The network architecture for next-generation communications is expected to be an integrated heterogeneous environment in order to enable a user to access a particular network depending on application needs and types of radio access networks available. In addition, next-generation network provides an ad hoc network environment using the revolutionary paradigm of a peer-to-peer communication, which allows direct communication between mobile nodes without the use of base station. In this heterogeneous network environments, it is very important for users to provide seamless service while satisfying quality-of-service (QoS) even though they are connected with any access point. Therefore, this dissertation deals with seamless vertical handover schemes and a reliable neighbor discovery scheme for seamless and fast handover in the heterogeneous network environments.
First, we propose a seamless vertical handover scheme using interworking between two heterogeneous networks. We present a practical UMTS-WLAN interworking architecture based on 3GPP standards and propose a seamless vertical handover method that guarantees low delay and low packet loss during UMTS-WLAN handover. For low handover delay, the proposed handover scheme performs pre-registration and pre-authentication processes before layer 2 handover. Moreover, it uses packet buffering and forwarding functions in order to reduce packet loss during the handover period. On the above basis, detailed signaling procedures are presented, together with system requirements when a mobile terminal moves from UMTS to WLAN and vice-versa. Numerical and simulation results show that the proposed scheme performs well with respect to signaling cost, handover delay, and packet loss compared with conventional schemes.
Second, we propose a new vertical handover scheme using relay concept, in which an ad hoc node takes over and assists some parts of the vertical handover procedures for the fast handover of mobile nodes in heterogeneous networks. Namely, a mobile node that wants vertical handover requests an ad hoc node to take over some handover procedures that require large latency, such as authentication and registration procedures, and to process them instead of the requesting mobile node before the handover completion. The details of vertical handover operations using the relay concept are presented and its performance is analyzed. The analysis and simulation results show that the proposed vertical handover scheme using relay reduces connection disruption time and packet loss, compared with the conventional vertical handover scheme without the relay technique. In addition, we propose reliable relay discovery schemes in multihop cellular network environments. The proposed relay discovery schemes are based on the channel quality of neighbor nodes and use effective prioritized access controls. Analysis results show that the proposed schemes can achieve reliable and efficient relay discovery. Especially, the priority-based access scheme exhibits differentiated performance according to the priority level of neighbor nodes, so it enables the mobile node to find a more suitable relay node.
차세대 이동통신을 위한 네트워크 구조는 현존하는 다양한 셀룰러 시스템이 통합된 이종망 구조가 되리라 예상한다. 이러한 이종망 환경에서 이동단말은 서비스 요구사항에 따라 다양한 무선 시스템에 접속하여 서비스를 받을 수 있다. 아울러, 차세대 네트워크에서는 기지국의 도움 없이 단말간 직접 통신이 가능한 애드혹 네트워크 환경을 포함할 것이다. 이와 같은 이종망 환경에서는 사용자가 어떠한 시스템과 접속하더라도, 서비스의 질을 보장할 수 있는 끊김 없는 서비스의 제공이 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 이종망 환경에서 끊김 없는 핸드오버를 위한 수직 핸드오버 방안에 대하여 연구한다.
첫번째로, 두 이종망간 연동을 통한 끊김 없는 수직 핸드오버 방안을 제안한다. UMTS와 WLAN 시스템의 연동을 위한 실용적인 연동망 구조를 제시하고, 핸드오버시 지연과 패킷 손실을 최소화하는 끊김 없는 수직 핸드오버 방안을 제안한다. 작은 핸드오버 지연을 위해 제안하는 방식에서는 링크계층 핸드오버의 완료 전에 사전 등록과 사전 인증 과정을 미리 수행한다. 또한, 제안 방식은 핸드오버 기간동안 패킷 손실을 막기 위해 패킷 버퍼링 및 전달 기능을 사용한다. 이와 같은 알고리즘을 사용하는 핸드오버 방식의 시그널링 절차를 제시하고, 이때 필요한 시스템 요구사항을 정립한다. 수학적인 분석과 시뮬레이션을 통해 시그널링 비용, 핸드오버 지연, 패킷 손실량을 분석한 결과, 제안하는 수직 핸드오버 방식이 좋은 성능을 보임을 알 수 있다.
두번째로, 중계노드를 이용한 새로운 수직 핸드오버 방안을 제안한다. 이 방식에서는 단말 주변의 애드혹 노드가 단말의 수직 핸드오버 과정의 일부를 대신 수행함으로써 빠른 핸드오버를 가능하게 해준다. 즉, 수직 핸드오버를 원하는 이동 단말 대신에 주변의 중계노드가 인증 및 등록 과정과 같이 큰 지연을 초래하는 핸드오버 절차를 대신 수행하게 된다. 중계노드를 이용한 수직 핸드오버 절차를 자세히 기술하고 단말의 이동성을 고려하여 성능을 분석한다. 그 결과 제안하는 핸드오버 방식은 중계노드를 사용하지 않는 기존 방식과 비교하여 서비스 단절 시간 및 패킷 손실을 줄일 수 있음을 보여준다. 또한, 멀티홉 셀룰러 네트워크 환경에서 신뢰성 있는 중계노드의 발견 방안을 함께 제시한다. 제안하는 중계노드 발견 방안은 이웃 노드의 채널 품질을 기반으로 효과적이며 차별적인 접속제어 방식을 제공한다. 수학적 분석을 통하여 제안하는 방식이 보다 신뢰성 있고 효율적인 중계노드를 찾을 수 있음을 알 수 있다. 특히 우선순위 기반의 접속 제어 방식은 주변노드들의 채널 상태에 따라 접속 방식을 차별화시킴으로써 보다 적합한 중계노드를 찾을 수 있게 해준다.
