Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Energy-efficient enhancements for IEEE 802.11 WLANs: On the way to enable Cellular/Wi-Fi networks interworking
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT), Communication Systems, CoS, Radio Systems Laboratory (RS Lab). (CCS)
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Globally, the number of mobile broadband subscriptions is growing and the amount of mobile data traffic is expected to continue to grow rapidly. In the next five years the number of smartphone subscriptions is expected to more than double, while the amount of mobile traffic per active subscription per month of these subscribers is expected to nearly quadruple.

As a consequence, mobile network operators (MNOs) aim to increase radio network capacity and coverage through heterogeneous deployments. In such heterogeneous networks, wireless local area networks (WLANs) are integrated with wireless wide area networks (WWANs), and there exist a tight interaction between them.

The almost-ubiquitous support for IEEE802.11 WLANs (usually referred to as Wi-Fi®) makes this radio access technology a potential integrated component of near-future mobile broadband. With Wi-Fi completely integrated into mobile access, MNOs would optimize user experience and use of resources by controlling device’s choice of connectivity. In addition to guaranteeing the best user experience, optimal use of access networks should care about energy-efficiency in order to extend device’s battery life.

However, the performance of Wi-Fi is far from meet neither energy-efficiency nor quality of service (QoS) user’s requirements. This radio access technology employs an energy-consuming medium access control (MAC) protocol that wastes both bandwidth and device’s energy resources. Therefore, enhanced MAC protocols, cleverly combined with standardized power saving mechanisms such as automatic power save delivery (APSD), would improve both energy-efficiency and QoS in order to enhance WLANs performance and meet user’s expectations.

In addition, current WLAN discovery mechanisms neither meet requirements of the integrated scenario. Handover operations must be improved in terms of energy efficiency and latency. Consequently, enhanced handover schemes should reduce overall device’s energy consumption during the process, and enable seamless handover between Wi-Fi APs and between cellular/Wi-Fi networks.

During this thesis project, the main challenges of Wi-Fi towards its integration into mobile access broadband have been analyzed. Consequently, a solution has been designed in order to address the identified challenges, which have been introduced in the previous paragraphs. The solution consists of enhancements for IEEE 802.11 WLANs based on current standards that achieve energy-efficiency and QoS, and facilitate Wi-Fi/cellular networks interworking. Finally, a custom-designed simulator has been used to evaluate the proposed solution.

Abstract [sv]

Globalt sett är antalet mobila bredbandsabonnemang ökar och mängden av mobil datatrafik förväntas fortsätta att växa snabbt. Under de kommande fem åren kommer antalet smartphone-abonnemang väntas mer än fördubblas, medan mängden av mobiltrafiken per aktiv prenumeration per månad för dessa abonnenter väntas nästan fyrdubbla. Som en följd av mobiloperatörer som mål att öka sin radio nätkapacitet och täckning genom heterogena distributioner. I sådana heterogena nätverk, är trådlösa lokala nätverk (WLAN) integrerad med trådlösa WAN-nätverk (WWAN), och det finns en tät interaktion mellan dem.

För att möta denna efterfrågan ämnar operatörer av mobila nätverk att öka kapacitet och täckning genom att bygga ut heterogena nätverk. I sådana heterogena nätverk integreras trådlösa lokala nätverk (WLAN) med nätverk med större yttäckning (cellulära nät) med täta interaktioner mellan de olika näten.

Det mycket utbredda stödet för IEEE 802.11-standarden (ofta kallad för Wi-Fi®) för WLAN gör denna radioaccessteknik till en potentiell integrerad komponent för mobilt bredband i den nära framtiden. Med Wi-Fi som en integrerad i det mobila accessnätet kan mobilnätsoperatörer optimera användarupplevelsen och resursanvädningen genom att styra de mobila enheternas val av uppkoppling. Förutom att garantera den bästa användarupplevelsen så bör valet av accessnät ta hänsyn till energieffektiviteten för att förlänga batteridrifttiden för den mobila enheten.

Wi-Fi är dock långt ifrån att uppfylla användarnas krav på energieffektivitet och tjänstekvalitet, eftersom denna radioaccessteknik använder ett mediumaccessprotokoll (MAC) som varken använder bandbredd eller batterienergi effektivt. Därför kan förbättrade MAC-protokoll kombinerade med standardiserade energibesparingslösningar såsom automatic power save delivery (APSD) ge bättre energieffektivitet och tjänstekvalitet, och därmed förbättra WLANs möjligheter att möta användarnas förväntningar.

Dessutom har nuvarande nätverksidentifieringsmekanismer i WLAN svårt att uppfylla kraven i ett scenario med integrerade nätverk, eftersom den nuvarande sökmetoden är långsam och använder mycket energi. En förbättrad lösning bör minska energikonsumtionen under hela processen, och möjliggöra avbrottsfri övergång mellan Wi-Fi accessnoder och mellan cellulära och Wi-Fi-nätverk.

Under detta examensarbete har de största utmaningarna för Wi-Fi under integrationen med mobil bredbandsaccess analyserats. En lösning har utvecklats för att lösa de identifierade problemen som beskrivits ovan. Lösningen består av förbättringar av IEEE 802.11 accessnät, som bygger vidare på existerande standardens energieffektivitets- och tjänstekvalitetslösningar och underlättar samverkan mellan Wi-Fi och cellulära nätverk. Slutligen har en egenutvecklad simulator använts för att utvärdera den föreslagna lösningen.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , xviii,97 p.
Series
TRITA-ICT-EX, 2014:16
Keyword [en]
energy-efficiency, WLAN, Wi-Fi, heterogeneous networks, seamless handover, network discovery
Keyword [sv]
energieffektivitet, WLAN, Wi-Fi, avbrottsfri handover, nätverksidentifiering, heterogena nätverk
National Category
Communication Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-142357OAI: oai:DiVA.org:kth-142357DiVA: diva2:699786
Presentation
2014-02-27, Seminar room Grimeton, Isafjordsgatan 22, Kista, 15:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-03-03 Created: 2014-02-28 Last updated: 2014-03-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3066 kB)261 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 3066 kBChecksum SHA-512
b673c525a7c1fba188c6b18eda1a2be04123eb037634e6920b9db538ddae362c36310d1b1a57e3474ea8d33d541a9700c672e7bdbf379393787ad8560223c66b
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Valdenebro González, Fernando
By organisation
Radio Systems Laboratory (RS Lab)
Communication Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 261 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 354 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf