I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 7 ,   p p .   2 9 9 ~ 3 0 8   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 7 i 1 . p p 2 9 9 - 3 0 8           299       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Ver tical  H a ndo v er Algo rith m  in   Integ ra ted  M a cro cell  Fe m tocell   Netw o rk s       Su m a n De s w a l Anita   Sin g hro v a   Co m p u ter S c ien c e   &   En g in e e rin g   De p a rtm e n t,   De e n b a n d h u   Ch h o t u   Ra m   Un iv e rsit y   o f   S c ien c e   &   Tec h n o l o g y ,   M u rth a l ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 8 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Oct  1 0 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Oct  2 5 ,   2 0 1 6       T h e   e x p lo sio n   i n   w irele ss   tele c o m m u n ica ti o n   tec h n o l o g ies   h a lea d   to   a   h u g e   in c re a se   in   th e   n u m b e o f   m o b il e   u se rs.  T h e   g re a ter  d e p e n d e n c y   o n   t h e   m o b il e   d e v ice h a ra ise d   th e   u se r’s  e x p e c tatio n to   a lw a y r e m a in   b e st   c o n n e c ted .   In   t h e   p ro c e ss ,   th e   u se is  a l w a y d e sirin g g o o d   sig n a stre n g th   e v e n   a c e rtain   b lac k   sp o ts  a n d   in d o o rs.  M o re o v e r,   th e   e x p o n e n ti a l   g ro w th   o th e   n u m b e o f   m o b il e   d e v ice h a o v e rlo a d e d   m a c ro c e ll s.   F e m to c e ll h a v e   e m e rg e d   o u a a   g o o d   p ro m isin g   so lu ti o n   f o c o m p lete   c o v e ra g e   in d o o rs  a n d   f o o ff lo a d in g   m a c ro c e ll .   T h e r e f o re ,   a   n e w   h a n d o v e stra teg y   b e t w e e n   f e m to c e ll a n d   m a c ro c e ll   is  p ro p o se d   in   th is  p a p e r.   T h e   p r o p o se d   h a n d o v e a lg o rit h m   is   m a in l y   b a s e d   o n   c a lcu latin g   e q u iv a len re c e iv e d   si g n a stre n g th   a lo n g   w it h   d y n a m ic  m a rg in   f o p e rf o r m in g   h a n d o v e r.   T h e   si m u lat io n   re su lt s   o f   p ro p o se d   a lg o rit h m   a re   c o m p a re d   w it h   th e   trad it io n a a lg o rit h m .   T h e   p ro p o se d   stra teg y   sh o ws   i m p ro v e m e n in   tw o   m a jo p e r f o rm a n c e   p a ra m e ters   n a m e l y   r e d u c ti o n   i n   u n n e c e ss a ry   h a n d o v e rs  a n d   P a c k e L o ss   Ra ti o .   T h e   q u a n t it a ti v e   a n a l y sis  f u rth e sh o w s   5 5 . 2 7 %   a n d   2 3 . 0 3 %   re d u c ti o n   in   p a c k e lo ss   ra ti o   a n d   6 1 . 8 5 %   a n d   3 6 . 7 8 %   re d u c ti o n   in   u n n e c e ss a r y   h a n d o v e rs  a a   sp e e d   o f   1 2 0 k m p h   a n d   3 0 k m p h   re sp e c ti v e ly .   M o re o v e r,   th e   p ro p o se d   a lg o rit h m   p ro v e to   b e   a n   e ff ici e n so lu ti o n   f o b o t h   slo w   a n d   fa st  m o v in g   v e h icle s.   K ey w o r d :   Fe m to ce ll   Han d o v er   Ma cr o ce ll   P ac k et  lo s s   r atio   R ec eiv ed   s i g n al  s tr e n g th   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su m a n   Des w al   C o m p u ter   Scien ce   &   E n g i n ee r in g   Dep ar t m e n t,   Dee n b an d h u   C h h o tu   R a m   Un i v er s it y   o f   Scie n ce   &   T ec h n o lo g y ,   M u r th a l,  I n d ia.   E m ail:  s u m a n _ g u lia2 0 0 0 @ y a h o o . co . in       1.   I NT RO D UCT I O N   T h L o n g   T er m   E v o l u tio n   s y s te m   ( L T E )   is   w ir eles s   co m m u n ica tio n   s tan d ar d   f o r   h i g h   s p ee d   d ata.   T h is   s tan d ar d   is   d ev e lo p ed   b y   3 GP P   ( T h ir d   Gen er atio n   P ar tn er s h ip   P r o j ec t) ,   w h ic h   ai m ed   to   m ak g lo b all y   ap p licab le  th ir d   g en er atio n   m o b ile  s y s te m   s p ec i f icatio n .   T h 3 GP P   in clu d es  th d ev elo p m e n o f   E n h a n ce d   Data   f o r   Glo b al  E v o lu tio n   ( E DGE ) ,   Gen er al  P ac k et  R ad io   Ser v ice   ( GP R S),   Hig h   Sp ee d   P ac k et  A cc es s   ( HSP A ) ,   L T E   an d   4 n et w o r k s .   L T E   is   p ac k et   s w i tch ed   n et w o r k   u s ed   f o r   b o th   r ea ti m ap p licatio n s   a n d   d ata  an d   is   also   ter m ed   as  E v o lv ed   Un i v er s al  T er r estrial  A cc ess   Net w o r k   ( E - UT R AN) .   I ca m in to   ex is te n ce   w it h   th e   f a s d e v elo p m e n i n   w ir ele s s   co m m u n ica t io n s   an d   in cr ea s in   th e   d e m a n d   f o r   h i g h er   d ata   r ates  a n d   q u alit y   o f   s er v ice.   B ased   o n   Or th o g o n a Fre q u e n c y   Di v i s i o n   Mu ltip le  A cc e s s   ( O FDM A)   an d   b an d w id t h   o f   as  lar g as  2 0   MH z ,   l a y er ed   OFDMA   r ad io   ac ce s s   s c h e m is   u s ed   to   ac h ie v h i g h   d ata  r ate  in   L T E -   A d v an ce d   [ 1 ] .   L T E   p r o v id es  h ig h   d ata  r ates  as  h ig h   as  1 0 0 Mb p s   in   d o w n li n k   an d   7 5 Mb p s   in   u p lin k .   T h e   L T E   n et w o r k   co n s is t s   o f   m a cr o ce ll  b ase  s tatio n s   ter m ed   as  eNB ,   ev o l v ed   n o d eB .   T h b ase  s ta tio n s   ar e   co n n ec ted   to g et h er   w it h   th h elp   o f   X2   in ter f ac an d   to   th co r n et w o r k   w it h   th h el p   o f   S1   in ter f ac as  s h o w n   i n   Fi g u r e   1   [ 2 ] .   T h c o r n et w o r k   co n s is t s   o f   Mo b ilit y   Ma n a g e m e n E n tit y   ( MM E )   w h ic h   p r o v id es  th e   f u n ctio n s   r elate d   to   estab li s h m en o f   co n n ec tio n   b et w ee n   t h d ev ice   an d   th e   n et w o r k .   T h s ec o n d   i m p o r ta n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     A   V erti ca l H a n d o ve r   A lg o r ith in   I n teg r a ted   Ma cro ce ll F e mto ce ll N etw o r ks   ( S u ma n   Desw a l )   300   ele m e n o f   co r n et w o r k   is   S er v in g   Gate w a y   ( S - GW )   w h i ch   ac ts   as  a n   in ter f ac b et w e en   th p ac k et  d ata   n et w o r k   a n d   eNB   [ 3 ] .     E v en   a f ter   o p er atin g   at  h i g h   b an d w id t h   p r o v id in g   h ig h   d ata  r ates,  f u ll  co v er a g is   n o p r o v id ed   in d o o r s   in   s u c h   n et w o r k s .   Mo r e o v er ,   d u to   an   i n cr ea s i n   t h n u m b er   o f   u s er s   in   to d a y ' s   s ce n ar io   an d   d u to   m an y   v id eo   s tr ea m i n g   ap p lic atio n s ,   t h e   o v er all  tr af f ic  i n   e N B   is   i n cr ea s ed .   T h u s er   lo c ated   f ar   a w a y   f r o m   m ac r o ce ll b ase  s tatio n   s u f f er s   f r o m   p o o r   ca p ac ity   d u to   h ig h er   p ass   l o s s   [ 4 ] .           Fig u r 1 .   A r ch itectu r e   o f   L T E   Net w o r k s       Fe m to ce ll s   ar i n tr o d u c ed   to   p r o v id co m p lete  co v er ag e .   T h f e m to ce ll s   ar p l u g a n d p lay ,   lo w   p o w er ,   lo w   co s d e v ices   w h ic h   o p er ate  in   lice n s ed   i n d o o r s p ec tr u m   a n d   h av e   v er y   s h o r r an g e   o f   u p to   3 0   m eter s   o n l y .   T h e y   co n n ec t h e   m o b ile  d ev ices  to   t h co r n e t w o r k   o f   m o b ile  o p er ato r   th r o u g h   t h b r o ad b an d   co n n ec tio n   an d   i m p r o v t h ca p ac ity   a n d   co v er ag o f   ce llu lar   n et w o r k s   [ 5 ] .   T h ey   s u p p o r li m ited   s i m u lta n eo u s   u s er s   in   in d o o r   en v ir o n m e n t [ 6 ] .   Fe m to ce lls   ar o v er laid   o n   m ac r o ce lls   a n d   a s   th e   d ev ice  m o v e s   ac r o s s   m ac r o ce ll  o v er laid   w it h   f e m to ce lls ,   th m o b il it y   m an a g e m e n b ec o m es  an   i n te g r al  p ar o f   ce llu lar   n et w o r k s .   T h o n g o in g   ca ll  o r   d ata  s ess io n   is   tr a n s f er r ed   f r o m   o n b ase  s tatio n   to   o t h er   w h ile  m ai n ta i n in g   t h e   s er v ices.  T h is   p r o ce s s   is   ca l le d   Han d o v er .   I n teg r atio n   o f   d if f er en w ir ele s s   tec h n o lo g ies  an d   th u s   f o r m i n g   a   h eter o g e n eo u s   n et w o r k   h a s   h e lp ed   th u s er s   to   h av ac ce s s   to   d if f er en r ad io   ac ce s s   tech n o lo g ies.  P r o v id in g   s ea m le s s   h a n d o v er s   a n d   s ea m le s s   m o b il it y   to   th d ev ice   is   an   i m p o r tan t   d esig n   i s s u in   Hete r o g e n eo u s   n et w o r k s .   A   v er tical  h an d o v e r   s tr ateg y   ac co u n t s   f o r   s ea m le s s   m o b ilit y   ac r o s s   d i f f er e n a cc ess   tech n o lo g ie s .   Ma n y   s t u d ies   h av e   b ee n   ca r r ied   o u to   ac h ie v i m p r o v e m en i n   h a n d o v er   s tr ate g ie s   a n d   m a n y   al g o r ith m s   h av b ee n   d ev elo p ed   in   th i s   r eg ar d   to   p er f o r m   s m o o t h   h a n d o v er s   ac r o s s   ce l b o u n d ar ies.  T r a d itio n al  alg o r ith m s   co n s id er   o n l y   R e ce iv ed   Si g n al  Stre n g t h   ( R SS )   f r o m   t h tar g et  ce ll   as   t h e   s o le  cr iter io n   f o r   h an d o v er   b u t h at  lead s   to   un n ec ess ar y   h an d o v er s   b ec au s t h d ev ice  is   h a n d ed   o v er   to   n e w   ce ll  as  s o o n   as   it  g et s   g o o d   s ig n al  s tr en g t h .   T o   r e d u ce   th u n n ec e s s ar y   h an d o v er s ,   m o r t h a n   o n c o n d itio n   s h o u ld   b co n s id er ed   f o r   ta k in g   d ec i s io n . T h is   p ap er   p r esen ts   h an d o v er   s tr ateg y   b a s ed   on   R SS   an d   co m p ar is o n   o f   eq u iv ale n R S o f   f e m to ce ll  w it h   m ac r o ce ll  w h ic h   ac co m p lis h es   t h ab o v g o als.   T h p ap er   is   o r g an ized   i n   th f o llo w in g   m an n er   Sectio n   2   p r esen t s   s u m m ar y   o f   l it er atu r r elate d   to   th co n ce p t.   Sectio n   3   p r esen t s   th s tep s   o f   v er tica h a n d o v e r   p r o ce d u r e.   T h p r o p o s ed   al g o r ith m   a n d   s i m u la tio n   r es u lt s   ar d escr ib ed   in   Sectio n   4   an d   5   r esp ec tiv el y ,   f o llo w ed   b y   co n cl u s io n   in   Sec t io n   6.       2.   RE L AT E WO RK   T h d iv er s r o le  o f   f e m to ce l l   to   p r o v id i m p r o v ed   q u al it y   a n d   co v er a g h as   b ee n   d escr ib ed   in     p ap er   [ 7 ] .   T h is   p ap er   d is cu s s e s   th at   f e m to ce ll  i s   a n   ef f ec t iv e   alter n ati v to   o f f lo ad   tr af f ic  f r o m m ac r o ce ll.  An   o v er v ie w   o f   th m o b ilit y   an d   h an d o v er   m a n a g e m en h as   b ee n   d escr ib ed   in   p ap er   [ 8 ] .   I also   p r esen ts   a   h an d o v er   s tr ateg y   b ased   o n   h y s ter esi s   m ar g i n   an d   t i m t o   tr ig g er   w h ic h   r ed u ce s   t h p in g   p o n g   r ate.   T h au th o r s   h a v s h o w n   in   p ap er   [ 9 ]   th at  f e m to ce ll  d ep lo y m e n ca n   i m p r o v th e   n et w o r k   co v er ag i n d o o r s .   I f u r t h er   p r esen t s   s tr ate g y   to   m iti g ate  t h i n ter f er e n ce   b etw ee n   t h t w o   b ase  s tatio n s .   T h b it  er r o r   r ate  p er f o r m a n ce   o f   m ac r o u s er s   a n d   f e m to   u s er s   u n d er   v ar io u s   lo ad   co n d itio n s   h as  b ee n   s t u d ie d   in   p ap er   [ 1 0 ]   an d   p r o v id es  u s e f u d ep lo y m e n g u id f o r   h eter o g e n eo u s   n e t wo r k s .   I n   p ap e [ 11 ] ,   th au th o r s   h a v p r esen ted   h an d o v er   d ec i s io n   alg o r it h m   b ased   o n   i n ter f er en ce ,   R S S   an d   Qo S   le v el  w h ic h   r ed u c es  t h u n n ec es s ar y   h an d o v er s .   A   co m p ar ati v s t u d y   o f   h a n d o v er   d esig n   p ar am eter s   an d   s alie n f ea tu r es  o f   v ar io u s   alg o r it h m s   h av b ee n   d is cu s s ed   i n   p ap er   [ 1 2 ] .   I h as  ca teg o r ized   v ar io u s   al g o r ith m s   ac co r d in g   to   h an d o v er   d ec is io n   p ar am eter s   an d   h as  p r o v id ed   an   ex ten s i v s u r v e y   o f   s o m v er y   i m p o r tan h a n d o v er   alg o r ith m s .   A   co s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 7   2 9 9     308   301   f u n ctio n   b ased   alg o r ith m   f o r   s in g le  m ac r o ce ll  an d   s in g le  f e m to ce ll  h a s   b ee n   p r esen ted   i n   p ap er   [ 13 ]   w h ic h   co n s id er s   m o b ile ' s   s p ee d   an d   tr af f ic  t y p to   p er f o r m   h an d o v er   an d   r ed u ce s   th h a n d o v er   p r o b a b ilit y   f o r   h i g h   s p ee d   u s er s .   E n er g y   s a v i n g   is   al w a y s   co n s id er ed   v er y   i m p o r tan is s u i n   ca s o f   m o b ile  d ev ices.  O n s u c h   alg o r ith m   w h ich   ai m s   to   co n s er v t h e n er g y   o f   m o b ile  d e v ice  i s   p r ese n ted   i n   p ap er   [ 14 ]   w h ic h   ta k e s   i n to   ac co u n th tr a n s m it  p o w er   o f   ce lls ,   av ailab le  b an d w id t h ,   th o p er atin g   f r eq u en c y   a n d   th e   in ter f er en ce   le v el   f o r   p er f o r m i n g   h a n d o v er .   T h is   al g o r ith m   i s   ab l to   co n n e ct  th m o b ile  d ev ice  to   ce l w h ic h   co n s u m e s   m i n i m u m   e n er g y   o f   d ev ice.   A   p u r R SS   b ased   h a n d o v er   alg o r ith m   b a s ed   o n   th co m p ar is o n   o f   R SS   o f   s o u r ce   an d   tar g et  ce l ls   i s   p r esen ted   in   p ap er   [ 15 ] .   T h is   alg o r ith m   i m p r o v es th SIN R   p er f o r m an ce   at  th d ev ice ' s   s id e   b u ac co u n t s   f o r   m o r n u m b er   o f   h an d o v er s   d u to   ab s en ce   o f   h a n d o v er   m ar g in .   A   h an d o v er   d ec is io n   m ec h a n i s m   b ased   o n   R ad ial  B asis   f u n c tio n   ( R B F)  o f   n eu r al  n et w o r k s   i s   p r o p o s ed   in   p a p er   [ 1 6 ] .   A   h an d o v er   o p tim izatio n   tec h n iq u b ased   o n   m o b ilit y   p r ed ictio n   is   p r es en ted   in   p ap er   [ 1 7 ] ,   w h ic h   ac h iev e s   g o o d   r esu lts   in   ter m s   o f   r ed u ce d   p in g   p o n g   ef f ec a n d   i n cr ea s ed   t h r o u g h p u t.  T h au t h o r s   h av p r o p o s ed   m et h o d   to   d ep lo y   th R ela y   s tatio n s   i n   ce llu lar   n et w o r k s   in   p ap er   [ 1 8 ]   w h ich   ad d r ess es  th is s u o f   co m p lete  co v er a g e   an d   h a n d o v er   m a n ag e m e n t. An   ad ap tiv v er tica h a n d o f f   al g o r ith m   b ased   o n   co m p en s ati n g   t i m e   i s   p r o p o s ed   in   p ap er   [ 1 9 ]   w h ic h   r ed u ce s   th i n f lu e n ce   o f   s h ad o w   f ad i n g   o n   R SS   an d   p r o v id es  f o r   m o r e f f ec ti v a n d   ac cu r ate  h a n d o f f   d ec is io n s .   I t f u r t h er   r ed u ce d   th p in g - p o n g   ef f ec t a n d   in ter r u p tio n   p r o b ab ilit y .       3.   VE R T I CA L   H ANDO V E P RO CE DUR E   P er f o r m i n g   h a n d o v er   w it h i n   t h s a m t y p e   o f   ac ce s s   n et w o r k s   i s   ca l led   h o r izo n tal   h an d o v er ,   w h er ea s   p er f o r m i n g   h an d o v er   in   d if f er en t y p e s   o f   ac ce s s   n et w o r k s   i s   d ef i n ed   as  v er tical  h a n d o v er .   A   v er tical   h an d o v er   is   p er f o r m ed in   h et er o g en eo u s   e n v ir o n m e n t,  w h e r m o r t h an   o n k i n d   o f   n et wo r k s   ar i n te g r ated   to g eth er .   Sin ce ,   b o t h   h av e   d if f er en t   ac ce s s   tech n o lo g ie s ,   w h e n   u s er   m o v e s   f r o m   o n ce ll  to   an o t h er ,   t h e   co n n ec tio n   b et w ee n   b ase  s tat io n s   is   also   m o v ed . T h f e m t o ce ll  n et w o r k s   ar ch ea p   an d   ea s y   to   in s tall  b u t   h av li m ited   co v er ag w h ile  m ac r o ce ll  n et w o r k s   co v er   w id ar ea   b u ca n   o n ly   b in s ta lled   b y   th n et w o r k   p r o v id er .   T h h a n d o v er   b et wee n   m ac r o ce ll  a n d   f e m to ce ll   m u s b s ea m les s   i.e .   t h u s er   s h o u ld   n o o b s er v e   d is r u p tio n   i n   a n y   s er v ice ,   v id e o ,   VOI P   o r   d ata  tr af f ic. T w o   p ar a m eter s   a f f ec tin g   s ea m less   h an d o v er   ar p ac k e t   lo s s   r atio   an d   h a n d o v er   laten c y .   Min i m iz in g   b o th   o f   t h ese  p ar a m eter s ,   lead s   to   q u alit y ha n d o v er .     Fig u r 2   s h o w s   h eter o g e n eo u s   n et w o r k   w h er m ac r o ce lls   ar in teg r ated   w it h   f e m to ce ll s   [ 2 0 ] .           Fig u r 2 .   I n teg r ated   Ma cr o ce ll F e m to ce ll Ne t w o r k s         T h h an d o v er s   i n   s u ch   i n te g r ated   n et w o r k s   ar b r o ad ly   cla s s if ied   as [ 2 1 ] :   a.   Ha n d - in T h ese  ar th e   h a n d o v er s   f r o m   m ac r o ce ll  to   f e m to ce ll  an d   ar d i f f ic u lt  ta s k   as   th t w o   h a v e   d if f er e n b ac k h au r ates  an d   d ep lo y m e n o f   h u n d r ed s   o f   f e m to ce ll  m ac r o ce ll  lead s   to   lo o f   o p tio n s   to   ch o o s f r o m   to   p er f o r m   h an d o v er .   W h en   m o b ile  r ec eiv es  s i g n al  f r o m   f e m to   b ase  s tatio n ,   t h e   r ep o r is   s en to   m ac r o   b ase  s tatio n .   T h m ac r o   b ase  s tati o n ,   alo n g   w i th   th e   n e ig h b o r in g   f e m to   b a s e   s tatio n s   p r ep ar es  n eig h b o r in g   ce ll  lis to   ch o o s an   ap p r o p r iate  tar g et  ce ll.  Fro m   t h n e ig h b o r   ce ll  lis t   th m o b ile  d e v ice  c h o o s es  t h tar g et  f e m to   b ase  s tatio n   b ased   o n   s i g n a lev e ls   r ec ei v e d .   T h m o b ile  d ev ice  s e n d s   t h r eq u es f o r   h an d o v er   to   m ac r o   b ase  s ta ti o n   w h ich   f o r w ar d s   t h r eq u es to   f e m to   b ase   s tatio n   t h r o u g h   co r n et w o r k   an d   f e m to   g ate w a y .   T h f e m to   b a s s tatio n   p er f o r m s   th n ec es s ar y   au th o r izatio n   c h ec k s   an d   m at ch es  t h i n ter f er en ce   le v el s   a n d   th e n   r ep lies   to   h a n d o v er   r eq u est.  A   n e co n n ec tio n   is   estab li s h ed   b et w ee n   f e m to   g a te w a y   a n d   f e m to   b ase  s tatio n .   T h m o b il d ev ice  n o w   estab lis h es  lin k   to   f e m to   b ase  s tatio n   a f ter   p h y s ical  c h an n el  r ec o n f i g u r atio n   is   p er f o r m ed   an d   is   d is co n n ec ted   f r o m   m ac r o   b as s tatio n .   T h m o b ile  d ev ice   t h en   s e n d s   h a n d o v er   co m p let io n   m ess a g to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     A   V erti ca l H a n d o ve r   A lg o r ith in   I n teg r a ted   Ma cro ce ll F e mto ce ll N etw o r ks   ( S u ma n   Desw a l )   302   m ac r o   b ase  s tatio n   an d   co o r d in ates   w it h   f e m to   b ase  s tatio n .   T h co m p lete   ca ll   f lo p r o ce d u r is   s h o wn   in   Fi g u r e   3.   b.   Ha n d - o u t T h ese  ar th h a n d o v er s   f r o m   f e m to ce ll  to   m ac r o ce ll  an d   th d ec is io n   is   r elati v el y   ea s y   a s   t h e   tar g et  m ac r o ce ll  is   al w a y s   o n e .   Her e,   th m o b ile  d ev ice  s e n d s   th r ep o r to   co n n ec ted   f e m to   b ase  s tatio n   w h e n   th s i g n a g o es  d o w n .   A   n e ig h b o r   ce ll  lis is   p r ep ar ed   b y   th f e m to   an d   m ac r o   b ase  s tatio n s   an d   d ec is io n   to   p er f o r m   h an d o v e r   to   m ac r o ce ll  i s   tak e n .   T h m o b ile  d e v ice  s e n d s   h an d o v er   r eq u est  to   m ac r o   b ase  s tatio n   th r o u g h   f e m to   g ate w a y   an d   r ad io   n et w o r k   co n tr o ller .   I n   th s i m ilar   w a y   r ad io   lin k   i s   s etu p   a n d   p h y s ical  c h a n n el   r ec o n f i g u r atio n   is   p er f o r m ed   a n d   m o b ile   d ev ice   g e ts   co n n ec ted   to   m ac r o   b ase  s tatio n .     c.   F emto - femto   h a n d o ve r s T h e   h an d o v er s   w h ic h   ar p er f o r m ed   w h e n   m o b ile  d ev ice  m o v e s   o u o f   b o u n d ar y   o f   o n f e m to ce ll  an d   en ter s   in to   b o u n d ar y   o f   an o th er   f e m to ce ll ,   t h en   f e m to   to   f e m to   h an d o v er   tak e s   p lace .   T h d ec is io n   is   s i g n i f ican as  th m o b ile  d ev ice  s h o u ld   p r ef er ab l y   b co n n ec ted   to   f e m to ce ll  i f   it  is   g etti n g   r eq u ir ed   s ig n al  s tr e n g t h   f r o m   b o th   m ac r o ce ll  a n d   f e m to ce ll.  As  t h s o u r ce   f e m to   s ig n al  g o es  w ea k ,   th m o b ile  d ev ice  s e n d s   r ep o r to   th co n n ec ted   f e m to   b ase  s tatio n .   A   n ei g h b o r   ce ll   lis is   p r ep ar ed   b y   th co n n ec ted   f e m to   b ase  s tatio n   an d   m a cr o   b ase  s tatio n .   T h m o b ile  d ev ice  an d   th e   f e m to   b ase  s tat io n   ta k t h d ec is io n   to   p er f o r m   h an d o v e r .   T h s o u r ce   f e m to   b ase  s t atio n   s e n d s   a   h an d o v er   r eq u es to   tar g et  f e m to   b ase  s tatio n   th r o u g h   f e m t o   g ate w a y .   A   n e w   li n k   i s   esta b lis h ed   b et w ee n   th f e m to   g ate w a y   a n d   tar g et   f e m to   b ase  s tatio n .   T h m o b ile  d ev ice  n o w   s en d s   th d at th r o u g h   n e f e m to   b ase  s tatio n .           Fig u r 3 .   C all  Flo w   P r o ce d u r f o r   Han d o v er   f r o m   Ma cr o ce ll   to   f e m to ce ll       4.   P RO P O SE AL G O R I T H M   T h is   Sectio n   i n tr o d u ce s   s i m p le  an d   e f f icien R SS   b ase d   h an d o v er   al g o r ith m .   A s   d i s cu s s ed   i n   Sectio n   2 ,   m o s o f   t h al g o r ith m s   f o r   h a n d o v er   i n   h eter o g en e o u s   n et w o r k s   co n s id er   R SS   a s   o n o f   t h m etr ic.   Fo r   p er f o r m a n ce   co m p ar i s o n   th tr ad itio n al   alg o r it h m   b ase d   o n   R S an d   t h r es h o ld   v al u f o r   R S h a s   b ee n   co n s id er ed .   T h h an d o v er   d ec is io n   cr iter ia  f o r   tr ad i tio n al  al g o r ith m a s   g i v e n   in   [ 2 2 ]   ca n   b ex p r ess ed   as      (                 )         (                     )   ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 7   2 9 9     308   303   W h er R SS t   a n d   R S S S   ar th R SS   o f   tar g et  a n d   s o u r ce   c ell  r esp ec tiv el y ,   R SS th   i s   th th r es h o ld   v al u f o r   R SS .   W h e n   th R SS   o f   s o u r ce   ce ll  f alls   b elo w   t h r esh o l d   v alu e,   tar g et  ce ll  w it h   R SS   g r ea ter   th a n   th e   s o u r ce   is   s ea r ch ed   an d   h a n d o v er   is   p er f o r m ed .   T h alg o r ith m   lead s   to   m o r n u m b er   o f h an d o v er s   b ec au s e   ev en   t h o u g h   th R SS   f r o m   th e   tar g et  is   h i g h er   b y   s m all  a m o u n t,  th h an d o v er   is   p er f o r m ed . T h is   ca u s e s   th e   d eter io r atio n   in   R SS   a f ter   s h o r in ter v al  a n d   ag ai n   tar g et  ce ll  is   s ea r ch ed   f o r   h an d o v er   lead in g   to   p in g   p o n g   ef f ec t.  T o   o v er co m t h e   p r o b lem ,   ad d itio n al  p ar a m et er s   lik s p ee d ,   av ailab le  b an d w id t h   o r   Sig n a to   I n ter f er en ce   No i s r atio   etc .   m a y   b co n s id er ed   to   tak th e   d ec is io n   o f   h an d o v er .   Ho w ev er ,   co m b in atio n   o f   m an y   d i f f er en t   p ar a m eter s   i n c r ea s es t h co m p lex it y   o f   th e   al g o r ith m .   T h is   f u r t h er   r es u lts   i n   d ela y ed   h a n d o v er   p r o ce s s   as  f e m to ce lls   h a v e   v er y   lo w   co m p u tat io n al  ca p ab ilit y   an d   t h e   p r o ce s s   o f   h an d o v er   d ec is io n   an d   ex ec u t io n   is   t i m co n s u m in g .   T h er ef o r e,   an   R SS   b ased   al g o r ith m is   d esire d   f o r   its   s i m p lici t y   a n d   r ed u ct io n   i n   u n n ec es s ar y   h an d o v er s .     Kee p in g   i n   v ie w   t h li m ita ti o n s   d is cu s s ed   ab o v e,   h an d o v er   alg o r ith m   b ased   o n   eq u iv ale n R SS   an d   h an d o v er   m ar g i n   is   p r o p o s ed .   Su b   Sectio n s   4 . 1   an d   4 . 2   p r esen th ca lc u latio n   o f   e f f ec tiv e   R SS   an d   h a n d o v er   m ar g i n   r esp ec ti v el y .       4 . 1 .   E qu iv a lent   RS S   T h er is   h u g d if f er e n ce   b etw ee n   th tr a n s m it  p o w er s   o f   f e m to ce ll  an d   m ac r o ce ll  i.e .   2 0 d B m   a n d   43 d B m   r esp ec tiv e l y .   T h er ef o r e,   th r ec eiv ed   p o w er   f r o m   f e m to ce ll,  R SS f   a n d   r ec eiv ed   p o w er   f r o m   m ac r o ce ll,  R SS m   ca n n o b co m p ar ed   d ir ec tl y .   T h eq u iv ale n R S is   ca lc u lated   w h e n   R S o f   f e m to ce ll   an d   m ac r o ce ll   ar co m p ar ed .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   is   b ased   u p o n   eq u iv ale n R SS   o f   f e m to ce ll  i.e .   R SS fe .   T h e   R SS fe   w o u ld   m ak t h r ec eiv ed   s ig n al  s tr en g th   f r o m   t h tw o   ce lls   co m p ar ab le.   T o   ca l cu late  R SS fe ,   s o m e   f ac to r   o f   R S S m   is   ad d ed   to   R SS f   w h ich   i s   p er ce n t an g er atio   o f   No r m a lized   tr an s m it ted   p o w er   w it h   r esp ec to   th d is ta n c b et w ee n   th t w o   b ase  s tatio n s .   T h d is tan ce   b e t w ee n   t h t w o   b ase  s tat io n s   is   in cl u d ed   to   en s u r e   th at  i f   t h f e m to ce ll  is   lo ca ted   in   t h b o u n d ar y   r eg io n   o f   m a cr o ce ll,  th m o b ile  d e v ice  al wa y s   h as  th h i g h er   p r o b a b ilit y   o f   b ein g   co n n ec te d   to   th f e m to ce ll.  T h f ar th e r   th f e m to   b ase  s tatio n   f r o m   m ac r o   b ase  s tatio n   m o r i s   th v al u o f   R SS fe   an d   th d ev ice  h a s   m o r p r o b ab ilit y   o f   b ein g   co n n ec ted   to   f e m t o   b ase  s tatio n .   T h is   f ac h elp s   to   o p ti m ize  th p er f o r m an ce   a s   v er y   w ea k   s ig n al  r ec ei v ed   f r o m   m ac r o   b ase  s tatio n ,   at  th e   b o u n d ar y ,   lead s   to   in cr ea s ed   p ac k et  lo s s .   Ma t h e m atica ll y   R S S fe   is   d en o ted   as                        (         )              ( 2 )     w h er e   d   is   th d is tan ce ,   in   m eter s ,   b et w ee n   t h m ac r o   b ase   s tatio n   an d   f e m to   b ase  s tatio n   an d   NT x   is   th e   No r m a lized   T r an s m it p o w er   o f   ce ll.    T h No r m alize d   tr an s m it p o w er   is   ex p r ess ed   as                                                                 ( 3 )     w h er T x m   a n d   T x f   r ep r esen t th tr an s m i t p o w er s   o f   m ac r o ce ll a n d   f e m to ce l l r esp ec ti v el y .     4 . 2 .   H a nd o v er   M a r g in   T h h an d o v er   is   in itia ted   w h e n   th tar g et  ce ll  i s   b etter   th an   th s o u r ce   ce ll  b y   ce r tain   m ar g in .   T h is   r ed u ce s   t h u n n ec es s ar y   h a n d o v er s   an d   p in g   p o n g   e f f ec t .   T h m ar g i n ,         ca lcu lated   d y n a m icall y   i n   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   i s   as  g iv e n   in   [ 2 3 ]              {        {       (                        )   }     }   ( 4 )     w h er R ad i u s   is   t h r ad iu s   o f   s er v i n g   ce ll  a n d   Dis tan ce   is   th d is ta n ce   b et w ee n   m o b ile  d ev ice  an d   s er v i n g   b ase  s tatio n .         is   t h m ax i m u m   v alu e,   w h ic h   i s   ca lc u lated   b y   t ak in g   d i f f er en ce   b et w ee n   p o w er   r ec eiv ed   at   th b o u n d ar y   o f   ce ll a n d   at  a   p o s itio n   clo s est to   th b ase  s t atio n .     T h E q u atio n   4   s h o w s   th a i f   th d e v ice  i s   n ea r   to   t h b as s tatio n ,   th e   v al u o f   m ar g i n   i s   m o r e.   T h er ef o r e,   th R SS   o f   tar g et  c ell  s h o u ld   b g r ea ter   th an   th R SS   o f   s o u r ce   ce ll  b y   s ig n i f ican a m o u n f o r   h an d o v er   to   b in it iated .   T h is   h elp s   to   r ed u ce   th n u m b er   o f   h an d o v er s .   On   t h o th er   h an d ,   if   t h d ev ice  is   f ar   f r o m   t h b ase  s tatio n ,   t h v alu o f   m ar g i n   is   le s s   i.e .   e v en   s lig h tl y   h i g h er   R SS   f r o m   t h t ar g et  ce ll  lead s   to   a   h an d o v er .   T h is   h elp s   to   m a in tain   p r o p er   co n n ec tio n   o f   m o b ile   d ev ice  to   b ase  s tat io n   an d   t h u s   lead s   to   ef f icien t p ac k et  d eliv er y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     A   V erti ca l H a n d o ve r   A lg o r ith in   I n teg r a ted   Ma cro ce ll F e mto ce ll N etw o r ks   ( S u ma n   Desw a l )   304   4 . 3 .   Alg o rit h m   Usi n g   E q u atio n s   2   an d   4 ,   th Han d   I n   an d   Ha n d   Ou h an d o v er   ca s es a r d is cu s s ed .   C a s I :   W h en   th d ev ice  is   co n n ec ted   to   ma cro ce ll:   W h en   t h d ev ice  is   i n itiall y   co n n ec te d   to   m ac r o ce ll  a n d   d etec ts   s i g n al  f r o m   f e m t o ce ll,  th R S f r o m   all  f e m t o ce lls   is   ch ec k ed .   T h eq u iv alen R SS ,   R SS fe   i s   ca lcu lated   f o r   ea ch   f e m to ce ll.  A   r ep o r co n s is ti n g   R SS f   an d   R SS fe   i s   s e n to   th m ac r o   b ase  s tatio n . T h m ac r o   b ase  s tatio n   p r ep ar es  n eig h b o r   ce ll  lis to   ch o o s t h ap p r o p r iate  ta r g et  ce ll.  A   h an d o v er   to   f e m to ce ll  is   p er f o r m ed   i f   R SS   is   g r ea ter   t h an   th t h r es h o ld   R S o f   f e m to ce ll.  Si m u lta n eo u s l y ,   it  also   co m p ar es  R S S fe   to   R SS m   a n d   h an d o v er s   th m o b ile  d ev ice  to   f e m to ce ll  if   a n y   o f   t h t w o   co n d itio n s   ar m et.   Ot h er w is e,   t h d ev ice  s ta y s   co n n ec ted   to   m ac r o ce ll.     (                          )      (               (            ) )   ( 5 )     w h er R S S fth   is   t h t h r esh o ld   v alu o f   f e m to ce ll a n d     is   th m ar g i n .     C a s I I :   W h en   th d ev ice   is   co n n ec ted   to   femto ce ll:   W h en   th d ev ice  is   co n n ec ted   to   f e m to ce ll ,   t h s i g n a f r o m   f e m to ce ll   is   co n s tan t l y   c h ec k ed .   I f   t h s i g n a l d i m in is h es b e y o n d   th e   t h r es h o ld   v al u o f   f e m to ce ll,  R SS th r ep o r is   s en b y   th e   m o b ile  d ev ice  to   th f e m to   b ase  s tatio n .   T h f e m to ce ll  b ase  s tatio n   p r ep ar es  n eig h b o r   ce ll  lis co n s is ti n g   o f   in f o r m atio n   ab o u all  th f e m to ce lls   h av i n g   h i g h er   R SS   b y   ce r tain   m ar g i n .   I f   n o   f e m to ce ll  w it h   b etter   R SS   is   f o u n d   t h en   R S S fe is   ca lcu la ted .   T h h an d o v er   to   m ac r o ce ll  is   p er f o r m ed   i f   R S S m   is   b etter   th an   R S S fe by   ce r tai n   m ar g i n .   Oth er w i s e,   n o   h a n d o v er   is   p er f o r m ed .       (                    )       (              (             ) )   ( 6 )     T h Ma r g in ca lc u lat io n   i s   g i v e n   in   E q u a tio n   4 .   T h E q u atio n s   5   an d   6   an d   t h Ha n d   I n   a n d   Han d   Ou p r o ce d u r d is cu s s ed   ab o v s h o w   t h at   d ev ice  i s   al w a y s   p r ef er ab l y   co n n ec ted   t o   f e m to ce ll  w h e n ev er   t h ap p r o p r iate  s ig n al  f r o m   f e m to ce ll   is   av ailab le.   T h e   w o r k i n g   o f   p r o p o s ed   alg o r ith m   is   s h o w n   in   t h f lo w ch ar g i v en   i n   Fi g u r 4 .             Fig u r 4 .     Flo w c h ar t o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 7   2 9 9     308   305   T h k e y   ch ar ac ter is tics   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   ar s u m m ar ized   b elo w :   a.   I co n s id er s   th e   th r e s h o ld   R SS   o f   f e m to ce ll  f o r   b o th   h a n d - i n   an d   h a n d - o u t .   I a llo w s   th e   m o b ile  d ev ice  t o   r e m ain   co n n ec ted   to   f e m to ce ll   w h en e v er   th s ig n al  f r o m   f e m to ce ll is   av ailab le,   s o   as to   o f f l o ad   m ac r o .   b.   I ca lcu lates  th d y n a m ic  v a lu e   o f   m ar g in   b ased   o n   t h e   d is tan ce   b et w ee n   m o b ile  d ev ice  an d   b ase   s tatio n . I t h e lp s   to   tak t h h a n d o v er   d ec is io n   at  co r r ec t tim an d   r ed u ce s   u n n ec ess ar y   h a n d o v er s .   c.   I in clu d es  a n   ad d itio n al  co n d itio n   o f   co m p ar in g   th eq u i v alen R S o f   f e m to ce ll  ( R S S fe )   w it h   t h at  o f   m ac r o ce ll.        5.   SI M UL AT I O R E S UL T S   AND  ANA L YS I S   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   i s   i m p le m en ted   f o r   o v er laid   f e m to   m ac r o ce llu lar   n et w o r k s .   T h s i m u lat io n   r esu lt s   ar co m p ar ed   w it h   tr ad itio n al  R S b ased   al g o r it h m .   T h s i m u latio n   h as  b ee n   ca r r ied   o u in   L T E - Si m   s i m u lato r .   I is   an   o p en   s o u r c s i m u lato r   in   w h ich   s ce n ar io   co n s is ti n g   o f   s in g le  m ac r o ce ll  w it h   o v er laid   f e m to ce lls   h a s   b ee n   cr ea ted .   T h u s er s   ar r an d o m l y   p lac ed   in   th e   m ac r o ce ll  n ea r   t h e   f e m to c ell s .   So m ass u m p tio n s   m ad in   t h alg o r ith m   ar m e n tio n ed   b elo w :   a.   W h en   a   m ac r o ce ll  i s   o v er laid   w it h   f e m to ce ll s ,   t h m o b ile  d ev ice  i s   p r e f er ab l y   co n n ec ted   to   f e m to ce ll  a s   s o o n   as  it  g ets  r ec ei v ed s i g n al  s tr en g th   f r o m   f e m to ce ll.   T h is   is   r eq u ir ed   s o   th at  tr a f f ic  ca n   b d iv er ted   to   f e m to ce ll  w h e n e v er   p o s s ib le  an d   m ac r o ce ll is   o f f lo ad ed .   b.   T h m o b ile  d ev ices  ar p lace d   n ea r   th f e m to   b ase  s tatio n   s o   th at  th d ev ices  g et  g o o d   s ig n a s tr en g t h   f r o m   f e m to   b ase  s tat io n .   T h is   is   r eq u ir ed   s o   th at   h a n d o v er   to   f e m to ce ll  is   p er f o r m ed   w it h i n   th s tip u lated   s i m u lat io n   ti m e.   c.   T w o   s p ee d s   h a v b ee n   co n s i d er ed   3 0   k m p h   a n d   1 2 0   k m p h   co r r esp o n d in g   to   s lo w   a n d   f ast  m o v in g   v eh ic les.       T ab le   1.   Sim u latio n   P ar am e ter s   P a r a me t e r   M a c r o c e l l   F e mt o c e l l   R a d i u s   1   K m   3 0   m   T r a n smissi o n   p o w e r   4 3   d B m   2 0   d B m   T h r e sh o l d   p o w e r   NA   - 8 0   d B m   P a t h   l o ss M o d e l   1 2 8 . 1 + ( 3 7 . 6 * l o g 10 ( d i st a n c e * 0 . 0 0 1 ) )   A * l o g 10 ( d i st a n c e ) + B + C l o g 10 ( f c / 5 )     w h e r e   A = 2 0 ,   B = 4 6 . 4   a n d   C = 2 0   f o r   L O S   t r a n smiss i o n   a n d   A = 1 8 . 7 ,   B = 4 6 . 8   a n d   C = 2 0   f o r   N L O S   t r a n s mi ss i o n   B a n d w i d t h   2 0   M H z   2 0   M H z   N u mb e r   o f   c e l l s   1   60   N u mb e r   o f   u se r s   10 -   50   S i mu l a t i o n   t i me   1 2 0 s   S p e e d   o f   u se r s   3 0 k m p h ,   1 2 0 k m p h       B ased   o n   t h a s s u m p t io n s   an d   s i m u latio n   p ar a m eter s   m en t io n ed   i n   T ab le  1 ,   th s i m u latio n   is   r u n   f o r   th i n teg r ated   m ac r o   f e m to ce llu lar   n e t w o r k s .   T h n u m b e r   o f   h an d o v er s   a n d   P ac k et  L o s s   R atio   i n   b o th   tr ad itio n al  an d   p r o p o s ed   alg o r ith m   ar co m p ar ed   an d   a n al y z ed .   T h s i m u latio n   p ar a m eter s   co n s id er ed   in   th e   p ap er   ar e   g iv e n   in   T ab le  1 .   N u mb er  o Ha n d o ve r s:   T h n u m b er   o f   h an d o v er s   w it h   in c r ea s in   n u m b er   o f   u s er s   i s   d ep icted   in   Fig u r 5 ( a)   an d   Fi g u r 5 ( b ) .   T h r esu lts   s h o w   th at   th n u m b er   o f   h an d o v er s   p er f o r m ed   b y   th u s er s   is   m u c h   less   i n   p r o p o s ed   alg o r ith m   a s   co m p ar ed   to   t h tr ad itio n al  a l g o r ith m .   T h is   i s   b ec au s o f   th d y n a m ic  h a n d o v er   cr iter ia  ch o s en   in   t h p r o p o s ed   alg o r ith m .   T h Ma r g in ,       is   c alcu lated   b ased   o n   t h d is ta n c o f   m o b ile  d ev ice   f r o m   b ase  s tatio n .   L es s   is   th e   d is tan ce   f r o m   s o u r ce   b ase  s tatio n   m o r w i ll  b th m ar g i n .   T h is   en s u r es  th a t   m o b ile   d ev ice s   n ea r   th s o u r c b ase  s tatio n   n ee d   s u f f icie n tl y   h ig h   s ig n al   s tr e n g t h   f r o m   ta r g et  b ase  s tatio n ,   i n   o r d er   f o r   h an d o v er   to   b e   p er f o r m ed .   W h en   th v eh ic les  m o v at  h ig h   s p ee d ,   th p o s itio n   o f   d ev ice  is   ch an g ed   r ap id l y   an d   m o r h an d o v er s   ar p er f o r m ed   s h o w i n g   p i n g   p o n g   e f f ec t.  B u t,  in   t h p r o p o s ed   alg o r ith m ,   t h n u m b er   o f   h a n d o v er s   is   co m p ar ab le  f o r   b o th   h i g h   s p ee d   an d   s lo w   m o v i n g   d ev ices,  as   ev id e n f r o m   Fi g u r 5 ( b ) .   T h is   i s   b ec a u s e   o f   t h e   d ela y i n g   t h h an d o v er   till   t h s ig n i f ica n s i g n al   s tr en g t h   is   a v ailab le   f r o m   t h tar g et  b ase  s tatio n .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   s h o w s   g r ea ter   r ed u ctio n   i n   h a n d o v er s   at  h ig h   s p ee d .     P er ce n tag r ed u ctio n   i n   h a n d o v er s   is   g i v en   a s                              (                               )                 ( 7 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     A   V erti ca l H a n d o ve r   A lg o r ith in   I n teg r a ted   Ma cro ce ll F e mto ce ll N etw o r ks   ( S u ma n   Desw a l )   306   w h er H T   is   th e   h a n d o v er s   i n   t r ad itio n al  al g o r ith m   a n d   H P   is   th h a n d o v er s   i n   p r o p o s ed   alg o r ith m   f o r   1 0   to   5 0   u s er s .                                                                         Usi n g   ab o v E q u atio n   a n d   th v al u es  p lo tted   in   g r ap h ,   an   av er ag 3 6 . 7 8 r ed u ctio n   in   u n n ec ess ar y   h an d o v er s   f o r   u s er s   m o v in g   at  s p ee d   o f   3 0 k m p h   a n d   6 1 . 8 5 r ed u c tio n   f o r   u s er s   m o v in g   at  s p ee d   o f   1 2 0 k m p h   is   o b tain ed   as  s h o wn   in   Fig u r 5 ( a)   an d   Fig u r 5 ( b )   r esp ec tiv el y .         Fig u r 5 .   ( a)   No   o f   Han d o v er s   v s .   No   o f   u s er s   at  3 0   k m p h ( b )   No   o f   Han d o v er s   v s .   No   o f   u s er s   at  1 2 0   k m p h       P a ck et  Lo s s   R a tio   ( P LR ) :   P ac k et  L o s s   R atio   ( P L R )   is   d ef i n ed   as  t h r atio   o f   p ac k et  lo s t   to   th to tal  p ac k et   s en t d u r i n g   s i m u latio n   e x p r ess ed   b y   E q u atio n   8 .              (                                  )                     ( 8 )     w h er P s i   is   th p ac k et  s e n a n d   P r i is   th p ac k et  r ec eiv ed .   T h v ar iatio n   o f   P L R   w it h   i n cr ea s in   t h n u m b er   o f   u s er s i s   s h o w n   i n   Fi g u r 6 ( a )   an d   Fi g u r 6 ( b ) .   I s h o w s   th at   P ac k et  L o s s   R at io   is   m u ch   les s   i n   ca s e   o f   p r o p o s ed   alg o r ith m   as  co m p a r ed   to   th tr ad itio n al  al g o r ith m .   T h d ec r ea s in   P L R   i s   d u to   th f ac t h at  t h e   h an d o v er   d ec is io n   is   m o r ac c u r ate  an d   is   f u n ctio n   o f   eq u i v alen t RS S a n d   m ar g i n .     Han d o v er   Dec is io n   f   ( R SS fe   ,   m ar g i n )     T h d ev ice  is   m ad to   s p en d   m o r ti m co n n ec ted   to   th e   f e m to ce ll  b ase  s tatio n .   T h lo n g er   t h e   co n n ec tio n   o f   d ev ice  is   m ai n t ai n ed   w it h   th b ase  s tatio n ,   th ch an n el  is   u s ed   f o r   s en d in g   an d   r ec eiv in g   th e   d ata  p ac k ets  i n s tead   o f   tr an s m itti n g   t h co n tr o p ac k ets.   T h ti m el y   a n d   co r r ec h a n d o v er   d ec is io n   w o u ld   r ed u ce   th p ac k et  lo s t.  I n   lig h o f   th ab o v cited   r ea s o n s ,   th p r o p o s ed   alg o r ith m   s h o w s   i m p r o v e m en f o r   b o th   s lo w   v e h icles  m o v in g   at  s p ee d   o f   3 0 k m p h   an d   f ast  v eh icles  m o v in g   at  s p ee d   o f   1 2 0 k m p h   as  s h o w n   in   Fi g u r 6 ( a)   an d   Fig u r 6 ( b )   r esp ec tiv el y .   T h tr ad itio n al  alg o r ith m   s h o w s   v er y   h i g h   v a lu f o r   p ac k et  lo s s   r atio ,   w it h   th i n cr ea s e   in   n u m b er   o f   u s er s .   T h av er ag p er ce n ta g d ec r ea s in   P L R   is   d ef i n ed   as                               (                                     )                    ( 9 )     w h er P L R T   i s   th p ac k et  lo s s   r atio   in   tr ad itio n al  alg o r it h m   an d   P L R P   is   th p ac k e lo s s   r atio   in   p r o p o s ed   alg o r ith m   f o r   1 0   to   5 0   u s er s .                                                                         