TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 8, August 201 4, pp. 6313 ~ 6323   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.611 0          6313     Re cei v ed Fe brua ry 20, 20 14; Re vised  April 17, 201 4; Acce pted  May 3, 201 4   Handover Scen arios for Mobile WiMAX and Wireless  LAN He terogeneous Network       N.M.A.E.D. Wiras t uti* 1 , C.C.W. Em e h el 2  1 Departme n t of Electrical En gi neer ing, F a cu lt y of Eng i ne eri n g, Uda y a na U n iversit y ,   Bukit Jimbar an  Campuss, Ba dun g, Ba li, Ind ones ia, T e lp/Fax: 0 361- 70 33 15   2 Geotech T e chnol og y Lim i ted,   Herb ert Macau l a y  W a y, W u se  Z one 4, Abuj a, Neger ia, T e lp: 09-62 30 364   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : de w i . w ir astuti @ee.u nud. ac.i d      A b st r a ct   T h is p a p e r pr esents  pro pos ed  ha ndov er  scenar ios f o r  a h e tero gen eo us n e tw ork co mpr i sin g   mo bil e  w o rldw i de inter o p e rab ility for Micro w ave Access and W i re less  Loca l  Area N e tw ork segme n ts.  Ho mo gen ous  h and over sce na rios for a  mo bi l e  W i MAX net w o rk are  also c o nsid ered to  all o w  a comp arativ e  ana lysis. A mo bile  no de su pp orting vo ice tra ffic is  analys ed , w hen oper ati ng in  a ha lf-cell  overla p cover a g e   scenar io, for b o th pe destri a n  and v ehic u l a r  spee ds. All  pr opos ed  han do ver scen a rios  are ass e ssed   and   valid ated thr o ugh syste m - l e v el Me dia In d epe nd ent H a n dover netw o rk  simulati ons. Results  for b o th  ho mo gen ous   and  het erog en eous  ha nd ove r  show  that  t he  han dov er  del ay a n d  jitt e r ar e w i thin   the  accepta b l e  va l ues  pub lish e d  by th e W i MA X F o ru m.  F o r  heter oge ne ou s ha ndov er, the  packet  los s  is   neg lig ibl e  for   all  cases;  how ever, ther e w e re si gnific ant  occurre nces  of  pack e t l o ss i n  thro ug hput  for   ho mo gen ous  h and over at v e h i cular s p e eds.  T h is is d ue to t he fact that the  im ple m entati o n of an  ad aptiv e  chan nel sc ann i ng al gorith m  to  alloc a te scan n i ng  intervals can lim i t comm uni ca ti on  d i srup tio n s .     Ke y w ords : bro adb an d, w i rele ss commu n ic ation, ha nd over  sche m es, mob i le co mmu n icati on, VoIP      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  The ITU  sta ndardisation  of mobile  World w ide i n te rope ra bility for Mi cro w av e Access  (WiMAX )  a s   a third  ge neration (3G )  ne twork h a s  giv en  n e two r k  operators  with the o ppo rtu n ity  to provide  a  new  mean s f o r the m obil e  user to   gai n acce ss to l o w-co st b r oa dban d Intern et  servi c e s   [1].  Whe n   co m b ined with Wirel e ss-Lo cal  Area Net w ork (W-LA N ) solutio n s,   widely  referred  to a s  WiFi, it b e co mes  po ssi ble  to prov ide  seamle ss wi re less In ternet acce ss  thro u gh  an hie r archi c al heteroge n eou s net work architectu re  that is inde pend ent of traditional  cell ular  netwo rk  soluti ons.    The literatu r e cont ains  several prop osal s for th e archite c ture and p e rfo r man c e   evaluation cri t eria  fo r WiM AX  and WiFi integratio n [2 -8]. A VHT C   (Vertical  Han doff Tra n sl ation   Centre)  archit ecture for  Wi MAX and Wi Fi heterogen eou s networks is p r o p o s ed  in [2] to improve  the tran smi s sion  quality  of se rvice  (QoS ) g uarantee s. Thi s  pape r al so  introd uces  new  approa che s   and a r chite c t u re s for pa cket tran sl atio n, QoS map p ing, ban dwi d th borro win g   management and vertic al handover  protoc ols  to achieve advan ced s e amles s  heterogeneous  wirel e ss  networks. In  [3], a  ne w d e si gn f o r  a  WiMAX  and  WiFi  ad a p tation laye r i s  int r od uce d  t o   redu ce the d e l ay in the protocol laye r.   A new u s er-centric alg o rith m for ve rtical   hand over i n  e x isting  stand a r d te chn o logi es, li ke  802.11  and  8 02.16, which  com b ine s  a   trigge r to  con t inuou sly mai n tain the  co n nectio n  an d t o   maximise  the  user throug hput i s   pro p o se d in  [4],  while  an  inte grated  a r chitecture  utilisin g a   novel WiMA X/WiFi Acce ss Poi n t (AP) device to effectively co mbine the  WiMAX and  WiFi   techn o logie s  is stu d ied  i n  [5], where  the  WiMAX/WiFi  AP dev ice and   the  extended   Me dia  Acce ss Co ntrol (MAC) fun c tionality ena ble ea ch  Wi Fi hotspot to  supp ort co n nectio n -o rient ed  transmissio ns and differenti a ted se rvice s .    Furthe rmo r e,  the pro pose d  QoS provisioni ng m e cha n ism s  for int egrate d  WiM AX/WiFi  system s a r e i n trodu ce d in [ 6 ]. This  wo rk  pre s ent s the   module s   req u ired to  provid e an i n tegrat ed   QoS app roa c h over the 80 2.16 network, and add re sses  main im pl ementation  re sults in terms of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  631 3 –  6323   6314 QoS perform ance and mo bility with QoS support for conv erged networks com p risi ng  WiMA X  and Wi Fi tech nologi es.    A quantitative evaluation  of in tegrating  WiMAX and  WiFi ca pa ci ty is given in [7].  A  resou r ce ma nagem ent scheme for  Wi MAX and Wi Fi hand over  sup portin g  vo ice ove r  IP (VoIP)  is p r o p o s ed   and  analy s ed , based  on  the bl ockin g   prob ability of  ne w  call s  while  redu cin g  the  drop ping  pro bability of ha ndover  call s.  While i n  [8], a propo sed   model fo r op timal pri c ing  for  band width  sharin g in an  integrated  WiMAX/WiFi  network is  pre s ente d , where the li ce nse d   WiMAX sp ect r um is  sha r e d  by WiFi APs/route r s to  provide Intern et conn ectivity to mobile WiFi   use r s.   The pro p o s al s  fo r WiMAX and WiFi   inte gration   a r chitecture  a nd p e rform a n c e e v aluation  crite r ia previously mentio ned  are m o st ly analysed  for fixed  Wi M AX and  WiFi  acce ss  network  integratio n. T o  the b e st o f  our  kno w le dge,  ho weve r, no m obile  WiMAX a n d  WiFi  hand o v er  scena rio ha s  been a nalyse d.  In this  pap er, VoIP traffic is  used  as  a u s e r   appl ication  mod e l . Even for  WiMAX   techn o logy p r imarily focu sed on mo bile  Internet  se rv ice s , spe c ial  handli ng of VoIP traffic in the  physi cal a nd  MAC laye rs i s  requi red  to  maximise  vo ice ca pa city.  Also,  the efficient su ppo rt  of  voice traffic h a s  always  be en o ne  of the  key  metri c s  for evalu a ting  and  sele ctin g ra dio  acce ss  tec h nologies  [9].   The achievement of seam less mobility in an  integrated mobile  Wi MAX/WiFi network wil l   depe nd, to a large extent, on maintaini n g tolerabl e sy stem thro ugh put, delay, jitter and p a cke t   loss du ring  h o moge nou s  and h e tero ge neou s h and o v er bet ween   netwo rks  at pede stria n  a nd  vehicul a r sp e eds.   