F-T in mobile systems & wireless
architecture
HANDOFF EM REDES MÓVEIS WIRELESS
Han
doff
in
wire
less
mob
ile
netw
orks
Apresentado por : Justino Correia nº11714
Ricardo Milheiro nº18076
Mário Sanches nº19065
Universidade do Algarve
Tópicos
Agenda
Conceito de célula
Definição de Handoff ( Handover ) ?
 Mecanismos de Hnadoff .
 Tipos de handoffs.
 VantagensDesvantagens de Handoffs.
 Estratégias de Handoff e causes de falhas de Handoffs.
 Channel assignment para Handoffs.
 Técnicas de recuperação.
 Conclusão
Células
Exemplo de células
Vantagens
•Maior capacidade , permite um maior número de
usuários
•Potência de transmissão reduzida
•Mais robusto , desentralizado
•A BS trata de interferências, área de transmissão
Tamanho das células
•100 m em cidades até 35 km em zonas rurais (GSM)
•Para maiores frequências , poderá ainda ser menor
•“Umbrela cell”:célula maior que inclui várias células
mais pequenas
Formato das células
•Formato Hexagonal é prático para uma análise teórica
•Formato “Footprint” ( área de cobertura de rádio ) é
amorfo
Posicionamento das BS
•Célula “Center-excited”:BS posicionada perto do centro da
célula
•Célula “Edge-excited”:BS em 3 dos 6 vértices da célula
Basic Cellular
communiation
system
Def (Handoff) :Processo de transferência de uma chamada entre células de
Basic network
forma transparente para o utilizador.
Visa manter a qualidade da ligação ou proporcionar um melhor
serviço
Cell
Downlink
BS
Uplink
Handover
Célula básica de um Sistema de Comunicações
Handover ao nivel das camadas OSI
Handover Horizontal
• Quando os dois pontos de acesso da rede são
baseados na mesma tecnologia wireless da
ligação
•A ligação é danificada ou unicamente disrupted
devido à mobilidade do dispositivo
Handover Vertical
•Quando os dois pontos de acesso da
rede forem baseados em tecnologias
wireless diferentes
•Movimentação para uma área coberta
por uma tecnologia wireless diferente
Handover
Intro
Conceitos básicos de Handoff
O tamanho e a forma de cada célula dependem da natureza da região, do
número de BSs e da escala de transmit/receiving das BSs.
Na maioria das vezes, a sobreposição das células e o hardware dos subscritores
está dentro do alcance de mais de uma BS e a rede decide, de tempos em tempos
que BS se encarregará se gerir o sinal.
O subscritor não necessita pensar sobre o processo do handoff ou sobre que BS
está a tratar do sinal.
O mecanismo de Handoff é transparente ao usuário e não resultará em perda do
serviço a menos que o usuário entre na dead zone.
Decisões básicas de Handoff
•Os handoffs ocorrem quando um anfitrião móvel começa a
comunicação com uma nova estação base.
•Baseado geralmente no Received signal
strength (RSS).
 O Handover ocorre quando o sinal do
serving BS é fraco ,enquanto o sinal de um BS
vizinho for forte.
Efeito ping-pong
•A força do sinal flutua aleatoriamente
•Diversos handoffs ocorrem para a frente e
para trás entre dois BSs.
Handover
•Processo de transferência de uma chamada entre celulas,
de uma forma transparente para o utilizador.
•Visa manter a qualidade da ligação ou proporcionar um
melhor serviço.
Tipos de Handoff (Handover)
Handoff
Soft Handoff
(make-before-break)
Hard Handoff
(break-before-make)
Soft handoff
Um Soft Handoff estabelece uma conexão com a nova BTS
antes de quebrar a conexão com a antiga.
Refere-se à sobreposição de zonas cobertas.
Não há perdas de conectividade móvel à rede
Soft Handoff in Action
Antes (a)
Depois (c )
Soft Handoff em acção (b)
Hard handoff
O Hard Handoff requer ao telemóvel quebra de conexão com a
BTS antiga para posteriormente fazer a conexão com a nova.
Interrupção, perda momentânea com a conexão móvel à rede
Os telefones CDMA comutam de modo digital para analógico durante
O Hard Handoff.
Hard HO Cont….
Sx e Sy sao a potencia do sinal de (base station) Bx e By para o telemovel.
O algoritmo sera:
•
if (Sy-Sx) > D and serving station is Bx
then handoff to By.
•
else if (Sx-Sy) > D and serving station is By
then handoff to Bx.
else no handoff.
D: é chamado margem da histerese. If D é maior significa maior margem &
mais delay.
Handoff Escondido (idle)
Isto ocorre sempre que o telemovel esta no estado de idle mode. O telemovel esta
continuamente a procurar por um sinal mais forte. Quando encontra esse sinal
mais forte, troca automaticamente de BS.
advantages/disadvant
Advan
tages/
disadv
antage
s of
HO
Soft-handoff:
–Vantagens:
• Smoother handoff.
• Conecção sempre garantida, sem delay.
• Baixa probabilidade da chamada cair
• Aumento da capacidade/cobertura.
• Satisfação de cliente (mais claridade).
–Desvantagens:
• Mais canais são bloqueados por cima.
• A interferência de Downlink é aumentada sempre que muitas BSs
estão transmitindo o que somente seria necessario por uma unica BS.
Hard-handoff:
Adv/Dis. of HO
–Desvantagens:
• Perda momentânia da conectividade com o movel.
• Interrupção da ligação é muito comum.
• Grande tempo de “instalação”.
• muito caro se não for executado correctamente.
–Vantagens:
• Requer pouco processamento da rede que fornece o serviço..
