는 앞에서 제안한 COS조건과 COS검색 기법을 사용하여 2개의 핸드오버 기법을 제안하였다.
- The delay limited best-fit backtracking(DLBFB) scheme 이 기법은 지연에 민감한 연결에 적용이 가능하며 지연한계(delay limit)를 지키면서 핸드오버 효율성을 증가시킨다.
- The efficiency guided best-fit backtracking(EGBFB) scheme 이 기법은 지연에 민감하지 않는 연결에 적용이 가능하며 전체 네트워크의 효율성 지표(efficiency guideline)를 지키면서 지연을 최소화한다. 제안한 기법들의 성능을 검증하지 위하여 다양한 환경에서의 모의실험을 수행하였다. 네트워크의 연결 상태와 핸드오버 패턴의 변화에 대한 핸드오버 성능의 변화를 측정하고 분석하였다. 먼저 DLBFB 기법의 성능 측정을 위하여 DLBFB기법이 찾은 COS와 최적DLBFB 기법이 찾은 COS를 비교해보았다. 99%에 가까운 일치도를 보였으며 기존의 다른 기법들과의 성능 비교에서도 주어진 지연한계를 모두 지키면서 핸드오버 효율성 측면에서 좋은 성능을 나타내었다. EGBFB기법은 먼저 first-fit 검색기법을 사용한 EGFFB기법과 비교를 하였다. EGFFB기법은 핸드오버가 반복될 수록 급격한 핸드오버 효율성 감소를 나타낸 반면 EGBFB기법은 완만한 감소를 나타내었다. 그리고 다른 기법들과의 비교에서도 다른 기법들이 환경변화(네트워크 링크변화, 핸드오버 패턴 변화)에 민감한 성능을 나타내었으나 EGBFB기법은 모든 환경에서 좋은 핸드오버 효율성을 나타내었다. 미래의 무선 통신망에서 빠르면서도 효율적인 핸드오버를 수행하기 위해서는 본 논문에서 제한한 기법이 대안이 될 수 있을 것이다.