Th ese perfo rman ce  crite r ia  will f o rm th e b a si s of  the  sim u lation  analy s is  pre s ente d  in this pa per.   The p ape r i s  org ani sed  a s  follo ws. In  se ction  two,  the u nde rlying te chn o log y  and  foundatio ns  o f  mobile Wi M AX are con s i dere d . Sectio n three  discu s ses  han dov er types in m o re  detail with  an  empha si s o n  heteroge ne ous  han dove r  from a  mob ile WiMAX to  a WiFi a c ce ss  netwo rk. T h e  desi gn of th e han dover  scen ario s a nd  t he simul a tio n  with voice traffic at different  spe e d s  for h a lf-cell  ove r la p covera ge  a r e  ca rrie d  o u t in  se ction fo ur. Se ction fi ve analy s e s  t he  simulatio n  re sults an d, finally, section six draw s con c lusio n s an d indicate s the in tended di re ction   of future res e arch.      2. Rese arch  Metho d   2.1. Introduc tion   A system-l evel MIH netwo rk  simulatio n   for homo gen ous a nd hete r oge neo us h andov e r   scena rio s   wi th half-cell  overlap  coverag e  i s  u s ed to  study  mobile  Wi MAX hand o v er  perfo rman ce.  Five cell s  a r e u s e d  in t he si mulatio n , with e a ch  cell’ s  coverage ove r la pp ing  anothe r  by 2 50m. Th e  distance  bet wee n  the  centre s of two ove r l appin g   cell s i s  7 50m  an d  a   cell’ s di amet er i s   500m.   The  simul a te d traffic is consta nt bit  rate voice  with u s e r  d a tag r am  proto c ol a s  the tran spo r t layer protocol  and with  a voice pa cket size of 160 by tes (e.g. 5 voice   packet s  =  80 0 bytes)  and  a voice p a cket interval   o f  0.02s. An  MN supp ortin g  voice traffic is  observed  at  a ped est r ian  spe ed  (5 km /h), low ve hi cula r  spe ed  (60 k m/h) an d  high ve hicul a r  spe ed  (120 km/h). The  MIH ha ndove r  p e rform a n c e i s  asse ssed a n d  analy s ed  u s ing th e net work  s i mulator NS -2.    2.2. Handov er Scenarios   2.2.1. Homoge nou s  Hand ov er    The hom oge neou s mobil e  WiMAX han dover sce n a r i o  is modell e d  as in Figu re  1. Five   BSs (define d  as BS1, BS2, BS3, BS4 an d BS5), an ASN-G W ro ute r  and a CS N node involvin g  a CN  are m o delled. An M N  traverse s t he five  BSs starting from  the Hom e  Ne twork BS1 (HN   BS1) to Foreign Net w ork  B S s  (FN BSs ), whic h are BS2 to BS5.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Han d o v er S c enari o s fo r Mobile WiMAX  and Wi rele ss LAN… (N.M. A .E.D. Wirast uti)  6315     Figure 1. Ho megen eou s  Han dover S c enari o  at Half -cell Ove r la p Coverage       2.2.2.  Heterog e neo u s Han dov er   This scenari o  is illust rated in Fi gure  2.  At  point  “A”  (i.e. within the coverage  area of  a  WiFi AP (AP1)), a mobile u s er  start s  a voice se ssio n with anothe r use r  in the CN usin g an M M T.  From  point  “A” to p o int  “B”, the u s e r   is at  a pede strian  spee d of  5km/h  a n d   expe rien ce s a   hand over to  a WiMAX net work in BS1.  Then, the u s er  move s from point  “B”  to point “C”  a t  a  spe ed  of 60 km/h, han ding  over from  B S 1 to BS2.  