[논문 리뷰] Handover Control for WCDMA Femtocell Networks

Mostafa Zaman Chowdhury, Yeong Min Jang|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 20.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 계층적 매크로-페미토셀 환경에서 불필요한 핸드오버와 신호 처리 오버헤드를 최소화하기 위해 WCDMA 페미토셀 네트워크를 위한 새로운 핸드오버 제어 메커니즘을 제안한다. 소규모 및 중규모 배포를 위한 두 가지 네트워크 아키텍처를 제안하며, M/M/N/N 대기열 모델 기반의 콜 신청 제어(CAC) 기법을 도입하고, 수치 분석과 시뮬레이션을 통해 검증하여 핸드오버 성능 향상과 펑-퐁 효과 감소를 입증한다.

ABSTRACT

The ability to seamlessly switch between the macro networks and femtocell networks is a key driver for femtocell network deployment. The handover procedures for the integrated femtocell/macrocell networks differ from the existing handovers. Some modifications of existing network and protocol architecture for the integration of femtocell networks with the existing macrocell networks are also essential. These modifications change the signal flow for handover procedures due to different 2-tier cell (macrocell and femtocell) environment. The handover between two networks should be performed with minimum signaling. A frequent and unnecessary handover is another problem for hierarchical femtocell/macrocell network environment that must be minimized. This work studies the details mobility management schemes for small and medium scale femtocell network deployment. To do that, firstly we present two different network architectures for small scale and medium scale WCDMA femtocell deployment. The details handover call flow for these two network architectures and CAC scheme to minimize the unnecessary handovers are proposed for the integrated femtocell/macrocell networks. The numerical analysis for the proposed M/M/N/N queuing scheme and the simulation results of the proposed CAC scheme demonstrate the handover call control performances for femtocell environment.

연구 동기 및 목표

• 계층적 매크로-페미토셀 네트워크에서 빈번하고 불필요한 핸드오버 문제를 해결하기 위해.
• 통합된 페미토셀 및 매크로셀 네트워크에서 핸드오버 절차 동안 신호 처리 오버헤드를 최소화하기 위해.
• 소규모 및 중규모 WCDMA 페미토셀 배포를 위한 확장 가능한 네트워크 아키텍처를 설계하기 위해.
• 펑-퐁 핸드오버 효과를 줄이는 콜 신청 제어(CAC) 기법을 개발하기 위해.
• 대기열 이론과 시뮬레이션을 사용하여 제안된 핸드오버 제어 메커니즘의 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 소규모 및 중규모 WCDMA 페미토셀 배포에 적합한 두 가지 별개의 네트워크 아키텍처를 제안하며, 다양한 배포 시나리오에 맞게 최적화한다.
• 두 아키텍처 모두에 대해 핸드오버 호출 흐름을 상세히 설계하며, 기존 프로토콜을 2단계 매크로-페미토셀 환경에 적응시킨다.
• 핸드오버 승인을 조절하고 불필요한 핸드오버를 줄이기 위해 M/M/N/N 대기열 모델 기반의 콜 신청 제어(CAC) 기법을 도입한다.
• 다양한 트래픽 부하 조건에서 시스템 안정성과 성능을 평가하기 위해 M/M/N/N 대기열 모델에 수치 분석을 적용한다.
• 제안된 CAC 기법의 효과성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행하여 핸드오버 신호 처리 오버헤드를 최소화하고 제어 성능을 향상시킨다.
• 실제 페미토셀 배포 시나리오에서 핸드오버 제어 성능을 평가하기 위해 분석 모델링과 시뮬레이션의 조합을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 매크로-페미토셀 WCDMA 네트워크에서 핸드오버 신호 처리 오버헤드는 어떻게 최소화할 수 있는가?
• RQ2 소규모 및 중규모 페미토셀 배포에서 효율적인 핸드오버 제어를 지원하는 아키텍처 설계는 무엇인가?
• RQ3 M/M/N/N 대기열 기반 CAC 기법이 계층적 페미토셀 네트워크에서 불필요한 핸드오버를 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ4 다양한 트래픽 및 부하 조건에서 제안된 핸드오버 제어 메커니즘은 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ5 CAC 기법은 펑-퐁 핸드오버 감소와 시스템 안정성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 CAC 기법은 대기열 상태와 부하 조건에 기반한 승인 조절을 통해 불필요한 핸드오버를 효과적으로 줄인다.
• M/M/N/N 대기열 모델의 수치 분석을 통해 다양한 트래픽 부하 조건에서 시스템의 안정성과 예측 가능한 성능이 확인된다.
• 시뮬레이션 결과는 기존 방법과 비교해 핸드오버 절차 중 신호 처리 오버헤드가 크게 감소함을 입증한다.
• 핸드오버 제어 메커니즘이 2단계 페미토셀/매크로셀 환경에서 펑-퐁 효과를 성공적으로 최소화한다.
• 제안된 두 가지 네트워크 아키텍처는 소규모 및 중규모 시나리오에서 WCDMA 페미토셀 네트워크의 확장성 있고 효율적인 배포를 가능하게 한다.
• CAC와 핸드오버 제어의 통합은 전체 네트워크 성능 향상과 자원 활용도 향상에 기여한다.