Analysis of handoff performance in Mobile WiMAX networks

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2007
Major/Subject
Telecommunication Technology
Tietoliikennetekniikka
Mcode
S-72
Degree programme
Tietoliikennetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
ix, 72, [11]
Series
Abstract
Diplomityö esittelee uuden 802.16e-2005 lisäyksen 802.16-2004 standardiin, joka yleisesti tunnetaan nimellä WiMAX. 802.16e-2005, tai Mobiili WiMAX, tuo esiin tärkeimmän uuden ominaisuuden, tuen yhteydenvaihdolle, jota voidaan pitää perustavanlaatuisena ominaisuutena liikkuvalle tietoliikennejärjestelmälle. Pakollinen yhteydenvaihtotapa Mobiili WiMAX:ssa on nimeltään Hard Handover ja kaksi muuta valinnaista tapaa ovat Macro Diversity Handover ja Fast Base Station Switching, jotka perustuvat pehmeään yhteyden siirtoon. Liikkuvuuden mandollistamiseksi Mobiili WiMAX esittelee myös skaalautuvan OFDMA:n, joka on hetkellisten olosuhteiden mukaisen taajuuskaistan säätämisen salliva kanavointimenetelmä. Tällöin voidaan monipuolisesti hyödyntää kukin toimintaympäristö erilaisilla yhteyslaaduilla. Lisäksi liikkuvan laitteen virrankäyttö on rajattua, joten Mobiili WiMAX tarjoaa kaksi uutta virransäästötilaa: Sleep Mode ja Idle Mode. Mobiili WiMAX teknologia esitellään aluksi kirjallisuuskatsauksen muodossa, jonka jälkeen yhteydenvaihdon suorituskykyä tutkitaan NS-2 simulaatiossa. Simulaattori ei oletuksena sisältänyt tukea Mobiili WiMAX:lle, joten kaksi lisäosaa NIST:ltä piti asentaa. Yhteydenvaihdon latenssi mitattiin ja simulaation parametreja säädettiin nopeampien yhteydenvaihtojen saavuttamiseksi. Tavoitteena oli löytää parametrit, joiden muuttaminen vaikutti merkittävimmin yhteydenvaihdon kestoon sekä verrata tuloksia WiMAX Forum:n asettamiin tavoitteisiin. WiMAX Forum kertoo Mobiili WiMAX:n tukevan liikkuvuutta 120 km/h saakka ja yhteydenvaihdon keston jäävän alle 50 ms:n. Tulosten mukaan joillakin parametreilla ei ollut lainkaan vaikutusta ja toisia pystyttiin parantamaan nopeampien yhteydenvaihtojen saavuttamiseksi. Yhteydenvaihtoihin kuluneet ajat jäivät 50 ms:n rajan alle aina 20 m/s (72 km/h) nopeuteen saakka. Luvatut korkeampien nopeuksien yhteydenvaihdot käyttävät mainittuja valinnaisia menetelmiä, joita simulaattori ei kuitenkaan tukenut. Lisäksi muut puutteet NIST:n lisäosissa rajoittivat simulaatiotulosten vertailua standardoituun Mobiili WiMAX:iin.

This thesis introduces a new 802.16e-2005 amendment to the 802.16-2004 standard, generally known as WiMAX. The 802.16e-2005, or the Mobile WiMAX, introduces the most significant new feature, the support for handoffs, which can be considered as a basic requirement for mobile communication system. The mandatory handoff method in Mobile WiMAX is the Hard Handover and the two optional soft handoff methods are called Macro Diversity Handover and Fast Base Station Switching. To support mobility, the Mobile WiMAX introduces also the Scalable OFDMA, which is a multiplexing scheme that allows adjustments of bandwidth according to the physical conditions of the used channel at a certain moment. This makes possible the versatile deployment of various environments with different propagation characteristics. In addition, a mobile device has also the weakness of operating with limited power resources, which is addressed in Mobile WiMAX by introducing two power saving modes: the Sleep Mode and the Idle Mode. The Mobile WiMAX technology is first presented as literature study and later on the handoff performance is tested with NS-2 simulations. The simulator did not initially include support for Mobile WiMAX so two add-on modules from NIST had to be installed. The handoff latency was measured and the parameters of the simulator adjusted in order to achieve best possible handoff times. The goal was to find out which parameters had the greatest impact on the handoff duration and to compare the results to the objectives set by the WiMAX Forum. The WiMAX Forum says that the Mobile WiMAX supports mobility up to 120 km/h and the handoff should take less than 50 ms. The results showed that some of the parameters did not have an influence at all and some could be enhanced to achieve faster handoffs. The handoff times remained below the 50 ms limit up to 20 m/s (72 km/h). The promised higher speed handoffs are designed to use the soft handoff methods, which were not supported by the simulator. Additionally, the other lacks in the NIST add-on modules restricted feasible comparison of the simulation results to the standardized Mobile WiMAX.
Description
Supervisor
Jäntti, Riku; Prof.
Thesis advisor
Peuhkuri, Markus; TkL
Keywords
Mobile WiMAX, 802.16e-2005, mobility, handoff, handoff latency, HHO, MDHO, FBSS, simulation, NS-2, Mobiili WiMAX, 802.16e-2005, liikkuvuus, yhteydenvaihto, yhteydenvaihdon latenssi, HHO, MDHO, FBSS, simulaatio, NS-2
Other note
Citation
Permanent link to this item
https://urn.fi/urn:nbn:fi:tkk-010154