I n t ern a t i o n a l   J o u rn a l   o f   A d v a n ces   i n   A p p l i ed   S ci en ces   ( I J A A S )   V o l .   7 ,   N o .   2,   J une   201 8,   p p.  1 05 ~1 1 6   I S S N 225 2 - 88 14 ,   D O I 10. 115 91 /ij a a s . v7 . i 2 . p p10 5 - 11 6             1 05       Jo u r n al   h om e pa ge h t t p : / / i a e s co r e . c o m/ o n l i n e / i n d e x . p h p / I J A A S   A   N ov e l  H a ndof f  N ec es s i t y  E s t i mat i o n A pp r oac h B a s e o T r ave l l i ng  D i s t anc e       J yot M a d aa n ,   D r I n du  K a s hy a p   M a na v Ra c hna  I nt e rna t i ona l  U ni ve rs i t y ,  F a ri d a ba d,  121003 ,  Indi a       A rt i cl I n f o     A BS TR A C   Ar t i c l e   h i s t o r y :   R ecei v ed   D ec   9 ,   20 1 7   Re v i s e d   Ma 3 ,   201 8   A ccep t e d   Ma 2 7 ,   2 01 8       M obi l i t y  m a na g e m e nt  i s  one  o f t he  m os t  i m port a nt  c h a l l e nge s  i n N e xt   G e ne ra t i on W i re l e s s  N e t w orks  ( N G W N s ) a s  i t  e na bl e s  us e rs  t o m ove  a c ros s   ge ogra phi c  bo unda ri e s  of   w i re l e s s  ne t w orks .  N ow a da y s ,  m obi l e   c om m uni c a t i ons  ha ve  h e t e rog e ne ous  w i re l e s s   ne t w orks  offe ri ng va ri a b l e   c ove ra g e   a nd  Q ua l i t y  o f S e rv i c e  (Q oS ).  T h e  a va i l a b i l i t y  of  a l t e rna t i ve s   ge ne ra t e s  a  pro bl e m  of oc c urre nc e  of unne c e s s a r y  h a ndoff t h a t  re s ul t s  i n   w a s t a ge  of  ne t w ork re s ourc e s .  T o a voi d  t hi s ,  a n   e ffi c i e nt  a l gori t h m  ne e d s  t be  de v e l ope d  t o m i ni m i z e   t h e  unne c e s s a r y   ha ndoffs .  Conv e nt i on a l l y ,   w he ne ve  W i re l e s s  L oc a l  A re a   N e t w ork (W L A N ) c onne c t i vi t y   i s  a va i l a b l e ,   t he  m obi l e  nod e  s w i t c h from  c e l l ul a r n e t w ork t w i re l e s s  l oc a l  a r e a  ne t w ork    t o ga i n m a xi m um  us e  of hi gh b a ndw i dt h a nd l o w  c os t  of w i re l e s s  l oc a l  a re a   ne t w ork a s  m uc h a s  pos s i bl e .   But  t o m a i nt a i n  c a l l  qua l i t y   a n d m i ni m um   num be r of c a l l  f a i l ur e ,   a  c ons i d e ra bl e  proport i on  of t he s e  ha ndo ve rs  s houl d   be  de t e rm i ne d.   O ur a l gori t hm  m a ke s  t he  ha nd off t o w i re l e s s  l oc a l   a re a   ne t w ork onl y  w he n t he  P re di c t e d Re c e i v e d S i gna l  S t re ng t h ( P RS S ) fa l l s   be l ow  a  t hr e s hol d va l u e   a nd t r a v e l l i ng  di s t a nc e  i ns i de  t h e  w i r e l e s s  l oc a l  a re a   ne t w ork i s  l a rge r t ha n a  t hr e s hol d di s t a nc e . T hro ugh M A T L A s i m ul a t i on ,   w e  s how  t ha t  ou r a l gor i t hm  i s   a b l e   t o i m prove  ha ndove r pe r form a nc   Ke y wo r d :   N ex t  G e n er at i o n  W i r el es s   N e t w o rk s   ( N G W N s )   P o i n t   o f   A t t a c h m e n t   ( P o A )   P r e d i c t e d   Re c e i v e d   S i g n a l   S t r e n g t h   ( RS S )   Q u a l i t y  o f   S e r v i c e   ( Q o S )   V e r t i c a l   H a n d o f f   D e c i s i o n   ( V H D )   W i r e l es s   L o cal   A r ea  N et w o r k   (W L A N )   Copy r i ght   ©  201 8   Ins t i t ut e  o f   A d v anc e d  E ngi n e e r i ng and S c i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   C or r e s po n di n A u t h or :   J y o t i   M ad aan ,     M an av   R ach n a  I n t er n at i o n al   U n i v er s i t y ,   F a r i da ba d,   1 21 00 3,   I n di a .   E m a i l :   j y o t i v e r m a . f e t @ m r i u . e d u . i n       1.   I N T R O D U C T I O N     H e t e r oge ne ous   w i r e l e s s  ne t w o r k s  a r e   on e  of  t h e  m os t   im por t a nt  s t r u c t ur e s  t ha t  a r e  ne e de f o r   de pl oy m e nt  of   w i r e l e s s  t e c h n ol o gi e s  s u c h a s  4G  m obi l e  s y s t e m s .  T he  he t e r o ge ne o us   ne t wo r k  i s  t he   gr o up  o f   t e c hn ol o gi e s   w hi c c a be   a c c e s s e t a l l ow   t he   us e r   t ha v e     s e a m l e s s   m obi l i t y   a nd  b e s t   q u a l i t y   o f   s e r v i c e   a t   al l  t i m e s u ch  as   h i g h  c o v e r ag e o f  cel l u l ar  n et w o r k s  an d  h i g h   b an d w i d t h  o f  w i r el es s  l o cal  ar ea n et w o r k   ( W L A N )   [ 1 ] ,  [ 2 ] .  T o  al l o w  s ea m l es s   m o b i l i t y  an d  al w ay s   b es t  c o n n ect ed  s er v i ces  t o  m o b i l u s er ,  t h e r e i s  a   ne e d t de ve l o p a n e f f i c i e nt  ha n d ove r  de c i s i on  a l g or i t hm .  H a n do ve r  i s  d e f i ne d a s  t he  p r oc e s s  i n w hi c h t he   c ha n ne l  f r e q ue nc y ,  t im e  s l ot ,  s pr e a di n g c ode  or  m a y  be  c o m bi na t i on a ny  of  t he m  i s  be i ng c ha n ge w hi l e  t h c u r r e n t   c a l l   i s   i n   p r o g r e s s   [ 3 ] .   Ha n d of f   i s   di vi de i nt t w c a t e go r i e s   a s   h o r i z o nt a l   a nd  ve r t i c a l   ha n do f f   on  t he   ba s i s   of   t he   ki n of   ne t wo r k   i s   u nde r   us e   [ 4 ].   L ot s  of   w o r k  ha s  be e n do ne   by  r e s e a r c he r s   o n V e r t i c a l   H a n d of f  De c i s i on ( V H D )  pr oc e s s .   F e w of   t h e m  a r e  l i s t e d  a s  f o l l o w s .   I n  a n  e x i s t i n g  t r a v e l l i n g   d i s t a n c e  p r e di c t i on  ha nd o f f  a l g or i t h m  pr o po s e by  Y a n ,   t he  ha nd o f f   oc c ur s   w he n t he  pr e di c t e d t r a v e l l i ng di s t a nc e  i s  gr e a t e r  t ha n t he   di s t a nc e  t hr e s hol d [ 5 ].  