Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   6 ,  Decem ber   201 9,   pp. 5 351~ 5359   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 6 . pp5351 - 53 59          5351       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   A  comp arativ e st ud y o n h andove r probabil ity anal ysis   for futur e  HetNet s       S. Neera j a ,  A. Abhi shikt ha   Depa rtment  o f  E le c troni cs  and  C om m unic at ion   E ngine er ing,   GIT AM   (Dee m ed  to be  Univer si t y ) ,   I ndia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   N ov   8 ,  201 8   Re vised  Ju l   1 0 ,  201 9   Accepte d  J ul   1 7 , 2 01 9       The  ne ed  of   wir el ess  serv ices  in cre asing   d a y   b y   da y   du e   to   th e  a dvanc ement s   in  th e   field  of   wire le ss   t ec hn olog y   towa rds  5G  for  insta nt   tra nsferri n g   the  m ai ls,   m essa ges  and   v ide o   c alling   without  an y   int err up ti on.   In   LT E   an d  5G   wire le ss   n et wor ks,  m aj or   t ask  i s  to  p rovide  se a m le ss   conne c ti o n  an y wher e,  an y ti m e  when  th e  user  m a y   roa m   among  Hete roge neous  W ire l e ss   Networks   (HetNe ts).   To   achie ve   prope r   m obil ity   m ana geme nt  among  He tNe ts,  handof f   or  hadove r   is  r e quire d.   Hando ve r   Probabil i t y   is  one  of  the   m etri c  to   esti m ate  the   h andove r   p er form anc e,  which   is  a  p roba bi li t y   of  Mobile  Node   to  handov er   the   pre s ent   conn ec t ion  from   the   cur ren t   base   st at i on  to  ano the r  b a se  stat ion   or   enode   B.   In  this   pape r,   hando f f  proba bilit y   an aly s is  i s  done  f or  m ult ipl e   HetNe ts  b ase d   o n  Hand over   Alg orit hm .   To   esti m at e   th is  al gori th m ,   bandwidt h   is  conside red   as  one  of  th e  ke y   p a ramet er .   A  compara t ive   ana l y sis  of  handove r   proba bil i t y   fo r  two,   th ree,  fou r  and   f iv e  He t Nets  has  b ee n   per form ed.   Th e  resul ts  ca n   demons tra te   th at  the   v ari a ti on  of   handove r  prob a bil ity   w it h   respe ct   to  tr aff ic   lo ad,   thre sh old  and  bandw idt h.   I t  is  obs erv ed  th at,   as  th e  num ber   o f  wire le ss   n et wo rks  inc r ea ses   ha ndover   prob abi l i t y   sligh t l y   inc re ase s  with   t raf fic  lo ad.  Th e se  r esult s   ar e  m ore   signifi c ant  to   esti m ate   furthe r  wrong  d ec ision  h andovers   base d  on  th at  Quali t y   of  Serv ic e  (QoS )  is   eva lu at ed   in   pr ac t ic a l  H et Nets   such   a s  integr at ion   of   LTE,   W i - Fi  and   W iMAX   et c.   Ke yw or d s :   Hand off/ha ndover     H an dove r   p r ob abili ty     HetNet   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   S.   Neer a j a,     Dep a rtm ent o f El ect ro nics  and C omm un ic ation   En gin ee rin g,   GI T AM  (D ee m ed  to  be Un i ver sit y),   Gand hi N a ga r,   Rush i konda,  V isa kh a patnam , A nd hr a  Pr a des h,   Pinc od e:   53 0045 , I nd ia .    Em a il :  gitam ne eraj a @g m ai l.com       1.   INTROD U CTION   The  a dvancem ents  in  Wirele ss  an d  M ob il e   Com m un ic at i on  te ch no l og ie s  are  dr a sti cal ly   m ov ing  towa rd s  t he  fif th  ge ner at io n  ( 5G)  cel lular  sy stem s.  W it h  th e  te chnolo gy  a dv a ncem ents,  the  f uture  ge ne rati on  wireless   net work s   will   integ ra te   the   cu rr e nt  wireless   net work s   s uc h  as   L T E,  WiM A X,  WLA N ,   an d  W i - Fi  et c .   to  al lo w  t he   use r  t o  pro vid e   a nyw her e ,  a nyti m e  best  c omm un ic at io n  ser vi ces .  T h e   com bi nation  of   di fferent  wireless  netw orks   with   dif fere nt  acce ss  te c hnologies  are   te r m ed  as  hete rog eneous  wireles s  netw orks   ( He tNet s).  