• Eficaz ao mover-se de uma rede de CDMA para análogica.
Estratégias de Handover
Existem Trés estrategias propostas para detecção de HO.
• Mobile-assisted HO (MAHO):
• Network-initiated HO (NIHO):
• Mobile-controlled HO (MCHO):
(1) Mobile-Assisted HO:
0 Móvel mede a potencia do sinal do BS mais próximo, e a seguir responde ao
server BSs.
O handover começa quando o poder recebido do vizinho BSs excede o
poder do BSs em uso no momento.
Usado em 2G & 2.5G networks (GSM & CDMA).
Estrategias Cont….
(2) Network-Initiated HO:
BSs monitora o nível do sinal dos móveis com as chamadas em
andamento.
O receptor especial, receptor do localizador, controlado por CAM é
usado para monitorizar a força do sinal.
O handover ocorre se o nível do sinal cair abaixo do ponto inicial.
Usado nas redes de IG (ampères).
Estrategias Cont…
(3) Mobile-controlled HO:
O móbil monitora continuamente os sinais do BSs vizinho.
O móbil faz medidas de qualidade aos vários canais, e escolhe os
melhores em cooperação com a rede.
Usado em DECT (tecnologia de TDMA).
Estados do Handover
• PHY Sync
-O móvel faz a varredura, detecta e fica com o novo BSs.
-Simplifica o projeto da rede de acesso.
- faz Pedidos de air-link.
MAC layer exchange
-Não pode conter erros
-O movil alocados recursos de ar-link, autenticado, autorizado
e registado.
Network Layer exchange
-Especifica o protocolo da gerência da mobilidade
(por exemplo, MIPv4)
-o móbil prepara-se ao tráfego send/receive do IP
(por exemplo, DHCP)
Situações de Handover
• Inter-cell ou Inter-BS
- o destino e a origem das BSs são conectados no mesmo MSC.
- conseguido com handover móvel-controlado.
• Inter-system
- BSs velho e novo são conectados a MSCs diferentes.
- conseguido com handover rede-controlado.
- participação back-end significativa (autenticação,roaming condições
Causas de falha HO
Não existe canal na nova celula.
A rede demora demasiado tempo a fazer o handover,
e entretanto o móvel perde o sinal.
Sinal demasiado fraco.
A recepção transforma-se pior devido à zona inoperante.
Atribuição de canal para HO
A atribuição da canal têm que tratar dos 2 tipos de chamadas:
(nova chamada) (cham. handover)
Se não forem encontrados novos canais.
- nova chamada é blocked.
- chamada de handoff dropped.
Preferencia é dada as chamadas em Handoff e depois a novas chamadas.
Tecnicas de Atribuição de Canal
• Canais protegidos:
- Reserva um certo numero de canais exclusivamente
para chamadas em handover.
- As novas chamadas não têm o acesso a estes, mas as
chamadas em handover têm o acesso a ambos os canais regula
e protegidos.
• Chamadas em espera:
- As chamadas são colocadas em filas de espera e enviadas
a BSs seguinte de acordo com a prioridade.
Atribuição de canais Cont…
• Shadow Clustering:
- Uma chamada é dita dar forma a uma Shadow na rede,
baseada em HO.
- Enquanto a chamada se move, Shadow move-se.
- Não somente a célula atual, mas todas as células na Shadow
deve reservar alguma largura de faixa para a chamada.
- Ao receber uma nova chamada, o BS calcula, estimativas
da disponibilidade da largura de faixa e aceitam somente as
chamadas se as possibilidades de éxito forem altas.
• Channel Carrying:
- Usa o conhecimento da posição do móbil, da velocidade,
do sentido, do seu historial, da região geográfica etc..
Esquemas De Recuperação para HO
checkpointing &
recover
Checkpointing:
--- O estado de cada processo no sistema é conservado periòdicamente
no armazenamento estável e para recuperar de uma falha, o sistema reinicia
a sua execução do último ponto de verificação gravado no armazenamento
estável (BS).
Recovery:depende:
(a) da taxa de falhas da desconexão móvel do anfitrião
( c) da ligação wireless fraca.
Esquema de recuperação eficiente tem dois componentes
classific
ation
1.
State-Saving scheme: (a) Synchronous (S) and
(b) Asynchronous (A-S)
2.
Handoff scheme:
(a) Pessimistic (P)
(b) Lazy (L)
Mobility
High
Low
Wireless
Bandwidth
Low
Failure
Rate
Low
High
Optimal
Scheme
A-SL
SL
High
All
A-SL
All
All
A-SL
Optimal Recovery Scheme
( Asynchronous
and Lazy Scheme)
Handoff in
middle
BS4
BS5
Static
Network
BS1
mh1
BS2
mh2
Handoff em execução
mh2
BS3
mh2
Pessimistic HO
BS4
4
2
BS2
BS3
3
1
mh2
mh2
Pessimistic Handoff
mh2
Lazy/Tric
kle
BS4
L1
L2
BS2
BS3
2
1
mh2
mh2
Lazy/Trickle Handoff
B
mh2
Conclusão?
 O handover fornecer ligações sem “cortes” em redes
móveis wireless.
 Soft handover é melhor que o hard HO nenhum atraso, menor
probabilidade da chamada cair, aumento da cobertura e maior clareza
das chamadas.
 Falha de Handover ocorre se não existir canal livre, network
demora muito tempo a fazer o handover ou o sinal é demasiado
fraco.
 Canais protegidos, filas de espera e shadow clustering sao usados
para HO.
 Poucos esquemas eficientes são usados para recuperar de uma
falha de handover.