Usi n g   ab o v e   E q u atio n   an d   t h e   v al u es  p lo tted   i n   g r ap h ,   t h er e   is   a n   a v er ag 2 3 . 0 3 r ed u cti o n   in   P L R   w h e n   u s er s   ar m o v in g   at  s p ee d   o f   3 0 k m p h   an d   5 5 . 2 7 r ed u ctio n   w h e n   u s er s   ar m o v in g   at  s p ee d   o f   1 2 0 k m p h .           ( a)     ( b )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 7   2 9 9     308   307   m o b ile   d ev ice  m o v in g   at  a   f a s s p ee d   h as   te n d en c y   o f   p er f o r m i n g   h a n d o v er s   m o r f r eq u en tl y   an d   th u s   lead in g   to   u n n ec e s s a r y   h an d o v er s .   T h p r o p o s ed   al g o r ith m   s h o w s   s i g n i f ica n r e d u ctio n   in   n u m b er   of   u n n ec e s s ar y   h a n d o v er s   f o r   b o th   s lo w   a n d   f a s m o v i n g   v e h icles.         Fig u r 6 .   ( a)    P ac k et  L o s s   R ati o   v s   No   o f   u s er s   at  3 0 k m p h ,   ( b )   P ac k et  L o s s   R atio   v s   No   o f   u s er s   at  1 2 0 k m p h       6.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ted   n e w   h an d o v er   al g o r ith m   w h ic h   is   ap p lied   w h e n   m o b ile  d ev ic en ter s   o r   leav es   th e   co v er a g ar ea   o f   f e m to ce ll.  T h p r o p o s ed   h an d o v er   alg o r it h m   ca lc u lated   t h e   eq u i v alen r ec eiv ed   s ig n al   s tr e n g t h   a lo n g   w i th   d y n a m ic   m ar g i n   f o r   p er f o r m in g   h an d o v er .   T h s i m u latio n   r esu lt s   o f   p r o p o s ed   alg o r i th m   we r co m p ar ed   w it h   t h tr ad itio n al  al g o r it h m .   T h h a n d o v er   s tr ateg y   s h o w ed   i m p r o v e m e n t   in   t wo   m aj o r   p er f o r m an ce   p ar a m e te r s   n a m el y ,   r ed u ctio n   i n   u n n e ce s s ar y   h an d o v er s   an d   P ac k e L o s s   R atio .   T h s i m u lat io n   r esu l ts   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   w er eq u a n tit ati v el y   a n al y ze d   an d   co m p ar ed   w ith   tr ad itio n a l   alg o r ith m .   T h p r o p o s ed   h an d o v er   s tr ateg y   s h o w ed   5 5 . 2 7 an d   2 3 . 0 3 r ed u c tio n   in   p ac k et  lo s s   r atio   a n d   6 1 . 8 5 an d   3 6 . 7 8 r ed u ctio n   i n   u n n ec e s s ar y   h a n d o v er s   at  s p ee d   o f   1 2 0 k m p h   an d   3 0 k m p h   r esp ec ti v el y .   R ed u ctio n   in   p ac k et  lo s s   r atio   s ig n i f ie d   t h at  t h m o b ile  d ev ice  is   h a v i n g   b etter   s i g n a f o r   lo n g er   p er io d   o f   ti m e.   R ed u ctio n   i n   n u m b er   o f   u n n ec es s ar y   h an d o v er s   e n s u r e d   b etter   u tili za tio n   o f   r eso u r ce s   o f   th n et w o r k .   T h is   alg o r it h m   a llo w ed   th m o b ile  d ev ice  to   s p en d   m o r t i m i n   f e m to ce ll a n d   t h u s   tr ie s   to   o f f lo ad   m ac r o ce ll.  I t p er f o r m ed   b etter   th a n   co n v e n tio n al  R S S b ased   h an d o v er   al g o r ith m ,   b o th   f o r   s lo w   a n d   f as m o v i n g   u s er s .       F UT UR E   SCO P E   T h an al y s is   i s   ca r r ied   o u b y   s i m u lat in g   t h s c e n ar io   o f   o v er laid   m ac r o ce ll  an d   f e m to ce ll  s tr u ct u r e.   C u r r en alg o r it h m   s h o w s   b ett er   r esu lts   i n   ter m s   o f   r ed u ce d   u n n ec es s ar y   h an d o v er s   a n d   r ed u ce d   p ac k et  lo s s   r atio .   T h w o r k   co u ld   b f u r t h er   ex te n d ed   b y   co m b i n in g   R SS   w it h   s o m o th er   p ar a m e ter s   f o r   p er f o r m i n g   h an d o v er s ,   w h ic h   ca n   h elp   f u r th er   to   ac h ie v b etter   r esu lts .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ba ig ,   Im r a n ,   a n d   V a ru n   Je o ti ,   n o v e p re c o d i n g   b a se d   h y b rid   M C/S ra d i o   a c c e ss   s y ste m   f o P A P R   re d u c ti o n   i n   la y e re d   OFDM A   o LT E - A d v a n c e d ,   IAE NG  In ter n a ti o n a J o u r n a o Co mp u ter   S c ien c e ,   v o l.   3 8 ,   p p .     3 1 4 - 3 1 9 ,   2 0 1 1 .   [2 ]   3 G P P   T S   3 6 . 3 0 0   V9 . 5 . 0   ( 2 0 1 0 - 0 9 Ev o lv e d   Un iv e rsa T e rre strial   Ra d io   A c c e ss   (E - U T R A a n d   Ev o lv e d   Un iv e rsa l   T e rre strial  Ra d io   A c c e ss Ne t w o rk   (E - UT R A N) o v e ra ll   d e sc rip ti o n ,   S tag e   2   (Re lea se   9 ).   [3 ]   Ha rri  Ho lm a ,   A n tt T o s k a la,  LT E - T h e   UM T S   lo n g   T e r m   Ev o lu ti o n F ro m   T h e o r y   to   P ra c ti c e ,   Jo h n   W il e y   &   S o n s L td ,   2 0 0 9 .   [4 ]   T su n g - Hu Ch u a n g ,   G u a n - Ho n g   Ch e n ,   M e n g - Hs u n   T sa i,   Ch u n - L u n g   L in ,   A ll e v iatin g   In terf e re n c e   th ro u g h   Co g n it iv e   Ra d io   f o LT E A d v a n c e d   Ne tw o rk ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,   v o l.   5 ,   2 0 1 5 .   [5 ]   Jie   Zh a n g ,   G u il lau m e   d e   la Ro c h e ,   F e m to c e ll s: T e c h n o l o g ies   a n d   D e p lo y m e n t,   Jo h n   W il e y   &   S o n s ,   2 0 1 0 .   [6 ]   S h a rm a ,   M a d h u   J.,   a n d   Vic to CM   L e u n g ,   I P   M u lt im e d ia  su b sy ste m   a u th e n ti c a ti o n   p ro t o c o i n   L T E - h e tero g e n e o u n e tw o rk s” ,   Hu ma n - Ce n tric Co mp u ti n g   a n d   In fo rm a t io n   S c ien c e s ,   v o l.   2 ,   p p .   1 - 1 9 ,   2 0 1 2 .           ( a)       ( b )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708     A   V erti ca l H a n d o ve r   A lg o r ith in   I n teg r a ted   Ma cro ce ll F e mto ce ll N etw o r ks   ( S u ma n   Desw a l )   308   [7 ]   A h m e d ,   Afa z   Ud d in ,   M o h a m m a d   T a riq u Isla m ,   a n d   M a h a m o d   Is m a il ,   A   re v ie w   o n   f e m to c e ll   a n d   it d iv e rse   in terf e re n c e   m it ig a ti o n   tec h n i q u e in   h e tero g e n e o u n e tw o rk ,   W ir e les Per so n a Co mm u n ica ti o n s ,   v o l.   7 8 ,   p p .   8 5 - 1 0 6 ,   2 0 1 4 .   [8 ]   L i m ,   Ja e c h a n ,   a n d   Da e h y o u n g   Ho n g ,   M o b il it y   a n d   h a n d o v e m a n a g e m e n f o h e tero g e n e o u n e tw o rk in   LT E - a d v a n c e d ,   W ire les s p e rs o n a c o mm u n ica ti o n s ,   v o l.   7 2 ,   p p .   2 9 0 1 - 2 9 1 2 ,   2 0 1 3 .   [9 ]   S h a lab y ,   M o h a m e d ,   M o n a   S h o k a ir,   a n d   Na g y   Wad ie  M e ss ih a ,   S y ste m   De sig n   a n d   P e rf o rm a n c e   A n a l y si o f   LT E   Co g n it iv e   F e m to c e ll s” ,   W ire le ss   Per so n a C o mm u n ica ti o n s ,   v o l.   8 5 ,   p p .   2 4 6 3 - 2 4 8 3 ,   2 0 1 5 .   [1 0 ]   Hu ss a in ,   F a ti m a ,   A lag a n   A n p a lag a n ,   a n d   Hy u n g   Yu n   K o n g ,   P e r f o r m a n c e   a n a l y sis   o f   t w o   d im e n s io n a l   sp re a d in g   f o o f c d m   f e m to c e ll   u se rs  o v e rla id   w it h   o f d m   m a c ro c e ll ,   W ire le ss   p e rs o n a c o mm u n ic a ti o n s ,   v o l .   7 2 ,   p p .     1 3 7 - 1 5 8 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   W u ,   S h ih - Ju n g ,   n e w   h a n d o v e str a teg y   b e t w e e n   fe m to c e ll   a n d   m a c ro c e ll   f o L T E - b a se d   n e tw o rk ,   in   4 th   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   U b i - M e d ia   Co mp u ti n g   ( U - M e d ia ) ,   I EE E,   2 0 1 1 .   [1 2 ]   X e n a k is,   Dio n y sis,  M o b il it y   m a n a g e m e n f o f e m to c e ll s   in   LT E - a d v a n c e d k e y   a sp e c ts  a n d   su rv e y   o h a n d o v e d e c isio n   a lg o rit h m s” ,   Co mm u n ica ti o n S u rv e y &   T u to ria ls ,   IEE E,   v o l.   1 6 ,   p p .   6 4 - 9 1 ,   2 0 1 4 .   [1 3 ]   D.  L e e ,   G .   G il ,   D.  Kim ,   A   Co st - Ba se d   A d a p ti v e   Ha n d o v e H y ste re sis  S c h e m e   to   M in im ize   th e   Ha n d o v e F a il u re   Ra te i n   3 G P P   L T   S y ste m ,   EU RA S IP  J .   o n   W ire les s Co mm u n ica ti o n   a n d   Ne tw o rk s ,   v o l.   6 ,   2 0 1 0 .   [1 4 ]   X e n a k is,   Dio n y sis,  Nik o P a ss a s,  a n d   Ch rist o V e rik o u k is,   A n   e n e rg y - c e n tri c   h a n d o v e d e c isio n   a l g o rit h m   f o th e   in teg ra ted   L T m a c ro c e ll f e m to c e ll   n e tw o rk ,   Co mp u ter   Co mm u n i c a ti o n s ,   v o l.   3 5 ,   p p .     1 6 8 4 - 1 6 9 4 ,   2 0 1 2 .     [1 5 ]   Ya n g ,   G a n g ,   X iao y a n g   Wan g ,   a n d   X iao lu   C h e n .   " Ha n d o v e c o n tro f o L T fe m to c e l n e tw o rk s . "   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   El e c tro n ics ,   Co m mu n ica t io n s a n d   C o n tr o ( ICECC),   IEE E,   2 0 1 1 .     [1 6 ]   P a y a M a h a jan ,   Ku ld e e p   S in g h ,   Ha rd e e p   Ka u r,   H a n d o v e De c isio n   M e c h a n ism   in   In terw o rk in g   T e c h n o lo g ies   Us in g   Ra d ial  Ba sis F u n c t io n s” ,   I AE S   I n ter n a t io n a l   J o u r n a o Arti fi c ia I n telli g e n c e   ( IJ - AI) ,   V o l   3   No   2 ,   2 0 1 4   [1 7 ]   Kim ,   T a e - H y o n g ,   a n d   Ja e - W o o   Kim ,   " Ha n d o v e o p ti m iza ti o n   w it h   u se m o b il it y   p re d icti o n   f o f e m to c e ll - b a se d   w irele ss   n e tw o rk s ",   In ter n a ti o n a J o u rn a o E n g i n e e rin g   a n d   T e c h n o l o g y   ( IJ ET ) ,   v o l.   5 ,   p p .   1 8 2 9 - 1 8 3 7 ,   2 0 1 3 .   [1 8 ]   Ra th e e sh ,   R. ,   a n d   P .   V e tri v e lan ,   " P o w e Op ti m iz a ti o n   T e c h n iq u e f o Ne x G e n e ra ti o n   W irele ss   Ne t w o rk s " ,   In ter n a t io n a J o u rn a o E n g in e e rin g   a n d   T e c h n o l o g y   ( IJ E T) ,   v o l .   8 ,   p p .   2 4 7 - 2 5 7 ,   2 0 1 6 .   [1 9 ]   Jin   L in g ,   Zh a n g   Hu i,   Ya n g   L o n g - X ian g ,   Z h u   Ho n g - Bo ,   A n   A d a p ti v e   V e rti c a Ha n d o f f   A lg o rit h m   Ba se d   o n   UMT S   a n d   WL A N” ,   IAE S   T EL KOM NIKA   In d o n e si a n   J o u rn a l   of   El e c trica l   En g i n e e rin g Vo 1 2   No   5 ,   2 0 1 4 ,   p p .   3 9 4 3 - 3 9 5 4 .   [2 0 ]   S u m a n   De s w a l,   A n it a   S in g h ro v a ,   A   R e v ie w   o f   Ha n d o v e S c h e m e in   Ov e rlaid   M a c ro   f e m to   Ce ll u lar  Ne tw o rk s” ,   in   In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   W ire les Ne two rk s,  IC W N’1 4 ,   J u ly   2 0 1 4 ,   p p 2 6 1 - 2 6 5 ,   CS REA   p re ss ,   IS BN   1 - 6 0 1 3 2 - 2 7 8 - X.   [2 1 ]   Ch o w d h u ry ,   M o sta f a   Za m a n ,   a n d   Ye o n g   M i n   Ja n g ,   Ha n d o v e m a n a g e m e n in   h ig h - d e n se   f e m to c e ll u lar  n e tw o rk s” ,   EURA S IP  J o u r n a o n   W ire les s Co mm u n ica ti o n s a n d   Ne two rk in g ,   v o l. 1 ,   p p .   1 - 2 1 ,   2 0 1 3 .   [2 2 ]   Ka ss a r,   M e rie m ,   Brig it te   Ke rv e l la,  a n d   G u y   P u jo ll e .   " A n   o v e rv iew   o f   v e rti c a h a n d o v e d e c isio n   stra teg ies   in   h e tero g e n e o u s w irele ss   n e tw o rk s "   Co mp u ter   Co mm u n ica ti o n s ,   EL S EV IER,   v o l.   3 1 ,   p p .     2 6 0 7 - 2 6 2 0 ,   2 0 0 8 .   [2 3 ]   Be c v a r,   Zd e n e k ,   a n d   P a v e M a c h ,   A d a p ti v e   h y ste re sis  m a rg in   f o h a n d o v e r   in   f e m to c e ll   n e tw o rk k s” ,   in   6 th   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   W ire les s a n d   M o b il e   C o mm u n ica ti o n ( ICW M C) ,   IEE E,   2 0 1 0 .   [2 4 ]   Ba g u b a li ,   A . ,   P rit h iv iraj,   V . ,   M a ll ick ,   P . S . ,   &   Krish n a n ,   K. V . ,   Ha n d o v e P ro b lem f o In teg ra t in g   LT w it h   F e m to c e ll   Ne t w o rk ,   J o u rn a o T h e o re ti c a &   Ap p li e d   I n fo rm a t io n   T e c h n o lo g y ,   v o l.   4 6 ,   2 0 1 2 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       S u m a n   D e sw a l   is  p u rsu i n g   h e P h . f ro m   DCR  Un iv e rsit y   o f   S c i e n c e   &   Tec h n o lo g y ,   M u rth a l,   In d ia.  S h e   h a c o m p lete d     h e M . T e c h   ( Co m p u ter  S c ien c e   &   En g g . f ro m   Ku ru k sh e tra   Un iv e rsit y ,   Ku ru k sh e tra,  In d ia  a n d   B. T e c h   (Co m p u ter  S c ien c e   &   En g g . f ro m   CR   S tate   Co ll e g e   o f   En g g . ,   M u rth a l,   In d ia  in   2 0 0 9   a n d   1 9 9 8   re sp e c ti v e l y .   S h e   p o ss e ss e 1 4   y e a r o tea c h in g   e x p e rien c e   a n d   is  p re se n tl y   w o rk in g   a A ss istan P ro f e ss o in   t h e   d e p a rtm e n o f   Co m p u ter  S c ien c e   a n d   E n g g .   a DCR Un iv e rsity   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   M u rth a l ,   In d ia.          An ita   S i n g h r o v a   h o ld a   P h . d e g re e   f ro m   GG S   In d ra p ra sth a   Un iv e rsit y ,   De lh i,   In d ia.  S h e   h a s   c o m p lete d   M . (Co m p u ter  S c ie n c e   &   En g g . f ro m   P u n jab   En g i n e e ri n g   Co ll e g e ,   Ch a n d ig a rh ,   In d ia  a n d   B. T e c h   (Co m p u ter   S c ien c e f ro m   T . I. T&S,   Bh i w a n i,   In d ia  2 0 0 6   a n d   1 9 9 3   re sp e c ti v e l y .   S h e   h a a lso   b e e n   c e rti f ied   a Ja v a   P ro g ra m m e r   b y   S u n   M icro sy ste m s.  S h e   p o ss e ss e se v e n tee n   y e a rs  o f   tea c h in g   e x p e rien c e   a n d   is  p re se n tl y   w o rk in g   a P ro f e ss o in   t h e   d e p a rtm e n o f   Co m p u ter  S c ien c e   a n d   En g g .   a DCR  Un iv e rsit y   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   M u rth a l ,   In d ia.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.