Con se quently ,  the  Mo bile  N odes  (MN’s)  al ways  sel ect   the   best  a vaila ble  netw ork  for  ac cess,  cal le d  t he  “al ways   best  co n n ect ed ''   netwo r k  [1,  2] .  The  m ulti ple   MN’s  with  m ulti ple  interfac es  will   able  to  choose  t he  be s t  li nk   a m on g  al l  a va il able  can did at es.  Ha ndover   or  hand off  is   a  pr ocess   w hi ch  seam le ssl y  trans fer  the   ongo i ng   conve rsati on  f r om   on e  netw ork  to   a no t her  ne twork   wit ho ut  interr up ti on   in  order  to   sup port  the  high   m ob il it y  and  to   pro vid e   the  Q oS   t o  th e  en d  us e rs  durin g  c omm un i cat ion .   Ha ndof fs   ca n  be  div i ded  int o  tw o  t ypes :   1)  a  hand ov e r  t hat  oc cu r  betw een  th e  sim i la r  ty pes  of  netw orks   is  cal le d  a   Horizo ntal  Ha ndoff  e .g.   L TE  to  LT E   and  2)  a   hand over   hand off   tha t  occ ur  betwee n  dissim il ar  typ es   of   net wor ks  is   cal le d  a  Ve rtic al   Ha ndoff   [3 ]   e. g.  LTE  t o  W iM A X.  Ve rtic al   Ha ndoff   he lps   M N  t o  sel ect   the   best  netw ork   a m on g  HetNets   for  pro vid i ng  de sired   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5351   -   5359   5352   QoS.  A n  acc urat e  handoff   al go rithm   design   i s  m ajo r  go al   of  a  networ k  des ign e r  in  ord er  t o  ens ure  MN’ s   can  m ai ntain an  ac ceptable  QoS.    In   t he  li te rature,  m os t  of   the   hand off  al gorit hm s  are  desig ned  bet ween  sim il ar  networks   w hich  a re   base d  on  Re ce ived  Sig nal  St rength  (RSS )  e.g   GS M  t o  G SM  or  CDM A   to  CDM A  [ 4,  5].  Var io us   ve rtic al   hand off  al gorithm s  are  obse rv e d  a nd  desi gn e d  base d  on  a rea  of  a ppli ca ti on   an d  use r  requirem ents  [6 ] .   RSS - base d  ve rtic al   ha ndoff   al gorithm   is  relat ively   m at ur e   an d  eas y  to  reali ze,  howe ver,  t he  la ck  of   com pr ehe ns i ve   consi de rati on   of   dif fer e nt  net work  pa ram et e rs  an d  e nd  use r  requirem ents  li m it s  i ts  per f or m ance  and  ap plica ti on   in h et er ogen eous  en vir onm ent. O ther   tha n  RSS  ba sed ,  va rio us  v erti cal   ha ndoff  al gorith m s  are   pr ese nted  b a se d on Sig nal to   In te r fer e nce  Noise Ra ti o [7 ] , c os t f unct ion a nd addit ive  we igh ti ng  functi on etc.    In   desi gn i ng  cost  f unct ion  base d  ver ti cal   ha ndoff  al gorithm   [8 ] ,  m ulti ple  syst e m   perform ance  par am et ers  an d  en d -   us er   c harac te risti cs  are  t aken  int o  acc ount,   the refo re,  the  al go rithm   perform s  bet te r  th a n  conve ntion al   R SS  base d  ha ndoff  al gorithm .  The  draw bac k  of  this   al gorith m   is  the  la ck  of   ada ptati on  ca pa bili ty  for  on ce   de fine d,   t he  f orm   of   the  c os t  f unct io n  is  fixe d  f or  al l  the  us e rs  a nd  for  al l  the  se r vice  ty pes,   he nce ,  it   is  diff ic ult t o  a da pt   the al gorith m  b ased on dif fer e nt user  re quirem ents, especi al ly  f or   dif f eren t se r vice tr aff ic s.   In  a dd it ive   wei gh ti ng   ba sed   ve rtic al   ha ndoff   al gorithm   [9 ] ,  par am et ers  af f ect ing  ha ndoff   perform ance  are  ch os e n  as  decisi on  fact ors  su c h  as  t hr es ho l d,   e nd  to  e n d  delay   et c.  Di ff e ren t  factors  are  assig ne d  diff e ren t   weig hts  wh ic h  cou l d  be   dy na m ic al l y  adjuste d  acc ordi ng  to   netw ork  sta te   a nd  var io us  us e r  se rv ic es ,  t herefo re,  it   is  po ssible  to   gu a ran te e  dif f eren t  us er  QoS   requirem ent  and   im pr ove  the   perform ance  of   the   w hole   net work  m eanw hile.   Hand off  al gori thm s  based  on  t he  R SS   does   not  m eet   the  requirem ent  of  up per  la ye r   ap plica ti on s   w here  traff ic   is  m or e   an d  se ns it ive   with  ti m e  so   ha ndoff  is   im ple m ented  ba sed  on  the   ba ndwidt h  as   the  m ai n  par am et er.    