A fterwards , from point  “C ” to point “D ” ,  the  use r  a c cele ra tes to 12 0km/h, handi ng ov er fro m  BS2 to BS3 and  m a intain s this  spe ed to p o in t  “E” in BS4. The user then  moves to poi nt “F” han di n g  over from B S 4 to BS5 at  60km/h. At point  “G”, th e u s e r ’ s   spee d redu ce s to 5 k m/h  and h and s  over to AP2. In  this  scena rio,  it is a s sume d   that WiFi and  WiMAX servi c e s  are offe re d by the sam e  servi c e p r o v ider.          Figure 2. Het e rog ene ou s Han dover S c enar i o  at Half -cell Ove r la p Coverage       2.2.3.  The Ha ndov er Simulation Flo w   c h ar t  The  simul a tio n  an d MIH ha ndover flow charts  a r e  give n in  Figu re s 3  and  4,  re spe c tively,  whi c h illu strate the  co nfigu r ation  and  be hav iour of th e ha ndove r   script s in  NS -2.    The  Wi M A X  controlle r age nt  messag es  are m app ed  betwe en the  BSs via the  MAC ‘0’  chan nel for effe ctive   updatin g of the routing t able an d for sendi ng  ne ighbo ur ad vertisem ent ,  Uplin k Chan nel   De sc ripto r  ( U CD ) ,  Downlin k Chan nel De scripto r   (DCD)  an d  synchro n isatio n  me ssage s bet wee n   the BSs throu gh the ba ckb one lin k.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 0 46                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  631 3 –  6323   6316     Figure 3. Han dover Flo w  Chart for the A P I Script            Figure 4. Simulation Flo w  Cha r t    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Han d o v er S c enari o s fo r Mobile WiMAX  and Wi rele ss LAN… (N.M. A .E.D. Wirast uti)  6317 2.3.  Simulation Parameters a nd Ne t w o r k Con f igura t ion  The sim u latio n  para m eters are sh own in  Table 1. T he MIHF ro uting proto c ol  Noa h  is  use d  to han dl e nod e ID ch ange  and int e rworkin g  bet wee n  WiFi  an d WiMAX inte rface s , an d th e   WiMAX and  mobility modules used in  the NS -2  sim u lations are  desi gned by  NIST [10]. T he  NIST ap plication p r og ram  i n terface  (API) ha ndove r   script  is modifi ed in  orde r to  implem ent t he  hand over sce nario s.     Table 1. Simulation Para meters  Simula tion  para meter      Values   MAC/802_16 sca n iterations   5  MAC/802_16 sca n duration   50 s  MAC/802_16 int e rleaving interval  40 s  MAC/802_16 link going do w n  fact or   1.1  MAC/802_16  UC D interval  5 s  MAC/802_16  DC D interval  5 s  MAC/802_16 ch annel number   0  WiMAX Frequen cy   band w i dth   5 MHz  WiMAX bit rate band w i dth   10 Mbps  WiFi frequenc y  b and w i dth   5 MHz  WiFi bit rate ban dw idth   11 Mbps  Number of cha n n e ls per base station  5 (0-4 )   Modulation and code rate   OFDM  16  QAM  3/4  Vehicular speeds  60 km/h and 120  km/h  Pedestrian spee d  5 km/h  Number of  packets sent per second  50  Freque nc y  ban d   3.5 GHz   Cy clic Pr efix   0  Base station tran smit pow e r   15 W  Base station coverage a r ea ( H igh  dense Urban )   500 m   Channel t y pe   Wireless channel  Radio propa gatio n model  T w o ra y g r ound   Wireless interface queue length   50  Antenna model   Omni directional  antenna   Routing protocol   Noah  (mo d ified DSDV  for inter technolo g y   routing)   Number  of base stations  5  Number of  access points  2  Number of sub n e t  for horizontal h andover   13  Number of sub n e t  for vertical hand over  15  Scheduling algorithm   Round ro bin      2.3.1.  