Smart-HOP: a reliable handoff mechanism for mobile wireless sensor networks

Handoff processes, the events where mobile nodes select the best access point available to transfer data, have been well studied in cellular and WiFi networks. However, wireless sensor networks (WSN) pose a new set of challenges due to their simple low-power radio transceivers and constrained resources. This paper proposes smart-HOP, a handoff mechanism tailored for mobile WSN applications. This work provides two important contributions. First, it demonstrates the intrinsic relationship between handoffs and the transitional region. The evaluation shows that handoffs perform the best when operating in the transitional region, as opposed to operating in the more reliable connected region. Second, the results reveal that a proper fine tuning of the parameters, in the transitional region, can reduce handoff delays by two orders of magnitude, from seconds to tens of milliseconds.

Neighbour list optimization for real LTE radio network

With the increasing complexity of current networks, it became evident the need for Self-Organizing Networks (SON), which aims to automate most of the associated radio planning and optimization tasks. Within SON, this paper aims to optimize the Neighbour Cell List (NCL) for Long Term Evolution (LTE) evolved NodeBs (eNBs). An algorithm composed by three decisions were were developed: distance-based, Radio Frequency (RF) measurement-based and Handover (HO) stats-based. The distance-based decision, proposes a new NCL taking account the eNB location and interference tiers, based in the quadrants method. The last two algorithms consider signal strength measurements and HO statistics, respectively; they also define a ranking to each eNB and neighbour relation addition/removal based on user defined constraints. The algorithms were developed and implemented over an already existent radio network optimization professional tool. Several case studies were produced using real data from a Portuguese LTE mobile operator. © 2014 IEEE.

Reconfigurable antenna for mobile terminal

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações

Characterisation of noisy speech channels in 2G and 3G mobile networks

As the wireless cellular market reaches competitive levels never seen before, network operators need to focus on maintaining Quality of Service (QoS) a main priority if they wish to attract new subscribers while keeping existing customers satisfied. Speech Quality as perceived by the end user is one major example of a characteristic in constant need of maintenance and improvement. It is in this topic that this Master Thesis project fits in. Making use of an intrusive method of speech quality evaluation, as a means to further study and characterize the performance of speech codecs in second-generation (2G) and third-generation (3G) technologies. Trying to find further correlation between codecs with similar bit rates, along with the exploration of certain transmission parameters which may aid in the assessment of speech quality. Due to some limitations concerning the audio analyzer equipment that was to be employed, a different system for recording the test samples was sought out. Although the new designed system is not standard, after extensive testing and optimization of the system's parameters, final results were found reliable and satisfactory. Tests include a set of high and low bit rate codecs for both 2G and 3G, where values were compared and analysed, leading to the outcome that 3G speech codecs perform better, under the approximately same conditions, when compared with 2G. Reinforcing the idea that 3G is, with no doubt, the best choice if the costumer looks for the best possible listening speech quality. Regarding the transmission parameters chosen for the experiment, the Receiver Quality (RxQual) and Received Energy per Chip to the Power Density Ratio (Ec/N0), these were subject to speech quality correlation tests. Final results of RxQual were compared to those of prior studies from different researchers and, are considered to be of important relevance. Leading to the confirmation of RxQual as a reliable indicator of speech quality. As for Ec/N0, it is not possible to state it as a speech quality indicator however, it shows clear thresholds for which the MOS values decrease significantly. The studied transmission parameters show that they can be used not only for network management purposes but, at the same time, give an expected idea to the communications engineer (or technician) of the end-to-end speech quality consequences. With the conclusion of the work new ideas for future studies come to mind. Considering that the fourth-generation (4G) cellular technologies are now beginning to take an important place in the global market, as the first all-IP network structure, it seems of great relevance that 4G speech quality should be subject of evaluation. Comparing it to 3G, not only in narrowband but also adding wideband scenarios with the most recent standard objective method of speech quality assessment, POLQA. Also, new data found on Ec/N0 tests, justifies further research studies with the intention of validating the assumptions made in this work.

A Secure and Anonymous Cooperative Sensing Protocol for Cognitive Radio Networks

Spectrum is an essential resource for the provision of mobile services. In order to control and delimit its use, governmental agencies set up regulatory policies. Unfortunately, such policies have led to a deficiency of spectrum as only few frequency bands are left unlicensed, and these are used for the majority of new emerging wireless applications. One promising way to alleviate the spectrum shortage problem is adopting a spectrum sharing paradigm in which frequency bands are used opportunistically. Cognitive radio is the key technology to enable this shift of paradigm.Cognitive radio networks are self-organized systems in which devices cooperate to use those spectrum ranges that are not occupied by licensed users. They carry out spectrum sensing in order to detect vacant channels that can be used for communication. Even though spectrum sensing is an active area of research, an important issue remains unsolved: the secure authentication of sensing reports. Not providing security enables the input of false data in the system thus empowering false results. This paper presents a distributed protocol based on wireless physical layer security, symmetric cryptography and one-way functions that allows determining a final sensing decision from multiple sources in a quick and secure way, as well as it preserves users¿ privacy.

Suitability of Ultra Wideband for Mobile Devices

Mobiililaitteet ovat kehittyneet merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana. Ne eivät enää ole pelkästään puhelimia tai kämmentietokoneita, vaan multimediatietokoneita, jotka pystyvät tuottamaan korkealaatuisia elämyksiä käyttäjälleen.Sisällön laadun paraneminen johtaa väistämättä myös siirrettävän tietomäärän kasvamiseen. Siksi uusia, nopeampia tiedonsiirtomenetelmiä on otettava käyttöön. Ultra Wideband (UWB) on uusi radioaaltotekniikka, jokamahdollistaa korkeat tiedonsiirtonopeudet lyhyillä etäisyyksillä. Tekniikka operoi erittäin leveällä 3.1 - 10.6 gigahertsin taajuuskaistalla.UWB on suunnattu nopeaan, langattomaan tiedonsiirtoon personal area networkin (PAN) laitteiden välillä. Tämän diplomityön tarkoituksena on arvioida UWBn soveltuvuutta mobiililaitteisiin. Arviointi tehdään teoreettiselta pohjalta, sillä UWBtä ei vielä ole implementoitu kaupallisiin laitteisiin. Ensin esitellään UWBn tekniikka ja ominaisuudet, jonka jälkeen sen soveltuvuutta arvioidaan esimerkkikäyttötapausten valossa. Esimerkkikäyttötapauksiksi on valittu kolme tyypillistä mutta erilaista toimintoa, jotka mahdollisimman hyvin kuvaavat mobiililaitteiden käyttöä.

Collecting Transaction Data in a Fourth Generation Mobile Network

Tässä diplomityössä on oletettu että neljännen sukupolven mobiiliverkko on saumaton yhdistelmä olemassa olevia toisen ja kolmannen sukupolven langattomia verkkoja sekä lyhyen kantaman WLAN- ja Bluetooth-radiotekniikoita. Näiden tekniikoiden on myös oletettu olevan niin yhteensopivia ettei käyttäjä havaitse saanti verkon muuttumista. Työ esittelee neljännen sukupolven mobiiliverkkoihin liittyvien tärkeimpien langattomien tekniikoiden arkkitehtuurin ja perustoiminta-periaatteet. Työ kuvaa eri tekniikoita ja käytäntöjä tiedon mittaamiseen ja keräämiseen. Saatuja transaktiomittauksia voidaan käyttää tarjottaessa erilaistettuja palvelutasoja sekä verkko- ja palvelukapasiteetin optimoimisessa. Lisäksi työssä esitellään Internet Business Information Manager joka on ohjelmistokehys hajautetun tiedon keräämiseen. Sen keräämää mittaustietoa voidaan käyttää palvelun tason seurannassa j a raportoinnissa sekä laskutuksessa. Työn käytännön osuudessa piti kehittää langattoman verkon liikennettä seuraava agentti joka tarkkailisi palvelun laatua. Agentti sijaitsisi matkapuhelimessa mitaten verkon liikennettä. Agenttia ei kuitenkaan voitu toteuttaa koska ohjelmistoympäristö todettiin vajaaksi. Joka tapauksessa työ osoitti että käyttäjän näkökulmasta tietoa kerääville agenteille on todellinen tarve.

Evaluation of GPRS Radio Link Control Layer in Weak RF Field

General Packet Radio Service (GPRS) mahdollistaa pakettimuotoisen tiedonsiirron GSM-verkossa. Se tarjoaa yhteyden pakettidataverkkoihin, nostaen samalla tiedonsiirtonopeutta radiorajapinnassa. Radioresurssit ovat varattuna vain silloin kun on jotain lähetettävää, tehden täten radioresurssien käytön paljon tehokkaammaksi. Tämä diplomityö keskittyy GPRS protokollaan ja erityisesti sen datapinossa olevaan Radio Link Control (RLC) kerrokseen. RLC-kerros huolehtii GPRS- puhelimen ja tukiaseman välisen yhteyden luotettavuudesta. Työn tavoitteena on tutkia RLC-kerroksen toiminnallisuutta ja sen luotettavuutta heikossa kentässä, sekä selvittää heikon kentän vaikutusta uudelleenlähetyksiin. Työn tuloksena saadaan arvio signaalin voimakkuuden sekä uudelleen lähetysten vaikutuksesta GPRS:n datansiirtonopeuteen. Tämä työ käsittelee myös lyhyesti GSM-järjestelmää, koska lukijan on näin helpompaa ymmärtää myös GPRS-järjestelmän vaatimia teknisiä muutoksia. Tämä diplomityö on tehty osana Nokia Matkapuhelimet Oyj:ssä käynnissä olevaa GPRS tuotekehitysprojektia. Työn tuloksia käytetään testauksen tukena ja niitä on käytetty apuna RLC-kerroksen luotettavuustestauksen suunnittelussa.

Radio Resource Management across UMTS Radio Network Subsystems

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), esimerkkinä kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmästä pyrkii toistamaan GSM:n (Global System for Mobile Communications) menestyksen. UMTS:n kaupallinen toiminta on parhaillaan alkamassa ja ensimmäinen kaupallinen verkko on jo aloittanut toimintansa Japanissa. Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS:stä keskittyen radioverkkojärjestelmän (UMTS Terrestrial Radio Access Network,UTRAN) radioresurssien hallintaan (Radio Resource Management, RRM). Työssä kuvataan radiorajapintojen toimintaa, mutta diplomityön pääaiheena on kuitenkin radioresurssien hallinta UMTS radioaliverkkojärjestelmien ylitse. Radioresurssien hallinta pitää sisällään joukon proseduureja, jotka vaikuttavat koko UTRAN:in rakenteen lävitse. On hyvin tärkeää saavuttaa oikea toiminnallisuus hajautettujen radioresurssien hallintaan jotta voitaisiin saavuttaa paras yhteyden laatu loppukäyttäjälle. Työssä käydään yksityiskohtaisesti lävitse radioresurssien hallinnan perusperiaatteet ja joukko proseduureja. RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) protokollaa tarkastellaan työssä esimerkkinä protokollasta joka osallistuu radioresurssien hallintaprosessiin.

Transport Resource Management within UMTS Radio Network Subsystem

Tällä hetkellä haastavin telekommunikaatioteollisuuden tutkimus – ja kehitystoiminta on keskittynyt kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmien ympärille. Järjestelmien standardointityössä on saatu aikaiseksi ensimmäiset vakaat spesifikaatioversiot ja kaupallista toimintaa ollaan parhaillaan aloittelemassa Japanissa ja Euroopassa. Eräs kolmannen sukupolven järjestelmistä on UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS järjestelmästä ja sen eri verkkoelementtien toiminnallisuuksista. Päähuomio on kiinnitetty radioverkkojärjestelmään (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ja erityisesti sen radioaliverkkojärjestelmään (Radio Network Subsystem), joka koostuu radioverkonohjaimesta (Radio Network Controller) ja joukosta siihen kuuluvia tukiasemia (Node B). Radioverkonohjain ja tukiasemat on yhdistetty avoimen rajapinnan kautta jota kutsutaan Iub -rajapinnaksi. Rajapinta tarjoaa radioverkonohjaimelle mahdollisuuden kontrolloida tukiasemia signalointiviestien avulla ja mahdollistaa tehokkaan ja luotettavan käyttäjätiedon siirron radioaliverkkojärjestelmän sisällä. Tämän diplomityön pääasiallinen sisältö on siirtoresurssien hallinta Iub -rajapinnan ylitse. Työssä esitellään ja selitetään siirtoverkon arkkitehtuuri. Myös kaikki Iub:ssä sijaitsevat protokollat ja toiminnalliset yksiköt jotka vaikuttavat siirtoresurssien hallintaan esitellään ja kuvataan yksityiskohtaisesti. Päähuomio on kiinnitetty sovellusprotokolliin sekä rajapinnan siirtoverkko- että radioverkkokerroksella sekä näiden protokollien väliseen vuorovaikutukseen. Kyseiset protokollat ovat Node B Application Part (NBAP) ja Access Link Control Application Part (ALCAP). Työn toteutusosassa käydään lävitse NBAP –protokollan prototyypin ja Node B Manager –toiminnallisen yksikön prototyypin implementaatio.

A Test Bed Applied Mobile Robot Navigation

It is presented a test bed applied to studies on dynamics, control, and navigation of mobile robots. A cargo ship scale model was chosen, which can be radio-controlled or operated autonomously through an embedded control system. A control program, which manages on board mission execution, is implemented on a microcontroller. Navigation is based on an electronic compass, which includes automatic compensation for pitch and roll motions. Heading control loop is based on this sensor, and on a rudder positioning system. A propulsion control system is also implemented. Typical manoeuvres as the turning test and "zig-zag", were implemented and tested. They are included on a manoeuvre library, and can be accessed independently or in combined modes. The embedded system is also in charge of signal acquisition and storing during the missions. It is possible to analyse experiments on identification of ship dynamics, control, and navigation, through the data transferred to a PC by serial communication. Navigation is going to be improved by including inertial sensors on board, and a DGPS. Preliminary tests are aimed to ship identification, and manoeuvrability, using free model tests. Future steps include extending this system for developing other mobile robots as, ROVs, AUVs, and aerial vehicles.

Virtual Radio Engine

Software Defined Radio (SDR) hardware platforms use parallel architectures. Current concepts of developing applications (such as WLAN) for these platforms are complex, because developers describe an application with hardware-specifics that are relevant to parallelism such as mapping and scheduling. To reduce this complexity, we have developed a new programming approach for SDR applications, called Virtual Radio Engine (VRE). VRE defines a language for describing applications, and a tool chain that consists of a compiler kernel and other tools (such as a code generator) to generate executables. The thesis presents this concept, as well as describes the language and the compiler kernel that have been developed by the author. The language is hardware-independent, i.e., developers describe tasks and dependencies between them. The compiler kernel performs automatic parallelization, i.e., it is capable of transforming a hardware-independent program into a hardware-specific program by solving hardware-specifics, in particular mapping, scheduling and synchronizations. Thus, VRE simplifies programming tasks as developers do not solve hardware-specifics manually.

Diurnal cycle of land surface temperature in a desert encroachment zone as observed from satellites

Climate variability in the African Soudano-Sahel savanna zone has attracted much attention because of the persistence of anomalously low rainfall. Past efforts to monitor the climate of this region have focused on rainfall and vegetation conditions, while land surface temperature (LST) has received less attention. Remote sensing of LST is feasible and possible at global scale. Most remotely sensed estimates of LST are based on the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) that are limited in their ability to capture the full diurnal cycle. Although more frequent observations are available from past geostationary satellites, their spatial resolution is coarser than that of polar orbiting satellites. In this study, the improved capabilities of the Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) on the METEOSAT Second Generation (MSG) instrument are used to remotely sense the LST in the African Soudano-Sahel savanna zone at a resolution of 3 km and 15 minutes. In support of the Radiative Atmospheric Divergence using the ARM Mobile Facility (AMF), GERB and AMMA Stations (RADAGAST) project, African Monsoon Multidisciplinary Analyses (AMMA) project and the Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement (ARM) program, the ARM Mobile Facility was deployed during 2006 in this climatically sensitive region, thereby providing a unique opportunity to evaluate remotely sensed algorithms for deriving LST.

Radio frequency energy harvesting in wireless sensor networks

As a vital factor affecting system cost and lifetime, energy consumption in wireless sensor networks (WSNs) has been paid much attention to. This article presents a new approach to making use of electromagnetic energy from useless radio frequency (RF) signals transmitted in WSNs, with a quantitative analysis showing its feasibility. A mechanism to harvest the energy either passively or actively is proposed.

Behaviour and learning in completely autonomous mobile robots

A number of Intelligent Mobile Robots have been developed at the University of Reading. They are completely autonomous in that no umbilical cord attaches to them to extra power supplies or computer station: further, they are not radio controlled. In this paper, the robots are discussed, in their various forms, and the individual behaviours and characteristics which appear are considered.