Ha ndoff  al gorith m   based   on  ba ndwidt h  for  t wo  an d  t hr ee   heter og e ne ou s   wireless  netw orks   are  avail able  in   the   li te ratur e  [10],   [ 11 ] .  I n t his  pa per,  P roba bili ty   of  ha ndoff   an al ysi s  is  done  f or  m ulti ple  HetNets  (tw o,   th ree,  f our  an d  five )  ba se d  on   ha ndover  al gorithm   by  con si de ri ng  ba ndwi dth   as   20M Hz  w hic h  is  s ui ta ble   for  e valuati ng  the  pe rfor m anc e  of   cu rr e nt  wi reless  Het Nets  su c h  as  inte gr a ti on   of   L TE  a nd  W iM AX,  LT E  to  Wi - Fi  et c.   F rom   the  resu lt s,  the  hand ov e r  pro ba bili ty   com par at ive   analy s is  is  car ried  ou t  for  m ulti ple  ( two,  t hr ee,  four a nd  five) Het Nets .       2.   ANALY SIS  O F PROB ABIL ITY O F H A N DOVER   Pr oba bili ty  o f han dove r  is  the  proba bili ty  o f M N  is m ov in g  ou t  of its e xisti ng  netw ork. Cons i der fi ve   netw orks  N 1,   N2,  N3,  N4  a nd  N 5.  A naly ti cal   m od el s  f or  H an dove r  a r e  desi gn e d  for   these  netw ork s  us i ng  Ma rkov M odel   as s how n  in  Fi gure  1 .   He re,    N j N i ( t ) C :  MN   is c hangi ng   f ro m  n et w ork  N i t o netw ork Nj at  tim e t .   Ni ( t ) S :    MN   co ntin ue s  at  curre nt  ne twork  N i at  ti m e t   N j N i P : Pr ob a bili ty   of  MN   tra nsfer ring  f ro m  n et w ork  N i t o netw ork Nj at  tim e t   N i N i P : Pr ob a bili ty  o f   MN   c on ti nu i ng   at   netw ork N i at  tim e t     The  c ha ng e   in  band width   pr oc edure  of  net w ork  i,   i= N  (wh ere  N  is  the   no   of  netw orks)  is  de velo pe d  as  an  M/ M/ Bi   proce ss   [ 11 ] .     Wh ere  Bi ,   t he  m axi m u m   band width  an d  b i  is  the  a va il able  band widt h  of   the  netw ork .  T he  ar rival  rate  of   requirem ent  for  cha nnel s  is  denoted  with  a  Po iss on   distrib ution   with  par a m et er i ,  N i .  a nd  t he   ser vi c e  rate,   at   w hich  t he   cha nnel   is  cl ea red,   wil l  obey   a n  e xponentia l  distrib ut ion  wit h  par am et er  i ,  N i .  i , y ,  N i . y 0 , 1 , . . . . B i Co ns ti tute  the   pro bab il it y  of   occ upie d  cha nnel s  is  y.   Fr om  queu i ng  theo ry r es ult, t he follo wing e qu at io ns h old   i , y i y , y B i       ot he r w i s e , 0   y i i , y i , 0 y ! , 0 y B i                  ( 1)   wh e re    is t raffi c load.   Bi i , 0 y i y0 1 , i 1 , 2 , 3 , 4 , 5 y!                  ( 2)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A com pa r ati ve  stud y  on a ndov er p r obabil it y a naly sis f or f ut ur e  HetN et s (S.  Neeraja)   5353   The  a naly ti cal   m od el   of   ha nd ov e r  f or  tw o  w irel ess  n et w ork s  as  sho wn   i n  Fig ure .  1  (a )    i s  ex plaine d  by  C.  Chi,  et .a l.   [ 10 ].   Co ns id er ,   the  pro bab i li ty   of   handov er  f or   th ree  net works  i.e.  Fig ure .  1  (b ).     In   order   t o  fin d  the  MN   m ov ing   bet we en  di ff e ren t  node s  by  us in g  three  sta te   Ma rko v  desi gn  and   t he  var ia bl es  p,   q  represe nt  the   pro ba bili ty   of  MN   s witc hing   f ro m   N 1  to   N 2  a nd  from   N 2  t o  N 1.  V aria bles  s   a nd  r  re pr ese nt   the  prob a bili ty  o f   MN   m ov ing f ro m  N 3 t o N 2  a nd  N2 to  N3   a nd the   var ia bles  u  a nd t  re present  the   pro ba bili ty   of  MN   s hiftin g  from   N 1  t o  N 3   a nd  N3  t o  N 1 .   T he   pr ob a bili ti es  ( 1 - p - u),  ( 1 - q - r )   a nd  (1 - s - t )    re pr ese nt   the pr ob a bili ty  o f   MN   sta y at   N1,  N2 and  N 3  are  r e pr ese nte d by  P N1 ,P N2     a nd P N3 .           (a)         (b )       (c)     (d )     Fig ure   1. A nal yt ic al   m od e ls   f or h a ndover  b e tween  heter oge neous  w irel ess   netw orks ,   (a )  Ma rko v  M od el   f or   t wo w i reless  netw ork s , (b )  Mar kov  Mod el   for  t hr e e w irel ess  n et works ,   (c )  Ma rko v  M od el   f or   f our w irel ess n et works , (d )  Mar kov  Mod el   for fi ve wirel ess  netw orks       Algori th m :   Prob a bili ty  o f Ha ndover  A l gorithm  b ased  on B andwidt h    Let  av ai la ble  ba ndwidt h of ne twork  b1, b 2, b3 a nd th reshol d G th .   If  a  MN is  at N 1  the n   If     b2  -   b1 ≥     G th , th e  MN   m oves to  N 2   Othe rw ise   sta ys at  N1.   Else  if a  MN   is  at N 1  the n   If    b3  -   b1 ≥     G th , th e  MN   m oves to   N 3   Othe rw ise   sta ys at  N1.   Si m il arly , f or  a   MN   is at   N 2  a nd N3.     2.1.   Mathem ati cal  ca lc ula tio ns  of  MN   st ay i ng  an d   mo v in g  p robabil itie s :   Con si der,  thre e  wireless  ne twork s  as  s how n  in  Fi g ure .  1  (b ).   T he  pr ob a bili ty   of   m ob ile  node  sta yi ng   at   N1 is cal culat e d  as ,     N 1 N 2 N 1 N 3 N 1 N 2 N 2 N 1 N 1 N 3 N 3 N 1 P N1 PP P P P P             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5351   -   5359   5354   P q t p q t u N1                     ( 3)     Si m il arly , f or   N2    MN  stay in g  at   N2  is         P p s p q s r N2                     ( 4)            MN stay ing at   N3 is        P r u r u s t N3                     ( 5)                           The  MN   m ov es  from   it s  pr esent  net work   w hen   t he  band w idth  of  t he   cu r ren t  netw ork  i s  le ss  than   the  oth e r  netw orks   ba ndwi dth   at   th reshold   G th .F or  eac h  ne twork   band width  cha nges   dy nam ic ally  so   c on si de r   the n et wor k  sta ble stat e su c h t hat h a ndove r d oes n ot affect ed by t he  ti m e p e rio d  t.     MN m ov in g  f r om  N 2  to  N1 i s      th P P b 1 b 2 N 1 N 2 G           (6)     MN m ov in g  f r om  N 1   to  N 2   i s      th P P b 2 b 1 N 2 N 1 G           (7)     MN m ov in g  f r om  N 3   to  N1 i s         th P P b 1 b 3 N 1 N 3 G               ( 8)     MN m ov in g  f r om  N 1   to  N 3   i s      th P P b 3 b 1 N 3 N 1 G               ( 9)     MN m ov in g  f r om  N 2   to  N 3   i s      th P P b 3 b 2 N 3 N 2 G               ( 10 )     MN m ov in g  f r om  N 3   to  N 2   i s      th P P b 2 b 3 N 2 N 3 G               ( 11)     MN  sta yi ng at   N1 is      P P P 1 p u 1 N 1 N 1 N 2 N 1 N 3 N 1           ( 12)     MN  sta yi ng  at   N 2   is      P P P 1 q r 1 N 2 N 2 N 1 N 2 N 3 N 2           ( 13)     MN  sta yi ng  at   N 3   is     P P P 1 s t 1 N 3 N 3 N 1 N 3 N 2 N 3           ( 1 4)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A com pa r ati ve  stud y  on a ndov er p r obabil it y a naly sis f or f ut ur e  HetN et s (S.  Neeraja)   5355   B i G th th i , y y0 P b i G ,i 1 , 2 ,3               ( 15)   W it h  in de pe ndent ass um ption s of  b1, b2,  b3  we have     i , B i j j , B j i G th th Bi Bj P P b i b j N i N j i0 j 0 , i j ij w h e r e   i j , i j 1 , 2 , 3   .   G              ( 16 )     2.2.   Prob ab il ity  of  hand ov er  ca l culati on     Assum e,  m axim u m   ba ndwidt h  of  the   net work s   B1=B 2=B3 =B   an d  T raffic   loa d  for  t hr ee   netw orks   is  assigne d  a s,  1 2 3 .    Ther e f or e,   N i N j Q , i j , i j 1 , 2 , 3 P .    Pr oba bili ty  o f han dove r  is,     P P P P P P P P P P P P P H ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 * Q N 1 N 2 N 1 N 2 N 1 N 2 N 3 N 1 N 3 N 1 N 3 N 1 N 2 N 3 N 2 N 3 N 2 N 3   (17)     The  a bove   pro cedure  is   re pea te d  f or   de vel oping  pro ba bili ty  of  hand over  a lgorit hm   fo r   f our   an d  five   netw orks   w hich  a re  s how n  i n  Fig ur e   1( c )   a nd  Fig ure  1( d ).   F or  exam ple,  co ns ide r  m ulti ple  net works  ( N= 5),   then  t he  c orres pondin g  m ov in g   a nd  sta yi ng proba bili ti es o f  t he  MN   are  calc ulate d  as ,     Mov i n g Pr oba bili ty  o f  MN  fr om  Cur re nt N e twork  t o neig hbori ng  netw ork s is,     N i N j th P b i b j , f o r ( i j ) G P                ( 18)     W it h  in de pe ndent ass um ption s of  b1, b2,  b3,  b4, b 5  the n,     th i , , B i j j , , B j i th Bi Bj P P b i b j N i N j G i0 j 0 , i j ij G f o r ( i j ) , i j 1 , 2 , 3 , 4 , 5                  ( 19)     for( i  ≠ j), i =  j   = 1 ,  2,  3,   4, 5   The  sta yi n g  P r ob a bili ti es o f  the MN  is cal cu la te d  as,      N i N i N j N i 1 f o r ( i j ) , i j 1 , 2 , 3 , 4 , 5 PP        ( 20)     N j N j N i N j 1 , f o r ( i j ) , i j 1 , 2 , 3 , 4 , 5 PP                            ( 21 )     Si m il arly , assu m e, Bandwidt h = B 1 = B 2 =  B3 = B 4  = B 5 = B .    Traffic  L oad   of f i ve netw orks   is assum ed  as,   1 2 3 4 5 .    The n,         N i / N j P Q , i j , i j 1 , 2 , 3 , 4 , 5       NN ( ) , i j 1 , 2 , 3 , 4 , 5 N i N j N i i 1 j 1 ij PH PP                  ( 22 )     Fr om   (22 ) , t he Proba bili ty  o f Han dove r (P H) f or  t wo,  th ree,   f our  a nd f i ve  Het N et s   are  ca lc ulate d.   F or tw o netw orks , P roba bili ty  o f  h a ndover   =   PH = Q   T hr ee  n et wor ks ,   p r ob a bili ty  o f han dove r  =   P H=3* Q   F our net works ,   p roba bili ty  o f han dove r  =   P H =6*Q   F ive  netw orks, Pr obabili ty  o f han dove r  =   P H =10* Q   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5351   -   5359   5356   3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS     The   pro ba bili ty   of  ha ndover   (P H )   analy sis  f or  m ulti ple  ( tw o,  th ree,   f our   a nd  fi ve )  HetNe ts   has   been   ca rr ie d o ut   i n  t erm s o f  tra ff ic   load ,  th reshold  and  band widt h.       3.1.   Prob ab il ity  of   hand ov er  v s   t raffic l oad   Fig ure   2     a nd   Table  1  repres ents  the   va riat ion  of  pro ba bili ty   of   ha ndover   with   res pect  t o  tra ff ic   l oa d  for  di ff e ren t  th reshold  value s,   her e  t he  ba nd width   is  fixe d  at   20 M Hz.   F or  five  netw orks  for  a  fi xed   t hr e sh ol d  (G th )= 11,   at   t he   tra ff ic   loa d  ( )=1,    the   pro ba bili ty   of  hand over   is   0.8 1272 178  an d  at   t he   traff ic   loa d  ( )= 8 ,   the  pro bab il it y  of   hand ov e r  is  0.92 2491 97.  It  is  no ti ced  that  si m il arl y  fo r  t wo,  three  a nd  f our  net wor ks ,  at   fixed   thres ho l d value , th e  pro ba bili t y of ha ndover   sli gh tl y i ncr eas es w it h i ncr ea s e in tra ff ic  l oad.           Fig ure   2.  Pro ba bili ty  o f han dove r (P H)   vs t r aff ic  loa d ( )  f or d if fer e nt th res ho l ds   and d i ff e ren t  ne tworks  at ba ndwi dth   ( B ) = 20  MHz       Table  1.   Prob a bili ty  o f h an do ver (PH)  vs   t ra ff ic  loa d ( )  f or  diff e re nt thresh old s   and d i ff e ren t  ne tworks  at ba ndwi dth   ( B )  =20 MHz   S . No .   Tr af f ic load   ( )   Fo r   two  netwo rks   at  G th   =0 ,   P rob ab ility   o f  han d o v er  (PH)   F o r  th ree  n et wo rks   Prob ab ility  o f  han d o v er  (PH)  at  G th =2   F o r  f o u r  n etwo rks   Prob ab ility  o f  han d o v er  (PH)  at  G th   =6   F o r  f iv e netwo rks   Prob ab ility  o f  han d o v er  (PH)  at  G th   = 11   1   1   0 .29 8 7 2 0 7 3   0 .60 6 4 6 1 9 4   0 .73 6 2 6 9 2 3   0 .81 2 7 2 1 7 8   2   2   0 .29 8 7 4 0 9 8   0 .60 6 5 5 1 6 5   0 .73 6 7 4 5 4 5   0 .81 8 3 0 9 3 7   3   3   0 .29 8 7 5 9 3 5   0 .60 6 6 3 4 0 3   0 .73 7 1 9 9 1 8   0 .82 4 0 9 9 7 7   4   4   0 .29 8 7 7 9 6 5   0 .60 6 7 2 6 4 7   0 .73 7 7 3 2 8 6   0 .83 1 7 1 0 0 5   5   5   0 .29 8 8 0 3 7 0   0 .60 6 8 3 7 9 8   0 .73 8 4 1 0 8 1   0 .84 2 6 2 2 4 4   6   6   0 .2 9 8 8 3 3 1 0   0 .60 6 9 7 6 7 6   0 .73 9 3 0 1 8 1   0 .85 8 9 0 3 5 4   7   7   0 .29 8 8 6 9 5 6   0 .60 7 1 5 2 2 2   0 .74 0 4 9 4 3 2   0 .88 3 7 7 2 1 9   8   8   0 .29 8 9 1 5 2 3   0 .60 7 3 7 6 2 6   0 .74 2 1 1 0 6 6   0 .92 2 4 9 1 9 7       3.2.   