Homoge neo u s Han dov er MIP Addres sing        Figure 5. Hori zontal  Han d o v er with No de  ID and IP Addre ssi ng      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 0 46                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  631 3 –  6323   6318 At the sta r t of  the  simul a tio n , the M N  80 2. 16 inte rfa c e  is a ssi gned  I P  add re ss 2. 0.2 an d  node ID 18. T h is is the PoA  paramete r  at  the HN  BS1. The virtual m u lti-interfa c e  node, sh own in   Figure 5, i s   assign ed IP  addr ess  12.0 . 0 and  nod e  ID 7. Thi s  model s CMIPv6  IP  address  assignm ent o n  the MS. T he remaini n g  IP addr e s se s an d no de I D  a ssi gnme n t s on the  oth e r  interfaces are  sho w n  in Fi g u re  5. Virtual  initia lising  cel l s an d multi - i n terfaces ma ke the  M N  MI H   cap able. Th e  BSs, multi-i n terface no d e s, ASN -G W and  CSN-CN, are  assig n ed to different  sub nets to gi ve a total  of t h irteen   subn e t s (0 to   12 ). E a ch  subn et h a s  differe nt cl usters an d e a c h  clu s ter ha s di fferent node s.   From the  sim u lation, it can  be ob serve d  that  as the  MS traverse s the BSs , the PoA IP   address  chan ges to the n e w  CCoA in e a ch  sub net.  This cau s e s  h andove r  in La yer 3 (i.e. the  IP  address of no de 18 ke ep s cha ngin g  unt il it becomes  6.0.2 in the last  sub n et or FN of BS5). This  is a s  a  re sult  of statele s s  auto-config uration by the  CMIPv6  in th e MN  wh en  a ne w net wo rk  prefix is d e te cted by the  BSs with the  sup por t  of route adve rtisement b r oa d c a s ts. Th e m u lti- interface no d e  on the MS (nod e 7) m a i n tains IP  add ress 1 2 .0.0 throu gho ut the journey wit h  the  clu s ter an d the node ID re maining u n ch ange d.     2.3.2.  Heterog eneo us Han dov er MIP Addres s ing  The IP add resse s  a n d  node ID  assignm ents netwo r k fo r the MMT  used in   hetero gen eo us net work si mulation are illustrate d in Figure 6. The MMT PoA IP addre ss a n d   node  ID  (for the virtu a l  multi-interfa c e no de)  a r e  14.0.0 a nd  7 ,  re spe c tively; for the  Wi MAX   interface, the subnet a ssi g ned is IP add ress 2. 0.2 an d node ID 18 ; and for the WiFi interfa c e,  the sub net assign ed is IP  addre s s 2.0.3 and no de ID  21.          Figure 6. Het e rog ene ou s Han dover  with Nod e  ID an d IP Addressi ng            Figure 7. Co A IP Addresses Chan ge in  Hetero gen eo us Hand over    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Han d o v er S c enari o s fo r Mobile WiMAX  and Wi rele ss LAN… (N.M. A .E.D. Wirast uti)  6319 The M M T  op erate s  fo ur a gents:  MIHF,  CMIP v6, Ha n dover (HA) a nd Inte rface  Manag er  Flow (IFA CE MGR). The  CoA IP address ch ang es of the MMT durin g the  hetero gen e ous  hand over p r o c e ss i s  sh own in Figure 7. The ND m o dule s  are in st alled in the two interfa c e s  of  the MMT,  viz . :  interface 0 (i face0 –  WiFi i n terface) a n d  interface 1  (iface 1 – WiMA X interface ) .   Starting from  AP1 covera g e  area (Figu r e 7),  sub net 12.0.0, the ND modul e periodically  sen d s  bea co n sig nal s an d Ro ute Advertise m ent (R A) b r oa dca s ts  con s tantl y  in its cove rag e   area.  The  M M T is set in  “P1” (Figu r e  7 ) . On  ente r in g this covera ge a r ea, th e  MN  con n e c ts to a  cha nnel, follo wing time  an d frequ en cy synchro n is ation. The  ND  module i n  th e WiFi inte rf ace   receives RA f r om  sub net 1 2 .0.0 of AP1  with info rmati on (e.g. ro ute r  life-time, n e twork  prefix lif e- time, netwo rk prefix (in thi s  ca se 1 2 .0.0)  and BS RA  in terval). If the CMIPv6 age n t  in the MMT i s   enabl ed, this  informatio n is used to  ca rry out st atele s s a u to-config uration  an d a ssi gn s a  CoA  IP   address of 1 2 .0.1 on the WiFi interfa c e. This  is the n  followed by  a binding up date, whe r e the   MN se nd s the autoconfigu r ed IP addr e ss ove r  this i n terface to  the netwo rk. In  the event when  the MN ente r s AP1 coverage area wit hout re ce ivin g an RA bro adcast, the CMIPv6 agent will  requ est  the  ND m odule  in  iface 0  to  se nd  a Rout e S o licitation (RS) b r oad ca st. Th e  ND m odule  i n   sub net 12.0. 0 re ceive s  RS from the  WiFi inte rface, pro c e s ses it and send s an RA b r o a dca s t   contai ning B S  router net work info rmatio n, which is u s ed to obtain a  CoA.   At “P2” (Fig u r e 7 ) , the MMT moves from AP1 to BS1. On leavi ng the AP1  coverage   area, the net work  prefix 12.0.0 on the  ND  module  of the MN  will  expire. At the sam e  time, t h e  MIHF a gent i n  subn et 12. 0.0 of the  AP1 an d  sub net  2.0.0 of th e  BS1 add s M A C  chan nel s  for  MPDU  comm unication; the  MMT sub net  14.0.0 add s  IFACEMGR  agent. In add ition, the MIHF  agent add s  MAC ch annel s to the WiFi  interface IP  address (12. 0.1) and  Wi MAX  interface IP  address (2.0. 2 ) to comm un icate with t he  MAC cha nnel s created in the AP1 and BS1.   At perio dic  times,  subnet 14.0.0 of t he MM T  will receiv e the status of the local MI H  using the  MIH- Get_Status functio n  me ssage i n  ifa c e0  and  iface1  with lin k i den tification (I D) inform ation  (i.e.  link type), M A C MN num ber an d MAC PoA number.   In the MMT  subn et 14.0.0, the MIHF and   HA agent s re ceive a  link d e t e ct ed  trigger, while the  IFACEMGR   agent re ceive s  MIH events. If  the new inte rface is o p timal, a conn ecti on is l aun ch e d  over the lin k, makin g  the  MIHF and HA  agent s to  re ceive a  li nk up  trigg e r  and  IFACEMG R  a gent to  re ceiv e MIH event s. This chan ge s  the link  ID parameters . A fterwards , during the  li nk up  tri gge r a n d du ring  h a n dover in  su b net  14.0.0 of M M T, the HA   agent  re ceiv es th e ne w  pr efix 2.0.0 f r om th e BS1  su ch th at th e old  address is 1 2 .0.1 (on th e WiFi interf ace )   and th e new a ddre ss i s  2.0.2 (on the WiM A X  interface).   At some poi nt in subnet 14.0.0 of t he MMT, the MIHF agent  sends a  capability   discovery  re q uest,  whi c h  is re ceive d  in  subnet  2.0.0  o f  BS1. It then  sen d s a  ca pa bility discovery  respon se to   sub net 14.0. 0 of MMT. If the ne w Wi M AX interface  offers  a bette r option, it  starts  che c king fo r f l ows in o r d e r  to redi re ct pa ckets.  Th e M M T studi es SFID 0 u s in g if ace 0  an d SFI D   1  us in g ifa c e1 . If  ifa c e1  is  be tte r  th an ifa c e0 ,  the f l ow i s   redi re cted to  it. Su bse que ntly, the   CMIPv6 ag en t in the M M T  sen d s re directed me ss age s u s in g ifa c e 1 . The  MIPv6 age nt in  CN  IP  address of 0. 0.0 re ceive s  redire cted MP DU p a cket s from ifac e 1 . Th e CMIPv6 ag ent in the MM T   rec e iv es   ACK  for  redi re cted p a cket s from  CN IP a ddre s s  0.0.0. The  exchan ge of  ca pabil i ty   discovery bet wee n  su bnet  2.0.0 of BS1  and subn et 14.0.0 of MMT will contin ue.   