T h i s   a l go r i t hm   pr ov i de s   c o ns t a nt   v a l ue   of   pr oba bi l i t of   ha nd o ve r   f a i l ur e   a nd  u nne c e s s a r y   ha n do ve r .   T he   c on s t a n t   va l ue   o f   pr oba bi l i t y   of   ha n d o ve r   f a i l u r e   a nd   un ne c e s s a r y   ha nd o ve r   i s   ve r y   hi g f o r   l o ve l oc i t y   us e r .     I s e r ni a  e t  a l .   i n 2 0 11  ha ve  p r o p os e d  a n   i nn ova t i ve  a p pr oa c h t o  dy n a m i c a l ly  r e c o nf i gu r e  t he i r   r a di a t i o n pa t t e r of  f i xe d - g e o m et r y   l i n ear  ar r ay  an t e n n as .  T he  p r op os e d m e t hod i s  a im e d a t  s y nt he s i z i ng   r e c o nf i gu r a bl e  a r r a y s  ge ne r a t i ng  b ot pe nc i l  be a m s  a nd  s ha pe d  be a m s  by  m e a ns   of   a  p ha s e - o nl y  c ont r ol   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN 2 252 - 88 14   IJ A A S     V o l .   7 ,   N o .   2 ,   J un e   201 8   105     11 6   1 06   s t r a t e gy .  T he  b e ne f i t s  o f   bot h  s e pa r a t e  a nd  o pt im a l  s y nt he s i s  of   pe nc i l  a nd  s ha p e pa t t e r ns ,  a r e  c om bi n e d t o   de t e r m i ne  t he  c om m on a m pl it ude   w e i g ht s  a nd t he  v a r i o us  s e t  of   ph a s e  e xc i t a t i on c oe f f i c i e nt s  i n a  f a s t  a nd   e f f e c t i ve   f a s hi on .   T he   e f f e c t i ve ne s s   of   t he   p r o p os e a pp r o a c i s   di s c us s e d   t hr o ug a   s e t   of   p r e l i m i na r y   r e s ul t s   c onc e r ni n a pp l i c a t i ons   o f   a c t ua l   r e l ev a n c [ 6 ].   A f t e r  t ha t  a n e nha nc e d V H D  m ode l  ba s e d o n P r e di c t e d R e c e i ve d S i gna l   S t r e n gt (P R S S a n d  d w e l l   t im e  va l ue  i s  pr o po s e d  by   K u n a r ak  an d  S u l ees at h i r a .  T h e   r e c e i v e d  s i g n a l   s t r e n g t h  i s  p r e d i c t e d   b y  a   ba c k p r o pa ga t i on  ne ur a l   ne t w or t i ni t i a t e   a   ha n d of f   e a r l y .   T he   va l ue   of   d w e l l   t im e   de pe nds   u p on  t he   m obi l e   no de   ve l oc i t y  a nd m ovi n pa t t e r n.  T he y  ha ve  de s i g ne d m ul t i pl e   m e t r i c   ba s e d p ol i c i e s  f o r  r e a l  t i m e  a nd  n on   r e a l  t im e  s e r v i c e s  i n di f f e r e nt  ne t w or ks .   T he y  ha ve  de s i gne d ha n do f f  t r i gge r i n g p r oc e s s  t o c he c k t he   c on s i s t e nc y  o f  R S S   du r i n g a  w hol e   d we l l  t im e  dur a t i o f or  t r i g ge r i ng  h a nd o f f   p r oc e s s .  S o t ha t   u nne c e s s a r y   ha n d of f  c a be  a voi de d .  I n f u t ur e ,  t he  a l g or i t hm  c a n be  ut i l i z e d f or  c a l c ul a t i ng ha n do f f   de l a y  a nd t hr o ug h pu t   f o r   r eal   t i m s er v i ces   [ 7 ].   B o e t  a l . ,  i n 201 4 ha ve  p r o p os e m ul t i a t t r ibut e  ve r t i c a l  ha nd o f f  de c i s i o n a l go r i t hm  ba s e d o n n ode   m obi l it y .  T he  c ur r e nt  a c c e s s   poi nt  pr e s wi t c h t o t he  a dja c e nt  a c c e s s  p oi nt s ,  a n d t he   ha n d of f  i s  t r i gg e r e d  w he t h e s i g n al  co v e r ag r at e o f  t h e acces s  p o i n t   i s  b e l o w  a   p r e s e t  t h r e s h o l d .   D e t a i l e d  s i m u l a t i o n   r e s u l t s  s h o w  t h e   pe r f o r m a nc e  im pr ove m e nt  i n a  pr o po s e d a l go r i t hm  a s  c o m pa r e d t o t r a d i t i ona l   m ul t i a ttr i b ut e  de c i s i on   m a ki ng   a l g o r i t h m   [ 8 ].     L a t e r   o n,   i 2 0 15  Ga a n Z h a ng  ha ve   p r op os e a   m e c ha ni s m   t s e l e c t   b es t   acces s   n et w o r k   f o r   L o w   P o w e r   M o b i l e   T e r m i n a l   ( L P M T )   i n   i n t e g r a t e d   W L A N / U M T S   e n v i r o n m e n t .   T h e   a d a p t i v e   w e i g h t s   a r e   u s e d   t o   r e d uc e   un ne c e s s a r y  ha nd o f f   a nd t o e xt e nd  ba t t e r y  l i f e t im e s  of  l ow   p ow e r  m obi l e  t e r m i na l  w i t ho ut  i m pa c ti n g   t h e   p e r c e i v e d   q u a l i t y   o s e r v i c e   ( Q o S [9 ].   A l s o ,  t h er e ar e s o m e cas es   i n  w h i c h  co n v en t i o n al  d i s t a n ce p r e d i ct ed  h an d o f f  al g o r i t h m  can n o t   pr o vi de  a n e f f e c t i ve  ha n do v e r  de c i s i o n.  F ol l ow i ng a r e  t he  t wo c a s e s  i n w hi c h ha n d ove r  t o a   m ob i l e  node   c a nn ot   be   pr o v i de t hr o ug a   c on ve nt i on a l   a l g o r i t h m   w h e n   i t   i s   a c t u a l l y   r e q u i r e d .     a .       C a s 1   T he  c e l l ul a r  n e t w o r k a nd  W L A ove r l a wi t h e a c h ot he r  a s  s ho w n i n F i gu r e  1 ( a )  L e t  us  a s s um e ,   t he   m obi l e  no d e  e nt e r s  f r om  the  c e l l ul a r  ne t w o r ( p oi nt  P i )   i nt o t he   W L A N a n d wi l l  e xi t  f r om  a not he r  poi nt   P o .   N o w  a s   m o b i l e n o d e t r av el s  i n  t h e W L A N ,  i t  co v er s   s o m e d i s t an ce.   T h er e r e f or e ,  c on ve nt i ona l  a p pr oa c h   pr o vi de s  t he  h a nd o ve r  t o t he   m obi l e  node  o n t he   ba s i s   of  t r a ve l l e di s t a n c e  i n t hi s  s i t ua t i on.  B ut ,  t he  s t r e n gt h   o f  cel l u l ar  n et w o r k  as   w el l  as  W L A N  i s   s u f f i c i e n t l y  s t r o n g  t o  p r o v i d e  s e r v i c e  c o n t i n u i t y  i n  t h i s   t r a j e c t o r y .   T h e r e f o r e ,   h a n d o f f   i s   a c t u a l l y   n o t   r e q u i r e d   i n   t h i s   s i t u a t i o n .           F ig ur e   1   ( a ).   O ve r l a ppi ng  s t ru c t u r e   o c e l l u l a r   ne t w or a n d   W L A N       F ig ur e   1   (b ).   S h o r t e s t   p r e d i c t e d   d i s t a n c e     b.      C as e     I n t he  s e c on d s c e na r i o a s  s h ow n i n F i g ur e   1 ( b ) ,  t he  m obi l e  node  e nt e r s  f r om  t he  c e l l u l a r  ne t wo r k   ( p oi nt  P i )  i nt o t he   W L A N  a n d w i l l  e xi t  f r om  a not he r  poi nt  P o.   A c c or di n t o  c o nve nt i o na l  a p pr oa c h,   t h e  s h o r t e s t  t r a v e l l e d   d i s t a n c e  ( d )  i s  v e r y  s m a l l  a s   co m p ar e d   t o   t h r es h o l d  d i s t an ce.   T h er ef o r e,  h a n d o f f  can n o t   be   pr o vi de t o   t he   m obi l e   n od e   t hr o ug c o nv e nt i ona l   a p pr o a c h,   b ut   i t   i s   a c t ua l l y   ne e de d.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A A S     I S S N 225 2 - 88 14       A   No v e l   H a n d o f f   Ne c e s s i t y   E s t i m a t i o n   A p p r o a c h   B a s e d   o n   T r a v e l l i n g   D i s t a n c e   ( Jyo t i   M ad aan )   1 07   2.   R ES EA R C H   M ETH O D     T o ve r c om e  the   a b o ve   s a i i s s ue s   we   ne e t o pt im i z e   t he   ha n d of f   a l g or i t hm   t ha n dl e   s uc t y pe   o f   s i t ua t i ons .  S o,  i n pr e s e nt e d a l go r i t hm  ha ndo f f   i s  do ne  on t he  ba s i s  o f  t r a ve l l i ng  di s t a nc e  w i t h r e s pe c t  t o   r a d i u s   ( Rd )   i n s t e a d   o f   t r a v e l l i n g   d i s t a n c e   ( d ) .           F i g u r e   2   ( a ) :   T r a v e l l i n g   d i s t a n c e  w . r . t .   ra d i u s   (R d )   i n   ove r l a p pi n s t r u c t u r e       F i g u re   2   (b ): T r a v e l l i n g   d i s t an ce  w . r. t  ra d i u s   (R d )   i n   s h o r t e s t   p r e d i c t e d     d i s t a n c e   s t r u c t u r e       I n  a n   o v er l ap p ed  ar c h i t ect u r e  as  s h o w n  i n  F i g u r e 2  ( a ) .  E s t i m at ed  t r av el l i n g  d i s t an ce  w i t h  r e s p ect  t o   r a di us   i s   R , w hi c i s   s m a l l e r   t ha t he   t h r e s h ol di s t a nc e   (                                                                        ).  T h e re f o r e ,   h a n d o ff i s   not   p r o vi de t h r o u gh   p r e s e nt e a l g o r i t hm .   Al t ho ug c o nve n t i ona l   m e t hod  pr o vi de   ha nd of f   i n   t hi s   c a s e .   I n s h or t e s t   pr e di c t e di s t a nc e  a r c hi t e c t u r e  a s  s h ow n i n F i gu r e   2 ( b ) ,  E s t im a t e d t r a ve l l i ng  d i s t a n c e   w i t r e s pe c t   t r a di us   i s   R , w hi c i s   l a r ge r   t ha n   t he   t hr e s h o l di s t a nc e   (                                                   ). T h e re fo re ,   ha n d of f  i s  pr o vi de d t hr o ug pr e s e nt e d a l go r i t hm ,  a l t houg h c o n ve nt i o na l   m e t hod c a n’ t    pr ovi de  ha n d of f  i n   t h i s   cas e.       3.   R ES U LTS   H A N DO F F  N E CE S S I T E S T I MA T I O N   MO D UL E   (H NE M )       T he   Ha n d of f   Ne c e s s i t y   E s t i m a t i on  M od ul e   ( H N E M )   de t e r m i ne s   t he   ne c e s s i t y   of   m a king  a   ha nd o ve r   t o a n a va i l a bl e  ne t w or k.   H N E M  m odul e  i nc l u de s  t h r e e  a l go r i t hm s -   r e c e i ve d s i g na l  s t r e n gt pr e di c t i on,   t r a v e l l i n g  d i s t a n c e  e s t i m a t i o n   w i t h  r e s p e c t  t o  r a d i u s ,  a n d  c a n d i d a t e  n e t w o r k   s e l e c t i o n  a l g o r i t h m .  I t  t a k e s   pr e di c t e r e c e i ve s i g na l  s t r e ngt h ( P R S S )  o f  c u r r e nt  s e r vi c e d n e t w or k,   n e i gh bo r   ne t w o r k ,  t hr e s h ol d R S S  o f   s e r vi c e ne t w or k a n d t r a ve l l i ng  di s t a nc e   o f  m obi l e  n o de  a s  i n p ut s ,   ge ne r a t i n t he  r e qui r e m e nt   of  m a ki ng   ha n d of f  a s  i t s  out put .   I t  a l s s e l e c t s  t he  c a n di da t e  ne t w o r k s  f r om  t he  a va i l a bl e  ne t w or ks .  T he   bl oc di a gr a m   of   H N E M   i s   s h ow i F i gu r e   3.           F i gu r e   3.   H a n d o f f   n eces s i t y   es t i m at i o n   m o d u l e   (HN E M )   t r av el ed d t hr e s hol d Rd t r av el ed d t hr e s hol d Rd Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN 2 252 - 88 14   IJ A A S     V o l .   7 ,   N o .   2 ,   J un e   201 8   105     11 6   1 08   T he  out put  of  H NE M   i s  on e   t o  i n d i c a t e  t h a t  t h e   P R S S   of  c ur r e nt  s e r vi c e d  ne t w or k i s  n ot  e no u gh t o   pr o vi de  s e r vi c e s  t m obi l e  node  a s   we l l  a s  e s t im a t e d t r a ve l l i ng di s t a nc e  or  s t a y  t im e  of  m obi l e  no de  i n a   ne t w or k i s  ve r y  hi g h a s  c om pa r e d t o t h r e s hol di s t a nc e   a nd  i s  t he r e f o r e  a   ha n d o f f i s  re q u i r e d .   Ot h e rw i s e ,   out put  i s   0   i . e .   ha n d of f   i s   n ot   r e qui r e d .       s e r th d th PR SS R SS & R d 1 , HNE M 0 < ≥=  =     ( 1)     T h e es t i m at i o n  o f   h an d o f f  n eces s i t y  r el i es  o n  accu r a cy  o f  r ecei v e d  s i g n al  s t r en g t h  ( R S S )   m eas u r em en t .   N ex t   s ect i o n   s h o w s   t h i n p u t   p ar am et er s   es t i m at io n   of   H NE M.     3. 1.     R ecei v ed   S i g n a l   S t ren g t h   P red i ct i o n   U s i n g   L ev e n b erg   M a r q u a rd t   A l g o ri t h m   T he  e s t i m a ti on  of  t he   ha n d ov e r  ne c e s s i t y  i s  ba s e d o n a n a l go r i t hm  a t t e m pt i ng  f or  t he  p r e di c t i o n o f   t h e  RS S   b y  u s i n g  s u cces s i v e  R S S  m eas u r em en t s .   Re c e i v e d  s i g n a l  s t r en g t h  i s  a m eas u r e o f  q u al i t y  o f  s i g n al   p er cei v ed   b y  t h e m o b i l e n o d e.   T h r ecei v ed  s i g n al  s t r e n g t h  a n d  t h e m o b i l e n o d e m o v em en t  ar e d i r ect l y   pr o po r t i ona l  t o  e a c ot he r ,   w hi c he l p s  i n e s t im a ti ng t ha t   w he t he r  t he  m obi l e   no de  i s   m ovi ng a w a y   or  c l os e r   t o   t h e   m oni t o r e ne t w or k.   In   re c e n t  y e a rs ,  A rt i fi c i a l  N e u ra l  Ne t wo r k  ( A N N s ) h a s   p r o v e n  a s  t h e  s u c c e s s f u l  a l g o ri t h m  fo r t h e   pu r pos e  o f   pr e di c t i on  of  R S S  i n r ur a l ,  s ub ur ba n ,  a nd i n i n d oo r  e nvi r o nm e nt  a s   w e l l  [ 1 0 ].  A n  a r t i f i c i a l  n e u r a l   ne t w or k i s  t he  ne ur o ba s e d  s y s t e m  w hos e  w or ki n g i s   qui t e  s i m i l a r  t o t he   hum a br a i n a nd  i s   u s e f o r   pr oc e s s i ng  of  t he  i nf or m a t i on  on t he  ba s i s  o f  t he  i nf or m a t ion t ha t  t he  s y s t e m  ha ve .  A N N  i s   de ve l ope d  ba s e d   on hum a br a i n,  w hi c i s   c om pl e x,  no nl i ne a r ,  a n d c a pa bl e   of  w o r ki ng i pa r a l l e l  o r  i n  d i s t r i b u t e d   e nvi r o nm e nt  a nd   a l s o   c a n   pe r f o r m   t he   l oc a l   pr oc e s s i ng   a n d   a da pt i on   o f   t h e   i nf or m a t i on  a s   w e l l .     T he  f i e l d s t r e n gt pr e di c t i on   i s  do ne   be t w e e n t w poi nt s  a nd c a n a l s be  c on s i de r e d a s  a  f u nc t i o w i t h s e ve r a l  i np ut s  a n d a   s i ngl e   o ut p ut   [1 1 ],  [1 2 ].   T he  i np ut s  c o nt a i i nf or m a t i on a b out  t he  m obi l e  n o d e   s pe e d,   pa t h   l os s ,   di s t a nc e ,   e t c . ,   w hi l e   t he   o ut put   gi ve s   t he   R S S   f o r   t h os e   i n put s .   T he   pr e s e nt e a pp r oa c us e   m ult i l a y e r  pe r c e pt i on  ( M L P )  f o r  p r o pa ga t i o n s i m ul a t i on t ha t  i s  s h ow n   i n   t h e   F i g u r e   4   w i t f o ur   l a y e r s :   t he   i n p ut   l a y e r ,   t w o   hi dde l a y e r s   a n a o ut p ut   l a y e r .   T h e   ne ur o ne t w or i s   co m p l et el y  i n t er co n n ect ed .  T h i s  m ean s  t h at   f eed  f o r w ar d   p r o ces s i n g  o f  t h e A N N  i s  p o s s i b l e.  T h r ee  d i f f er en t   t y pe s   o f   s i gna l s   a r e   be i n i de nt i f i e i t hi s   n e t w o rk :           F i g u r 4 .   F e e d   fo rw a r d   m u l t i l a y e p e r c e p ti on  ( ML P )     a.   T he  i n put  s i g n a l  i s  pr e s e nt e d  a t  t he  i nput  l a y e r  of  t he  ne t w o r k a nd  pr o p a ga t e s  i n a  f or wa r d di r e c t i o n  t r e a c h t he   ot he r  e nd o f  t he  ne t w o r k a s   out put  s i gna l .  E a c h i np ut  u ni t  r e c e i ve s  t he  i n put   s i gna l  ( pa t h l os s ,   ve l oc i t y ,  a nd l oc a t i on c oo r di na t e s  of  t he  m obi l e  n ode )  a n d t r a ns m i t s  t his  s i gna l  t o a l l   hi d de n l a y e r s .   T h e   out put  s i g na l  i s  be i ng c om put e d by  a p pl y i ng t he  a ddi t i o n of  t he   w e i gt hs  o f  t he  i np u t  s i gna l  f or  e a c h i d d e n  u n i t   i n   t h e   a c t i v a t i o n   f unc t i o n.   b.   A s  t he  A N N i s  t he   ba c k  p r o pa ga t i o n a l go r i t hm  he nc e  t he  e r r or  s i g na l s  t ha t  a r e   ge ne r a t e d a t  t he   o ut p ut   l a y e r  pr o pa ga t e s  ba c k wa r ds  f r om  out p ut  l a ye r  t o hi d de n a n d s on i n t he   AN N ne t w o r k .  T hi s  i s  a  de f i n e d   f u n c t i o n   f o r   t h e   t a r g e t   a n d   t h e   a c t u a l   o ut put .   c.   T h e   o u t p u t  o f   t h e  n e u r a l  n e t w o r k  t h a t   r e p r e s e n t s  t h e  s i g n a l  s t r e n g t h .  S y n a p t i c   w e i g h t s  a r e   u s e d  s o  a s  t o   c on ne c t  t he  i n put s  t o t he   f i r s t  hi dde n l a y e r  of  t he   ne t w or k .  As  t he   ne t w o r us e s  t he  f o r w a r d p r oc e s s i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A A S     I S S N 225 2 - 88 14       A   No v e l   H a n d o f f   Ne c e s s i t y   E s t i m a t i o n   A p p r o a c h   B a s e d   o n   T r a v e l l i n g   D i s t a n c e   ( Jyo t i   M ad aan )   1 09   he nc e  t he   o ut p ut  o f  t he  f i r s t   hi d de n  l a y e r  is  th e  inpu t to th e  s e c on d h i dd e n la ye r ,  a nd   a ll its  n e ur on s   a r e   co n n ect ed   t o   t h o u t p u t   l ay er   o f   t h n et w o r k .     B el o w   m at h e m at i cal   eq u at i o n   d es cr i b es   t h o u t p u t   o f   t h n et w o r k :     φφ φ = = = = LM N r O O k h 2 k j j h1 j i i k 1 j1 i1 P w w v wu   ( 2)     W he r e  N ,  M ,   L  de pi c t s  t he  t ot a l  num be r  o f   ne u r o ns  i n t h e  hi d de n l a y e r s  a s  f i r s t ,  s e c o nd a n d t hi r d,   W Ok   i s   s y na pt i c  w e i gh t s  f r om  ne ur on  k i n t he  s e c on d hi dde n l a y e r  t o t he  s i n gl e   o ut p ut  ne ur o n,    V   i s  j th   e l e m e n t  o f   t he  ve c t or  t ha t  i np ut s  t o t he   s e c o nd  hi d de n  l a y e r ,   W kj   i s  c o n n e c t i o n  w e i g h t s  b e t w e e ne u r ons  i n t he  t w o   h i d d en   l ay er s ,  U i   i s  i th   e l e m e nt  of  t he  ve c t o r  t ha t  i np ut s  t o  t he  f i r s t  hi dde n l a y e r ,   W ji   i s  c o n n e c t i o n   w e i g h t s   be t we e n i n put s  a nd t he  f i r s t   h i dde n l a y e r ,   h1 φ ,   h2 φ   a nd  0 φ   a r e  a c t i v a t i o n  f u n c t i o n s   i n  t h e  f i r s t ,  s e c o n d  a n d   o u t p u t   l ay er s   r es p ect i v el y .     T h e  a c t i v a t i o n  f u n c t i o n   o f  t h e  o u t p u t  l a y e r  i s  l i n e a r  f u n c t i o n ,  w h i l e  t h e  a c t i v a t i o n  f u n c t i o n  o f  t h e   hi d de n   l a y e r s   i s   s i gm oi t y pe .   I t   c a be   gi ve by   t he   e q ua t i on     ( ) φ = + av av 1e a, v 1e   ( 3)     W h e r e  a   d e p i c t s  t h e  a c t i v a t i o n  f u n c t i o n s  s l o p e .   A c t i v a t i o n  f u n c t i o n  i s  u s e d  t o  e v a l u a t e  t h e  d u r a t i o n   o f  t h e   ne t w or k t r a i ni ng ,  s o t ha t  t he  t r a i ni ng s pe e d c a be  a d ju s t e d by  c ha ngi ng t h e  a va i l a b l e  pa r a m e t e r s .  I n t h e   n eu r al  n et w o r k,  i t  n ot  p os s i bl e  t de f i ne d  t he  s l o pe   of   t he  a c t i va t i on   f u nc t i o n f or  e ve r y   ne u r on ,  s o t he i r   e s t im a ti on  i s   m a de   a da pt i ve   i n   w a y   du r i n t h e   p r oc e s s   of   t r a i ni ng .   T h e   s t e p   b y   s t e p   e x e c u t i o n   o f   t h e   a l g o r i t h m   i s   a s   f o l l o w s :   a.   T h er e   ex i s t   t h e   ci r cu l ar   g eo m et r y   i n   t h e   WL AN .   b.   T he   m obi l e   n o de   m ove s   i a   s t r a i ght   l i n e   wi t c o ns t a nt   s pe e i n   t he   W L A N.   c.   T he   pr o pa ga t i o e nvi r o nm e nt   i s   m ode l l e us i ng   t he   pa t h   l os s   m ode l   of   W L AN   c o ve r a ge     T he   s i gna l   s t r e ngt r e c e i ve by   m obi l e   no d e   i a   W L A N   a t   di s t a n ce  x   ca n   b cal cu l at e d   a s   [1 3 ], [1 4 ].       ( 4)       S i m i l a r l y ,   r e c e i v e d   s i g n a l   s t r e n g t h     f o r   U M T S   a t   d i s t a n ce x   can   b cal c u l at ed   as   [ 1 5 ].         ( 5)         ( 6)   Wh e re        i s   e nvi r o nm e nt a l  f a c t or ,  R S S ( x)  i s   r ecei v e d  s i g n al  s t r en g t h  at  d i s t an ce x ,  P t i s  t r a n s m i t t e d  p o w e r   (1 W) ,  a n d  P L ( x i s  pa t h l os s   a t  a  di s t a nc e  x be t we e n m obi l e  no de  a n d ba s e  s t a t i on,  Z  i s  pa t h l os s  c o ns t a nt ,   β  i s   pa t h   l os s   e x p one nt .       3. 2.     Tr a v e l l i n g   D i s t a n c e   Es t i m a t i o n   w i th   Re s p e c t Rad iu s     T h e  t r a v e l l i n g  d i s t a n c e  i n  a  W L A N  n e t w o r k  a r e a  w i t h  r e s p e c t  t o  r a d i u s  i s  p r e di c t e d by  us i n g   co n t i n u o u s  R S S  m eas u r em en t .  L et  u s  as s u m e t h e m o b i l e n o d e e n t er s  i n   W L A N  cel l  at   p o i n t  P i   a n d  w i l l   e x i t   t he   W L A N   f r o m   poi nt   P o ,   a n c ur r e nt   p os i t i on   o f  m obi l e   n ode   i W L A ne t w or i s   P a s   s how in   F igu r e   5.       T he  L og n or m a l  pa t h l os s  m ode l   i s  us e d t o r e pr e s e nt  t he  r e l a t i on i n R S S  ( i n dB m ) ,  a nd  d i s t a nc e  f r om   m obi l e   no de   t a c c e s s   poi nt   ( A P )   a t   a ny   p oi n t   P   i n   t h e   a v a i l a b l e   n e t w o r k   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .       σ βχ = −+ 10 10 l og P t X O P RS S P l   ( 7)     T h r el at i o n s h i p   b et w een   t h d i s t an ce  l O P i   an d   cel l   r ad i u s   i n s i d t h W L A N   n et w o r k   ar e can   b cal cu l at ed   b y   us i n a   e q ua t i o a s   f ol l ow   [ 18 ].     100 R S S ( x ) 10 l og ( 39.37 x ) γ  =   P L ( x ) Z 10 l og( x ) σ βχ = ++ ( ) t x R SS x P PL ( x ) = γ Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN 2 252 - 88 14   IJ A A S     V o l .   7 ,   N o .   2 ,   J un e   201 8   105     11 6   1 10       F i gu r e  5.     T r a v e l l i n g   d i s t a n c e   e s t i m a t i o n   w i t h   r e s p e c t   t o   r a diu s   a t   p oi nt   P T     β = = 10 10 tX Pi tX O Pi P RS S RP l   ( 8)     S i m i l a r l y   r a d i u s   a t   p o i n t   P T   i s   g i v e n   b y     β = −= 10 10 T T T tX P P t X O P P RS S R Pl   ( 9)     S o ,   m o b i l n o d e’ s   t r a v el l i n g   d i s t an ce  w . r . t   r a d i u s   ( R d )   ca n   b cal cu l at ed   as :     T r a v e l l i n g   d i s t a n c e     = () T dP R RR   ( 10 )     S u pp os e  V  i s  t he   ve l oc i t y  o f   m obi l e  no de  a nd  T  i s  t he  t i m e  t a ke by  t he   m obi l e  no de  t o  r e a c poi nt  P T ,  t h en   t h e   a c t ua l   di s t a nc e   t r a ve l l e ( d)   by   t he   m obi l e   n ode   i a   W L AN   t o   r e a c P T     i s     A c t u a l   d i s t a n c e   t r a v e l l e d                 = () d VT                                                         ( 11 )     A ct u al   d i s t an c e t r av el l e d   b y   m o b i l e n o d e i n   W L A N  m ay  b e g r eat er  t h a n   R d   [ = () d d VT R ] ,  i f  m o b i l e  n o d e   m o v e s   d i f f e r e n t   f r o m   s t r a i g h t   l i n e ,   l i k e   i n   z i g z a g   p a t t e r n .     Wh e re  P tx   i s  t h e   t ra n s m i t i o n   p o w e r o f t h e  A P   ( ~2 0  d Bm ) ,   β   i s  t he  pa t h l os s  e x po ne nt  ( r a n ge s   i nbe t w e e a nd   5 ) ,   χ σ    i s  a  G au s s i an   d i s t r i b u t e d   r an d o m   v ar i a b l e w i t h  a  zer o  m ean  an d  s t a n d ar d  d ev i a t i o n   ~ 12  d B )  [ 19 ],  R S S P i    r e pr e s e nt s  r e c e i ve s i gna l  s t r e ngt h  a t  e nt r y  poi nt ,  R S S P T   i s  r e c e i ve d s i gna l  s t r e ngt h a t   m o bi l e  node  c ur r e nt   p os i t i on   P T,   i s   r a d i u s  o f  W L A N ,  R P T   i s  r a d i u s  a t  p o i n t  P T,   P i s  c u r r e n t  l o c a t i o n  o f   m obi l e  node  i W L A N   ne t wo r k ,  l OP   i s  t he  di s t a nc e   be t w e e p oi nt   P  a nd t he   A P ,  l Opi  i s  d i s t a n c e  b e t w e e n     e nt r y   poi nt   P i   a nd   t he   AP ,   a nd   l OPT  i s     d i s t an ce  b et w ee n     cu r r en t   l o cat i o n   P T   a n t he   A P .     3. 3 .     C a n d i d a t N e t w o rk   S el ect i o n   T he  a va i l a bl e  ne t wo r k de f i ne s  t he  c a n di da t e  ne t w or ks .  A c a n di da t e  ne t w or k i s  de f i ne d a s  t he   ne t w or w hi c h   c a n   s u p po r t   t h e   s e r vi c e s   r e q u e s t e by   t he   m obi l e   us e r .   M i n im u m   gua r a n t e e   f u n c t i o n   ( M G F )   i s   de f i ne d a s  t he   f u nc t i o n w hi c h  de n ot e s  w h e t h e r  t he  ne t w or s up p or t s  t he  m i nim u m  r e qui r e m e nt  of  t he  m obi l e   no de   or  n ot .   I t  i s  a  f unc t i on  of   r e c e i ve d s i gna l  s t r e n gt h ,   ba n d w i dt h ,   po w e r   r e qui r e m e nt ,  s e r vi c e  c os t ,  a n d   v e l o c i t y  o f   t h e   m o b i l e   nod e .   T he   M i ni m um   gua r a nt e e   f un c t i on  of   a   ne t w o r k   l   i s   gi ve n   by :     l l l th l th l th l th m n th M G F f ( PR SS R S S ) f ( B W B W ) f ( PO PO ) f ( C O C O ) f ( V V ) = −∗   ( 12 )     W h e r e  PR SS l ,  B W l ,  PO l ,  CO l,  V m n ,  r e p r e s e nt s   pr e di c t e d r e c e i ve d s i gna l  s t r e n gt h,  ba n dw i dt h,   p ow e r   c on s um pt i on,  s e r vi c e  c os t ,  a n d ve l oc i t y  of  a   m obi l e  no de   i n  a  n e t wo rk  l .   R S S th ,  BW th ,  PO th ,  CO th ,   V th   ar e  t h pr e de f i ne d t hr e s h ol ds   of  r e c e i ve d s i g na l  s t r e ngt h,   ba n d w i dt h,   p ow e r  r e q ui r e m e nt ,   s e r v i c e  c os t ,  a n d v e l oc i t y   of   m obi l e   no de   t s u pp or t   t he   r e q ue s t e d   s e r vi c e   o f   a   pa r t i c ul a r   ne t w or l .       T he  m i nim u m   gua r a nt e e  f u nc t i on i s   de f i ne a s  t he   u ni t  s t e p  f unc t i o n,  w h o s e  va l ue  i s   de f i ne d  a s   or   1 o n t h e  ba s i s   of  t he  a r g um e nt  w he t he r  t he  a r g um e nt  i s  ne g a t i ve  or   p os i t i v e .   T h e r ef o r e,  i t  can   b e r e p r es e nt e a s  a  uni t  s t e p f unc t i o n [ 2 0 ] .  I f  t h e v al u e o f  a n y  p ar am et er  i s   l owe r  t ha n t h e  t hr e s h ol d,  t h e n t he  va l ue  o f  M GF   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A A S     I S S N 225 2 - 88 14       A   No v e l   H a n d o f f   Ne c e s s i t y   E s t i m a t i o n   A p p r o a c h   B a s e d   o n   T r a v e l l i n g   D i s t a n c e   ( Jyo t i   M ad aan )   1 11   i s  s e t  t o z e r o.   As  t he  r e s ul t  o f  t ha t ,  t he  c ur r e nt  ne t w or k i s   not  c ons i de r e d  a s  c a ndi da t e  n e t w o r k a ny m or e .  E l s e   t h e   c u rre n t   n e t w o rk   i s   a dde t t he   c a n di d a t e   ne t w o r k .     B y  i nt r od uc i n g t he  m obi l e   no de  ve l oc i t y   i nt o t he  m i ni m u m  gua r a nt e e  f u nc t i on ,  t he  s e r i ous   pi n g - po n g e f f e c t  c a n be  e f f i c i e nt l y  e l im i na t e d.   F or  e xa m pl e ,  i f  m obi l e  no de s  s pe e d i s   ov e r  1 0 0 km / h,  W L A N   c a nn ot  s up p or t  i t s  s pe e d.   H a n do ve r  t W L A N  i n t ha t  s i t ua t i on  w i l l  not  w or k.   F o r  c e r t a i n us e r s  t he   ba tte r po w e r   i s   c r uc i a l .   F or   e xa m pl e ,   i f   t he   ba t t e r y   pow e r   i s   l ow   t h e t he   m obi l e   ne t w or c a s wi t c t t he   ne t w o r ks   w hi c h ha s  l e s s  po we r   r e q ui r e m e nt  a s  a dh o c  a nd B l ue t oo t h ne t w or k.   S w i t c hi n g t o a   ne t w or k t ha t  r e qui r e   hi g he r   p o w e r   r e qui r e m e nt   wi l l   not   be   b e n e f i c i a l   i n   t h i s .     S i n ce e q u at i o n  ( 1 2 )  i s  q u i t e s i m p l e an d  t h es t i m at i o n  o f  t h e p a r am et er s  can  b e d o n e e as i l y  h en ce   t he   t im e   c ons u m pti on  i s   ve r y   l ow  i t he   c a s e   o f   t he   p r e - ha n do f f   de c i s i on .       4.   M E T H O D O L O G Y     A l g or i t hm  f or  t he  ha n d of f  ne c e s s i t y  e s t im a ti on  i s  s h ow n i n F i g ur e  6 .  T h e   m a t he m a ti c a l  a r gum e nt s   us e d t o e s t i m a te  t he  ne c e s s i t y  of  m a ki ng  ha nd o f f  a r e  p r e s e nt e be l o w .   A   ha n d ove r  i s  r e qui r e d ,  i f  o ne   of  t h e   t w o   c o n d i t i o n s   i s   s a t i s f i e d :     a.   T he  m obi l e  n o de  i s  t r a ve l l i ng  a w a y  f r om  t he  c ur r e nt  ne t w or k a nd  r e c e i v e d s i g na l  s t r e n gt f r om   m obi l e   no de   s t a r t s  c o nt i nu o us l y  de t e r i or a t i n g.   I o t he r  w o r ds  t h e  P R S S  f r om  t he   c ur r e nt  s e r vi c e d ne t w o r f a l l s   be l o w t he  R S S  t hr e s h ol d  o f  c ur r e nt  ne t w o r ( se r t h , se r PR SS R SS )  a n  t he  R S S   f r om  t he  ne i g h bo r   n e t w o r k s   s t a r t s   i n cr eas i n g ,   w h i ch   m ean s   t h m o b i l n o d i s   n ear   t h b o u n d ar y   ar ea.   b.   T he   t r a ve l l i ng  di s t a nc e   of   m obi l e   no de   i s   g r e a t e r   t ha t he   t hr e s h ol t r a ve l l e di s t a nc e .   T hr e s h ol t r a ve l l e di s t a nc e   r e f e r s   t a   m i nim u m   di s t a nc e   t r a ve l l e by   m obi l e   n ode   i a   ne t w o r k   f or   i n i t i a t i n g   a   h a n d o f f .     A b o ve  t w o e q ua t i on s ,  e s t i m a t e s  t he  ne c e s s i t y  of  m a ki ng  h a nd o f f  i or de r  t o m i nim i z e   t he  ha n do f f   f a i l ur e  a n d u n ne c e s s a r y  ha n d of f .  I n t he  c a s e  t ha t  a bove  t w o c o ndi t i o ns  f a i l s ,  i m e a ns  t he   m obi l e  node   i s  not   m ovi ng  out   o f   t he   c o ve r a ge   ar ea;   t h er i s   n o   n eed   t o   h a n d o f f .           F i gu r e   6:     F l o w c ha r t   of  ha nd of f   ne c e s s i t y   e s t im a ti on  a l g o r i t h m .     M at h em a t i cal l y ,   p r o b a b i l i t y   o f   h an d o f f   f ai l u r an d   u n n eces s ar y   h a n d o f f   ca n   b cal cu l at e d   as   f o l l o w s     4 . 1 .   P r o b a b i l i t y   o f   U n n eces s a ry   H a n d o f f     It  re fe r s  t o  a  f r e q u e n t   h an d o v e r s   b et w ee n  acces s  n et w o r k s .  I f  t h e es t i m at i o n  o f  t h n eces s i t y  o f   m a ki ng t he   ha nd o f f   goe s   w r on g,  t he n t he   ha n d of f  a l g or i t hm  wi ll  be  t oo  f a s t  o r  t o o  s l ow ,   by  w hi c h t he   r es o u r ces  o f  t h e n et w o r k  ar w as t ed   o r  ca n   r es u l t  i n   u n n ec es s ar y  h a nd of f .  H e n c e  s o  a s   to  pr op e r ly us e  th e   ne t w or r e s ou r c e s ,   t he   ha n do f f   e s t i m a t i on  s h oul be   do ne   p r o pe r l y .       A n  u n n e c e s s a r y  h a n d o f f   o c c u r s  i f  t h e  t r a v e l l i n g  t i m e  i n s i d e  t h e   W L A N  c e l l  i s  s h o r t e r  t h a n  t h e  s u m   of   t he   ha nd o ve r   t i m e   i nt ( τ i )   a nd   o ut   of   ( τ o)   t h e   W L AN .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN 2 252 - 88 14   IJ A A S     V o l .   7 ,   N o .   2 ,   J un e   201 8   105     11 6   1 12   T he   pr oba bi l i t y  of   un ne c e s s a r y  ha nd of f  f o r   e xi s t i ng t r a ve l l i ng  di s t a nc e  a l go r i t hm  p r opos e d   b y Y a n  e t a l.  in   2 008   [ 6 ] ,   H y s t e re s i s   b a s e d   m e t h o d   (T D E p ro p os e by   L i u   e t   a l . ,   i 200 [ 2 1 ]   a nd  pr e s e nt e a l g or i t hm   ( P T D )   can   b cal c u l at ed   as :     ττ ττ π ττ −−  +  ≤+   =    +<  11 () s in s in , 0 ( ) 2 22 0, ( ) Y an i O t h t h i O Uh f i O t h VT T P RR T     ( 13 )           ( 14 )           ( ) ( ) ( ) P T D ( P R S S t r av el i n g d i s D w el l iO d Uh f iO 1 iO d d 1, V 2 R P v 2 si n , 0 V 2 R 2R ττ ττ ττ π ++ +>  = +   +≤       ( 15 )     w h e re  R d   i s  e s t i m a t e d  t r a v e l l i n g   d i s t a n c e  w i t h  r e s p e c t  t o   r a d i u s ,  R i s   r a d i u s  o f   W L A N   c e l l ,   T th   is  thr e s ho ld  h a n d o f f   l a t e n c y   t i m e ;   w h i c h   i s   s el ect ed   b y   s y s t e m   d es i g n e r ,   [6 ],   h ys d i s   di s t a nc e   be t we e t he   m obi l e   node   a nd   W L A N a c c e s s   poi nt  w he ha nd o f f   oc c u r s  i n  hy s t e r e s i s  ba s e d a l g or i t hm ,   dW t is   ha n d ove r  de l a y  f r om  c e l l ula r   n e t w o rk     t o   WL A N   n e t w o rk ,   dC t i s     ha n do ve r   de l a y   f r om   c e l l ul a r   ne t w or   t W L AN   ne t w o r k.     4 . 2 .   H a n d o f f   F a i l u r e   P r o b a b i l i t y     A  ha n do f f  f a i l ur e   oc c ur s   w h e n a  t r a ve l l i ng  di s t a nc e  i ns i d e  t he   W L A N i s  s h or t e r  t ha n t he  t h r e s h ol d   d i s t an ce  (                                                                                    ) .   t hr e s hol di s t a nc e   i s   a   pr od uc t   o f   m obi l e   node   v e l oc i t y   a nd  ha n do ve r   l at en cy ( ) th i dV τ = .       T he  P r o ba bi l i ty  of  ha n do ve r   f a i l ur e   o f  e x i s t i n g   t r a v e l l i n g   d i s t a n c e   a l g o r i t h m   p r op os e by   Ya [6 ] ,  H y s t e re s i s   ba s e m e t hod  ( T D E )  pr op os e by   L iu  e a l.   ( 200 8 [2 1 ]   a n pr e s e nt e d   a l g or i t hm   ( P T D )   can   b cal c u l at ed   as :     τ τ π τ −−     =   <  11 2 s in s in , 0 22 0, T DE Y an t h i t h i hf i t h VT V T P RR T     ( 16 )   T DE h ys dc hy s hf 1 dc dc hy s h ys 1, V t 2 d P Vt 2 s i n , 0 Vt 2 d 2d π >    =  ≤≤        ( 17 )   PT D ( P R S S t r av el i n g D w el l ) id hf 1 i id d 1, V 2 R P V 2 si n , 0 V 2 R 2R τ τ τ π ++ >   =  ≤≤       ( 18 )   β = t x h ys h ys P RS S d 10 10   ( 19 )     Wh e re   τ i   i s  h a n d o v e r  t i m e  i n t o   W L A N ,  R  i s  ra d i u s  o W L A N ,   V   i s  ve l oc i t y  of  m obi le  no de ,   d h ys   r ep r es e n t s   di s t a nc e   be t we e n t he  m obi l e  n ode  a n W L A N  a c c e s s   p oi nt   w he ha n do f f  oc c ur s   i n  t h e   H y s t e r e s i s  b a s e d   m e t hod,   P tx   i s   t r a n s m i t t e d   p o w e r .       5.   S I M U L AT I O S E T UP   M AT L AB  7 . 1 2. 0. 63 ( R 2 0 1 1a )  i s   us e d a s  t he  s i m ul a t i on t ool   f o r  t h e p e r f o r m an ce ev al u at i o n  o f  t h e   pr o pos e d a l go r i t h m .     I n t he  s i m ul a t i on a o ve r l a i d  a r c hi t e c t ur e   of  c e l l ul a r   ne t w or ( U M T S ) ,  a n W L A N   i s   c on s i de r e d a s   s ho w n i F i g ur e   1  ( a ) .  T hous a nd s   of   r a n d om  t r a je c t or i e s  of  t he  m obi l e  no de  f r om  c e l l ul a r   ( ) ( ) ( ) T DE h ys dC dW hy s Uh f dC dW 1 dC dW hy s h ys 1, v t t 2 d P Vt t 2 s i n , 0 V t t 2d 2d π +>    = +  +≤    t r av el i ng d t hr es hol d Rd Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A A S     I S S N 225 2 - 88 14       A   No v e l   H a n d o f f   Ne c e s s i t y   E s t i m a t i o n   A p p r o a c h   B a s e d   o n   T r a v e l l i n g   D i s t a n c e   ( Jyo t i   M ad aan )   1 13   ne t w or t o W L A N  a r e g e n e r at ed .  F o r  eac h  t r aj ect o r y ,  a  r an d o m  en t r y  an d  ex i t  p o i n t  i n  W L A N  cel l  i s   c on s i de r e d.   T a bl e  1 a nd  de f i ne s  t he   va r i o us  ne t w o r k pa r a m e t e r s  a nd s i m ul a t i on pa r a m e t e r s  c ons i de r e f o r   s i m u l a t i o n .       T ab l 1 .   N et w o r k  P ar am et er s   T ab l 2 .   S i m u l a t i o n   P a r am et e r s       Netwo r k   p ar a m et er s     WL A N     C ellu lar   n etwo r k   (U M TS )     R SS o f  W L AN  (d B m M in / m ax /th   - 97. 2/ - 96. 8/ - 97. 5   - / - / - 100   B an d wid th   (Mb p s )     M in / m ax /th   1 /4 /1   0. 1/ 0. 384/ 0. 1     Co st     M in / m ax /th   0. 1/ 0. 4/ 0. 1     0. 7/ 2. 5/ 0. 7     T r an s m is s io n   p o w e r  (P tx   ( W)   0 .1   1 .0   M obi l e  node   v elo city  ( m /s )     <3     <8 0       Par a m eter s   S y m bol   Valu e   W L AN r ad iu s   R   150 ( m )   P a t h l os s  e xpone nt     β   3 .5   Path  lo s s  co n s tan   Z   19 dB m   E n v ir o n m en t f acto r s   γ   2 .8   T h r es h o ld  tr av elled  d is tan ce in   W L AN    d th   50 m   T r av ellin g  ti m e t o   m o v e in to  th e   WL A N   τ i   2   r av ellin g  ti m e to   m o v e o u t f r o m   th e W L AN   τ O   2   Dis tan ce b etween   th m o b ile n o d e   an d  W L A N acc es s  p o in t wh en   ha ndo f f  oc c ur s   d h ys   120     6.   R ES U LTS   A N D   AN A L Y S I S     T o  e v al u at e t h e p er f o r m an ce o f  a  p r es en t e d  h a n d o f f   n ec es s i t y  es t i m at i o n  al g o r i t h m ,  t h r ee m et r i c s ,   i . e .   p r e di c t e r e c e i ve s i gna l   s t r e n gt ( P R S S ) ,   pr o ba bi l i t y   of   u nne c e s s a r y   ha n d of f ,   a nd   p r o ba bi l i t y   of   h a nd o f f   f a i l u r e  a r e  c o n s i d e r e d .   T h e  s i m u l a t e d  r e s u l t s  a r e  c o m p a r e d   w i t h  a n  e x i s t i n g  t r a v e l l i n g  d i s t a n c e  a l g o r i t h m   pr o pos e by   Y a n   [6 ] ,   a n d   H y s t er es i s   b a s ed  m et h o d   (T D E )   b L iu  [2 1 ].     6 . 1 .   P red i ct ed   R ecei v ed   S i g n a l   S t ren g t h   ( P rs s )       T h e   RS S   i s   d i r e c t l y   r e l a t e d   t o   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   m o b i l e   n o d e   a n d   i t s   p o i n t   o f   a t t a c h m e n t .   RS S   i s  u s e d  a s  a  p r i m a r y  d e c i s i o n   c r i t e r i o n  i n   m os t  of  t h e  e xi s t i ng  ha nd o f f   de c i s i on a l g or i t hm s .  P R S S   o f   W L A N   a nd  UM T S   ne t w o r k i s  s ho w n  i n F i gu r e  7  ( a )  a n d ( b) .  T he   s im ul a t e d r e s ul t s  s ho w t ha t  t h e  pr e di c t e d r e c e i ve d   s i g n a l   s t r e n g t h   i s   a p p r o x i m a t e l y   e q u a l   t o   t h e   a c t u a l   r e c e i v e d   s i g n a l   s t r e n g t h .     P r ed i c t e R e c e i ve S i g na l   S t r e ngt ( P R S S )   of   m obi l e   no de   m ovi ng  o ut   f r om   U MT S   a nd W L AN           F i g u re   7 (a ):   P R SS  o f   m m ovi n out   f r om   U MT S       F i gu r e   7( b ) :   P R S S   o f   m m ovi n out   f r om   W L AN       6 . 2 .   Es t i m a t e d   Tr a v e l l i n g   D i s t a n c e   w i t h   R es p ect   t o   R a di us   ( R d )   F i g u re   8   (a )   a n d   ( b )   s h o w s   t h e   e s t i m a t e d   t r a v e l l i n g   d i s t a n c e   w i t h   r e s p e c t   t o   r a d i u s   ( R d )   f or   c a s e   a n 2   r es p ect i v el y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN 2 252 - 88 14   IJ A A S     V o l .   7 ,   N o .   2 ,   J un e   201 8   105     11 6   1 14       F i g u r e   8   ( a ) :     E s t i m a t e d   t r a v e l l i n g   d i s t a n c e   w i t h   r e s p e c t   t o   r a di us   ( R d ) - ( f o r   cas 1 )       F i g u r e   8   ( b ) :   E s t i m a t e d   t r a v e l l i n g   d i s t a n c e  w i t h   r es p ect   t o   r a di us   ( R d ) - ( fo c a s e   2 )       6 . 3 .   P r o b a b i l i t y   o f   U n n eces s a ry   H a n d o f f   F i gu r e  9 s h ow s  t he  pr o b a b ility o f  unn e c e s s a r y h a ndo f f   of   e x i s t i n g   t r a v e l l i n g   d i s t a n c e   [ 6 ],  H y s t e r e s i s   ba s e d m e t hod  ( T DE )  [ 2 1 ]  a nd  pr e s e nt e d a l g or i t hm  ( P T D ) .  P r o ba b i l i ty  of  u n ne c e s s a r y h a nd of f  a r e   c on s i de r a bl y   r e duc e by   a   m ode l   pr op os e by   Ya e t   a l . ,   but   t he   pr o ba bi l i t y   of   un ne c e s s a r y   ha nd of f   gi ve by   t hi s  m ode l  i s  v e r y  hi g f o r  a   s l ow   ve l oc i t y   us e r .  P r e s e nt e d  a l go r i t hm  ( P T D )  s h ow s  s i g ni f i c a nt  i m pr ove m e nt   i n pr o ba bi l i t y  of   ha n d of f  a s  c om pa r e d t Hy s t e r e s i s  ba s e d m e t hod ( T D E )   be c a us e  o f  im pr o ve d t r a ve l l i ng   d i s t an ce ( R d ).   T ab l e 3   s h o w s  t h pe r c e nt a g e  im pr o ve m e nt  ga i n i pr o b a bi l i t y  of  u nn e c e s s a r y  ha n d of f   of   pr e s e nt e d   r e s e a r c h   w or a s   c o m pa r e t ot he r   t w m e t hods .             F ig ur e   9 P r oba b i l i t o f   u nn e c e s s a r ha n d of f s   vs .   v e l o c i t y                           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.