Prob ab il ity   of  hand ov er  v s  thre sho l d   Fig ure  3   a nd  T able  2   re presen ts  the  var ia ti on   of  pro bab il it y  of  ha ndover   with   res pect  t o  th reshold   f or   diff e re nt  tra ff i c  loa d  val ues   a nd  for   dif fere nt   net wor ks ,   here  the   band widt h  is   fixe d  at   20MHz.   As   t he  num ber   of   netw orks  i nc reases,  t he  th reshold  re qu i r e m ent  of   t he  MN  va ries  du e  to  this  probabil it y  of   ha nd ov e r  is  est i m at ed  at   di ff e ren t   th resho ld  base d  on   th e  no.   of  netw orks .  For   fi ve  ne tworks   at   thr e sh ol d  ( G th )= 11,traf fic  load   ( )= 8   the   pro bab il it y  of  hand ov e r  is   0. 876525 43  a nd  f or  the   th reshold   ( G th )= 15,  t raffic   loa d  ( )=8   the  pr ob a bili ty   of  ha ndover   is  0.6 437302 2.  F or  tw o  net works  at   t hr e s ho l d  (G th )=0,   traff ic   loa d   ( )= 8 ,   the  pro bab il it y  of  hand ov e r   is  0.566 70640  a nd  f or  the   th res hold   ( G th )= 4,    tr aff ic   loa d  ( )=8  the  pro bab il it y  o f  hand ov e r  is  0.1 942773 3.It is o bs er ve d  that t he  proba bili ty  o f han dove r dec reases  with i nc rease in  th reshold.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A com pa r ati ve  stud y  on a ndov er p r obabil it y a naly sis f or f ut ur e  HetN et s (S.  Neeraja)   5357       Fig ure   3 .  Pro ba bili ty  o f han dove r (P H)   vs   T hr es hold  ( G th ) for  diff e re nt Traffic loa d ( )   and d i ff e ren t  ne tworks  at  ba ndwi dth   ( B ) = 20  MHz       Table  2.   Prob a bili ty  o f han do ver (PH)  vs t hr esh old   (G th )  f or  diff e ren t  Tra f fic loa d  ( )   and f or d i ff e re nt n et wor ks  at  band width ( B ) =20 M Hz   S. No   Thresh o ld   ( G th )   F o r  two   n etwo rks   Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH )   At  traff ic  lo ad =8   Thresh o ld     ( G th )   F o r  th ree  n etwo rks   Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH )  At tr af f ic  lo ad =8   Thresh o ld   ( G th )   F o r  f o u r  n etwo rks   Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH)      At  traff ic load =8   Thresh o ld   (G th )   F o r  f iv e  n etwo rks   Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH)      At  traff ic   lo ad =8   1   0   0 .56 6 7 0 6 4 0   2   0 .86 9 0 3 0 0 7   6   0 .87 3 4 4 3 6 3   11   0 .87 6 5 2 5 4 3   2   1   0 .38 3 2 6 1 5 4   3   0 .69 8 1 0 7 4 9   7   0 .77 4 6 4 7 3 1   12   0 .80 7 6 3 6 6 8   3   2   0 .28 9 6 7 6 6 9   4   0 .58 2 8 3 1 9 9   8   0 .69 4 8 8 2 4 3   13   0 .74 6 9 3 4 6 1   4   3   0 .23 2 7 0 2 5 0   5   0 .49 9 6 6 8 4 7   9   0 .62 8 9 7 8 7 8   14   0 .69 2 7 4 6 0 6   5   4   0 .19 4 2 7 7 3 3   6   0 .43 6 7 2 1 8 2   10   0 .57 3 4 6 4 2 7   15   0 .64 3 7 3 0 2 2       3.3.   Prob ab il ity  of   hand ov er  v s . ban dwi dt h   Figure  4   an d   T able  3  re pr ese nt s  the  va riat ion  of  pr ob a bili ty   of  ha nd ov e r  wi th  r espect   to   ba ndwidt h  f or  diff e re nt  thres ho l d  val ues,   he re  the  tra ff ic   lo ad  is  fixe d  at   8.  For  fi ve  net w o r ks   f or  a  fi xe d  th reshold  ( G th )=11,   at   the  traff ic   lo ad  ( )=8,    the  pro ba bili ty   of   ha ndover  is  0.7 692307 7  at   the   band width = 12   and   at   band width  =20   t he  prob a bi li t y  of   hand over  is  0.0 .87 652543.  It  is  noti ced  that  sim il arl y  fo r   tw o,   t hre e  an d  f our  networks ,   at   fixe d  t hr es hold   val ue  of  c orres pondin g  netw ork   a nd  t raffic   loa d,  th e  pro ba bili ty   of  ha ndove r  sl igh tl y  increases  w it h  increase i n ba ndwi dth .           Figure  4 .  Pro ba bili ty  o f h an dove r (P H)   vs   b andwidt h ( B ) f or d if fer e nt t ra ff ic  loa d ( )   and d i ff e ren t  ne tworks  at co nst ant Thres ho l d (G th )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 9  :   5351   -   5359   5358   Table  3.   