From  “P4” to  “P7”  (Fig ure  7), the IP a ddre s s of the  MMT inte rfa c e  cha nge s i t s CoA   based o n  th e dom ain p r efix broa dca s ts  re ceived  from the  BSs (BS2 to   BS5) a s  the  MN  traverse s the s e BS’s cove rage a r e a s. At “P8” (Fig ure  7), iface1 i s  in the covera ge are a  of BS5  but iface0, on  receivin g a b eacon si gnal  and net wo rk  prefix bro a d c ast from AP2 , wake s up th e   interface and  assume s a CoA IP address of 13. 0.1. The flows  are mo nitore d to obtain the   optimum inte rface. In AP2  coverage  are a , the flow  i s   fully redirecte d  to iface0. T he MIHF  ag e n t  contin ue s to sen d  link  sca n  sign als to t he covera ge  area  and  re ceives a  scan  respon se  whi l e  contin uing to study flows u n til MIHF  and  HA agents in  iface1 re ceiv e the  link goi ng down  trigger  with the IFACEMGR event  [35-37] .       3. Results a nd Analy s is  The sim u lati on of the MAC layer ha s bee n ca rri ed out for the homo gen ous a n d   hetero gen eo us han dove r  scena rio s . These  simu latio n s have mea s ured the MA C PDU of voice   packet s  that  are  sent by th e MS at  the variou s  spe e d s  previou s ly i dentified. In this  se ction, th ree   hand over pe rforman c e  crit eria a r e an alysed,  vi z .: han dover del ay, jitter and thro ughp ut.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  631 3 –  6323   6320 3.1.  Homoge neo u s Han dov er Scenario   3.1.  1. Pedestria n  Speed   Figure 8 sho w s th e thro u ghput p e rfo r manc e of ho mogen eou s  hand over at  pede stria n   spe ed. It can  be seen th a t  a uniform t h rou ghp ut  (5 0pa ckets/s) o c curs du rin g   the interle a ving   interval  with b o th the tran smit and  re cei v e vo ice MA C PDU p a cke t s having  the  same  thro ugh put   for the  jou r n e y from  a  HN to  FNs.  Th e throug hput  falls to a b o u t 45p acket s /s d u ri ng th e  first   hand over (4 0 0 s of simulat i on time) an d to about  46pa ckets/s d u ring the se con d  (95 0  s of  simulatio n  time), third  (1500 s of si mulation tim e ) an d fourt h  (20 5 0 s  of simulatio n  time)  hand overs. From ob se rvati ons d u ri ng th e simul a tion, this occu rs d ue to lowe r p a cket loss d u r ing  synchro n isation and resum ed ch ann el scan ning.                                 Figure 8. Thr ough put for Pede strian Sp eed at Half-cell Overlap  Coverag e       There wa s a  small in cide nce of p a cke t  loss  in tran smit and  re ceive throu g h put in the   first inte rleavi ng inte rval  (le s s than  25 0s  of sim u lation   time) in  the  coverag e  a r e a  of BS1  due  to  errors intro d u c ed by the ra dio pro pag ation enviro n me nt.      3.1.2. Lo w   V e hicular Spe e d      Figure 9. Through put for L o w Vehi cula r  Speed at Half -cell Ove r la p Coverage        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Han d o v er S c enari o s fo r Mobile WiMAX  and Wi rele ss LAN… (N.M. A .E.D. Wirast uti)  6321 From Fig u re  9, it can be seen that the  tran smit voice MAC  PDU ha s no n-unifo rm   throug hput, i n  the  regi on  of 60 p a cket s/s, whil e uni fo rm throug hpu t is pe rforme d by the  re cei v er  voice MA C PDU. Th e no n-uniform th rou ghput o c curs  due to the im pairm ents i n trodu ced by th e   radio  propa g a tion envi r on ment (e.g.  de lay and  Dop p l er   spread  ca use d  by the  relative motio n  of  the MN and t he BSs), which affects the  OFDM   symb ols of the voice MAC PDU  packet s .  Duri ng a han dover, the pa cket loss rate  is  about 50 p a ckets/ s or th e equivalent  of 8000   bytes/s. Th ese pa cket losses o c cur  du ring time  an d frequ en cy syn c hroni sation i n  the targ et BS   at network  re -entry. At the  begi nnin g  of  tran smi ssi on , it is  ob se rved that  the i n itial pa cket lo ss  rate i s   app rox i mately 5  pa ckets/ s d u e  to  delayed  net work e n try d u ri ng the   start  o f  the  simulati on   at the HN. After the final h andove r , the throug hput s are in crea se d grad ually a nd then rema in  stable. T he rapid in crea se  of  throu ghp ut occu rs  be cau s e  of an i n crea se in v o ice MA C P D Us  due to  pa cke t  redi re ction  on the  wi rele ss inte rfac e  buffer  of the  BSs. Wh erea s, a fai r ly  sta b le   throug hput  o c curs d ue to  the wi red li nk betwe en  th e  BSs an d the  CN,  whi c h i s  not affecte d   by  radio p r o pag ation effects.   The e nd-to -e nd del ay du ring the inte rl eaving inte rval varie s  b e twee n 30  an d 45m s,   risin g  to 47.5 m s du ring h a ndover. Th e end-to -e nd jitter varie s  bet wee n  0 to 15 ms, and, aga in,  run s  to 47.5m s duri ng ha nd over. Example simulatio n  outputs  can b e  see n  in Fig u re s 10 an d 1 1 .    Figure 10. Ha ndover  Delay  for Low Vehi cula r Spee d           Figure 11. Ha ndover  Jitter for Lo w Vehi cular Spe ed      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  631 3 –  6323   6322 3.1.3.  High Vehicul a r Speed    The  simulati on results  show th at the  throu ghp ut follows the  same p a ttern  as l o w  vehicul a r  sp e ed ex cept th at the inte rle a ving inte rv al  is  sho r te r in  the  coverag e  area  of BS1 to  BS4 due to the MN travell i ng at a hig h e r  vehicula r  sp eed. Thi s  re sult can b e  se en in Figu re  12.  The MN  spe n d s mo re time  in BS5 having traversed B S 1 to BS4 at  a faster  simul a tion time.      Figure 12. Th roug hput for  High Vehi cul a r  Spee d at Half-cell Ove r lap Cove rag e        The en d-to -e nd delay a n d  jitter cha r a c t e risti cs  are the sam e  a s  th ose fo r lo w vehicular  spe ed.     3.2.  Heterog e neo u s Han dov er Scenario   The th rou g h put pe rform a nce  of h e terogen eou s h a ndover is illu strated  in  Fi gure  13,  whi c h sho w s an  in stantan e ous pa cket  lo ss  o c curin g  d u ring  the  swit ch m ode. T h i s  i s  du e to a n   addition al pa cket flow, an d the re dire ct ion of  MAC P D Us b e twee n  WiFi an d Wi MAX interfaces  and al so at t he interfa c e  buffer of the  BS. Du ring  h andove r  an d MMT switchi ng from the  WiFi   interface to t he WiMAX in terface  on le aving AP1 to  BS1, the pa cket loss  rate  is 1 p a cket/s. At  the CN, w h ic h rec e iv es lo wer v o i c e MA C PDU,  the p a cket loss rat e  is 4 pa ckets/s.     Figure 13. Wi Fi-Wi MAX Ha ndover T h ro u ghput       On leaving BS5 and entering AP2, the MMT  experi ences an im provem ent in packet   loss rate by 1  packet/s d u e  to entering t he WiFi n e twork.  At the CN, the pa cket loss  rate is  a l so  improve d  by about 4 pa ckets/s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.