Prob a bili ty  o f han do ver (PH)  vs  b a ndwidt h (B)  for  c on sta nt t hres ho l d (G t h) = 9,1 0,11    at  t raf fic l oad ( )=8   S.No   Ban d wid th   ( B )   in   MHz   F o r  two   n etwo rks   Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH )  at   traff ic load =8  and   th resh o ld  ( G th ) =0   F o r  th ree  n et wo r k s  Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH )   at   traff ic load =8  and   th resh o ld  ( G th ) =2   F o r  f o u r  n etwo rks   Prob ab ility  o f  h an d o v er  (PH )  at   traff ic load =8  and   th resh o ld  ( G th ) =6   Fo r   f iv e netwo rk s  Prob ab ility  o f   h an d o v er  (PH )  at   traff ic load =8  and   th resh o ld  ( G th ) =1 1   1   12   0 .56 3 8 8 7 4 6   0 .85 4 6 0 2 9 5   0 .83 3 0 1 9 5 4   0 .76 9 2 3 0 7 7   2   13   0 .56 3 4 8 2 6 7   0 .85 6 0 7 6 4 9   0 .84 0 2 5 6 1 1   0 .79 5 0 0 8 2 8   3   14   0 .56 3 4 2 7 9 0   0 .85 7 7 0 1 8 0   0 .84 6 5 1 5 4 7   0 .81 3 9 5 8 0 7   4   15   0 .56 3 6 7 9 3 4   0 .85 9 5 1 8 2 6   0 .85 2 1 1 4 0 1   0 .82 8 9 8 6 6 0   5   16   0 .56 4 1 5 1 2 8   0 .86 1 4 6 9 8 8   0 .85 7 2 0 8 2 7   0 .84 1 4 4 9 3 2   6   17   0 .56 4 7 5 2 6 8   0 .86 3 4 6 6 6 3   0 .86 1 8 6 3 9 6   0 .85 2 0 7 7 4 3   7   18   0 .56 5 4 0 9 1 5   0 .86 5 4 2 5 8 8   0 .86 6 1 0 8 3 3   0 .86 1 2 9 9 4 0   8   19   0 .56 6 0 7 0 1 0   0 .86 7 2 9 0 4 8   0 .86 9 9 6 0 4 7   0 .86 9 3 8 6 4 5   9   20   0 .56 6 7 0 6 4 0   0 .86 9 0 3 0 0 7   0 .87 3 4 4 3 6 3   0 .87 6 5 2 5 4 3       4.   CONCL US I O N     In  this pa per,  t he  m at he m at ical  m od el   of  pr ob a bili ty   of  ha ndover   f or  m ulti ple  heter ogen eous n et w orks  is  dev el op e d.   Th e  analy sis  is  carried  out  by  c om par ing   t he  pro bab il it y  of   hand ov e r  of   m ulti ple  heter ogeneou s   wireless   netw orks   in  te rm s  of   pro bab il it y  of  hand ov e r  vs .   tr aff ic   loa d,  probabil it y  of   hand ov e r  vs .   th reshold  a nd   pro bab il it y  of  hand ov e r  vs .   ba ndwidt h.   Fro m   the  res ults,  i t  is  obser ve d  t hat  inc rease  i n  traff ic   l oad  wit h  fixe d  thres ho l d  the re  is  no  m uch   va ri at ion   in   pro ba bi li t y  of   hand ov er  an d  al s o  obs erv e d  t hat  with  increase  i n  th re sh ol d  the  prob a bili ty   of  ha ndover   is  dec rease d.  Fur ther ,   it   is   al s o   ob s er ved   that   f or  m ulti ple  HetNets ,   at   fixe d  traff i c   load,  the  pro ba bili ty   of   ha nd ov e r  in creases   with  t he   inc re ase  in   nu m ber  of  net wor ks   at   diff e re nt  thre sh ol d  values . The   pro po s ed  pro bab il it y  of   ha dove r   analy sis  is  further   hel pful  f or   m ini m izing  the   w ron g  de ci sion    hand ov e r  pro ba bili ti es  in  pr a ct ic al   HetNets  su c h as  inte gr a ti on   of   L TE,  W i - Fi  a nd  W i MAX e tc .   f or   i m pr ov i ng   their  QoS.            ACKN OWLE DGE MENTS     This  wor k  was   sup ported   un de r  Ea rly   Ca ree r  Re sea rch  A w ard  by  t he  SE RB ,   De par tm e nt  of   Scie nce   and  Tec hnolog y  (D S T),  Ne w   Delhi,   I nd ia   ( Gr a nt   no :  ECR /2016 / 001804  dated:  13 - FEB - 20 17).   The  a ut hors   would l ike to  t hank  t he  m anag em ent f or en c oura ging to wards  researc h  e nvir on m ent.       REFERE NCE S     [1]   S.  Bhosale   and   R .   Daruwal a.,  “ Multi - criter ia   V ert i ca l   Handoff  Dec ision  Algor ithm   Us ing  Hier ar ch y   Model ing  a nd  Additi ve  W ei gh t ing  in  an   Inte gr at ed  W LAN/W i MA X/UM TS  E nvironment - A  Case  Stud y ,”   K SII   Tr ansacti ons  on  Inte rnet   &   Infor mation  Syst ems,   vol.   8 ,   2014 .   [2]   E .  Gus ta fss on  a nd  A   Jons son,  Eri csson  Rese ar ch . ,   “ Alwa y s   B est  Conne ct ed ,”   IEEE  W irel ess   Comm unic ati on s ,   vol.   10 ,   pp .   49 - 5 5,   2003 .   [3]   B .   Ma ,   et  al .,  “ Modeli ng   and   A naly s is f or   Ver tical Handoff   B ase d  on   the Decisi on  Tr ee i n   a   Het ero gene ous   Vehi cl e   Network, ”   IEEE   Acce ss ,   vo l. 5, p p.   8812 - 8824 ,   2 017.   [4]   S.   Nee ra ja   and   G.   S .   Rao ,   “ A  C om par at ive  stud y   on   Handoff  Al gorit hm s  for  GS M  and  CDM A  Cel lular  Ne tworks, ”    Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,   vo l .   7 ,   pp .   1219 - 1227,   201 1.   [5]   S .   Nee r aja,  e t  al. ,  “ Anal y sis  o f  A dapt iv e  H y ster esis  Based   H oriz o nta l   Handoff   Al gorit hm   for   GS M, ”   In te rnation al   Journal  of  Inno vat i ve   Re search   in  Elec tric al ,   El e ct ronics,   Instrum ent ati on  an d  Control  Enginee ring ,   vol.  1 ,   pp.   433 - 437 ,   20 13.   [6]   R .  S .   Chang   and   S .  J .   L eu ,  “ Handoff  Orderi ng  U sing  Signal   Str e ngth  for  Mult im edi a  Com m unicati ons  in   W ire l e s s   Networks, ”   I EEE  Tr ansacti ons  on  Wireless   Comm unic ati ons , v ol.   3 ,   pp .   1526 - 1 532,   2004 .   [7]   K .   Yang,   et   al .,  “ Multi - Dim ensiona l  Adapt ive  SIN R  Based  Vert i c al   Handoff   for  H et ero g ene ous  W i rel ess  Networks, ”   IEE E   Comm unications  Letters ,   v ol.   12 ,   pp .   438 - 4 40,   2008 .   [8]   F .   Zhu   and   J .   McNai r,  “ Optimiz at ions  for   Ver ti c al   H andof f  De cis ion  Algorit hm s, ”   I EE E   Wire le ss   Comm unic ati on s   and  Net work ing Confe renc e ,   pp.   867 - 872,   2004 .   [9]   D .   He,  et  a l . ,   “ A  Sim ple   and  R obust  Vert i ca l   Handoff  Algorithm   for  Hete rog e neousW ire le ss   Mobile   Ne tworks, ”   Wirel ess P ersonal  Comm unic at i ons ,   vol. 59, pp.  361 - 373 ,  2011 .   [10]   C.   Ch i,  e t  al. ,   “ Modeli ng   and   Anal y s is  of   Hand over   Algor it hm s , ”  IE EE  Global   Tele communic a t ions  Confe r enc e ,   pp.   4473 - 4477 ,   2007.   [11]   S.  Nee ra ja  and  G.  S .   Rao ,   “ Perf orm anc e  Anal y s is  of  Bandwid th   Based  Handoff   Algorit hm   for  4 G  Hete roge n eou s   W ire le ss   Ne tw orks  Based   On   W DH OP , ”   ARPN   Journal  o f   Enginee ring   and   App li ed   Sc ie n ce s ,   vo l.  12,   pp .   96 - 106 ,   2017.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A com pa r ati ve  stud y  on a ndov er p r obabil it y a naly sis f or f ut ur e  HetN et s (S.  Neeraja)   5359   BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS        S.  Nee raj a ,   s he  is  pre sently   wor king  as  a  As sist ant   Profess or  in  the   Depa rtment  of  El e ct ron ic s  a nd  Com m unic at ions  Engi neering,  GI TAM  (Dee m ed  to  be   Univer si t y ) .   She  recei v e d  Ph.  D  degr ee   f rom  Andhra  unive rsit y   in   the   y e ar  201 3.   She  has  over   1 3  y ea rs  of  T each ing  Expe r ie nc e.  She  has  publi she d  m ore   tha n   30   res ea rch   p ape rs  in   v ari ous  r eput ed   In te rna ti ona l/ Nat io nal  journals/Con fer ences.   H er   ar e a   of  Interest   is  W ire l ess  an d  Mobile  Co m m unic at ions,   W ire l ess  Sensor  Networks   and   CDM A/MIMO/OFD M A  W ire les s  Com m unic at ions.  Curre n tly ,   s he  is   hand li ng   a   DS T - SERB  rese arc h  proje c t.         A.  Ab his hik t h a ,   s he  is  pr ese ntly   working  a s  a  JRF   in  th e  Depa r tme nt  of  El e ct ron ic s  and  Com m unic at ions  Engi nee r ing,   G ITAM  (Dee m ed  to  be  Univer si t y )   under   DS T - SERB  rese arc h   project .   She  has  rec e ive d   the   B.   Tech  deg ree   from   Vignan   Nirula   Eng ine e r ing  Coll eg e  and  M.E   from   AN ITS   Engi ne eri ng   Col le ge .   Her   ar ea s   of   in te r ests  ar e   W ir el ess   Co m m unic at ions  a nd  W ireless  Se nso r   Networks.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.