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Mobile Communications

Topic

NS2 as emulator in MPLS-based radio access networks

Kind of work:
Diploma Thesis
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Christoph Lumme
Status:
finished
Abstract:
This work deals with the relevance and application opportunities of the Network Simulator 2 (NS2) as an emulator and provides extensions of its capabilities and performance evaluations of existing and new emulation features. The work aims is to provide an extension of NS2 usable as replacement for real hardware within the development and evaluation process of new mobility protocols and solutions for radio access networks. The already implemented functionality – giving the possibilities to identify IP packages, to virtualize them, to use them in the emulation and to change them afterwards again into real IP packages - is not sufficient. To overcome this, the following requirements were identified: The NS2 should be able to emulate protocols like MPLS, RSVP-TE, MIP and I-MPLS completely transparent, whereby the respective nodes (e.g. RSVP) can be located outside and inside the emulator as well. In the context of the work a concept for extending the NS2 was provided and implemented. Also the major problem of the different addressing modes of network nodes of the real world and nodes within the emulator was analyzed and solved. Finally a performance evaluation of the emulator was done concerning the emulation of different network components, protocols and various protocol arrangements.

Topic

Analysis of ressource allocation in UMTS systems

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Dr.-Ing. Florian Liers
Students:
Sebastian Hommel
Tobias Polzer
Status:
finished
Abstract:
In this paper we summarize the characteristics of different algorithms, which control the change of the different RCC States, in order to give a well-balanced ressource management for users in an UMTS cell. Particularly we survey the performance of the usage of these algorithms due to the percentage of handover calls of neighboring cells and point out the dropping and blocking rate of data connections in one UMTS cell. Finally the algorithms are benchmarked in comparison to each other. The data of the examination was gained by using the simulation environment CARMA of the TU Ilmenau.

Topic

Radio Links for Interconnecting Base Stations

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Martin Instenberg
Philipp Prinke
Status:
finished
Abstract:

Topic

Generalized Multiprotocol Label Switching (GMPLS)

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Evgenija Belova
Magdalena Okninska
Status:
finished
Abstract:

Topic

Analysis and implementation of queueing modells

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Dr.-Ing. Ali Diab
Students:
Hang Lin
Bole Wang
Jie Wu
Status:
finished
Abstract:

Topic

Realization of an Interface beween WLANSim and CAMP

Kind of work:
Student research project
Supervisor:
Dr.-Ing. Ali Diab
Students:
Stephan Bärwolf
Status:
finished
Abstract:

Topic

Analysis of the IEEE standards 802.16 and 802.20

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Dipl.-Ing. Jingan Xu
Students:
Jie Wu
Cheng Zhu
Status:
finished
Abstract:
IEEE standard 802.16 is designed in order to support the wireless Metropolitan Area Networks (MANs). As an alternative to GSM and UMTS, the IEEE standard 802.20 is in developing at this moment. The goal of this work is to understand and analyze the technical status of both standards and compare them with 802.11 standard.

Topic

Investigation of integration possibilities between MIP and RSVP

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Dr.-Ing. Ali Diab
Students:
Marcel Henseler
Christian Müller
Status:
finished
Abstract:
In this work the proposals, which try to integrate MIP and RSVP, must be investigated. Thus the mobility in the wireless network is suppoted and the QoS is guaranteed.

Topic

Optimization of Telecommunication Networks by means of Genetic Algorithms

Kind of work:
Student research project
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Thomas Cyriax
Status:
finished
Abstract:
Es gibt eine Vielzahl von Ansätzen für die Optimierung von Netzwerken. Im Allgemeinen werden auf Grund der hohen Komplexität des Themas vor allem heuristische Verfahren angewendet. Ziel dieser Arbeit war es ein Verfahren zu entwerfen, das mit Hilfe eines genetischen Algorithmus, eine "optimale" Netzwerktopologie erstellt. Die Topologie wurde hinsichtlich - auch gegenläufiger - Kriterien, wie Kosten, Delay und Verfügbarkeit optimiert. Als Ausgangssituation dienten nur die Positionen von Mobilfunkantennen, ein Verkehrsmatrix, sowie Kostenstrukturen für Netzwerkequipment und gemietete Leitungen. Um dieses Ziel zu erreichen wurden unterschiedliche Koodierungvarianten für das Netzwerk untersucht und erweitert. Zur Demonstration der Arbeitsweise wurde der Algorithmus und eine graphische Oberfläche in Matlab implementiert.

Topic

Development and Evaluation of a method for an estimation of QoS in Wireless LANs

Kind of work:
Diploma Thesis
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Mario Winkler
Status:
finished
Abstract:
Applying a ressource reservation protocol (e.g. RSVP) in heterogeneous networks to realise end-to-end Quality of Service requires the knowledge of the available throughput utilisable by a mobile host in the wireless part of the network e.g. 802.11b WLAN. Current QoS implementations deliver unrealiable estimations for this due to the neglect of the dynamic in a wireless network or the condition of the radio channel. So the user has to face an increased propability for the reserved datarate not being available during the transmission any more, causing a quality degradation of the running application.
In this thesis a model is presented to calculate the useful throughput of a mobile host depending on its current environment (WLAN cell) and considering the dynamic influences. Furthermore it is shown that a more relieable estimation of the available throughput - for a whole reservation interval - can be derived in applying different strategies.
In the second part of this thesis the proposed model is evaluated by means of a simulated Voice over IP scenario and finally conclusions are drawn.

Topic

Implementation of a traffic model in TRIAS

Kind of work:
Student research project
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Christoph Kessler
Status:
finished
Abstract:
Aufgabe war es ein geeignetes Verkehrsmodell in das teilweise auf MatLab-basierende Tool TRIAS zu implementieren. Mit diesem Modell soll es möglich sein, genaue Berechnung für das Verkehrsaufkommen und die Anzahl der Handover durchführen zu können. Dazu werden Straßen definiert und deren Nutzen, sowie das Verhalten der Nutzer spezifiziert. Ergänzend ist es möglich Nutzer auch zufällig im Abdeckungsbereich des Netzwerkes zu platzieren. Aus den Spezifikationen werden detaillierte Verkehrsdaten gewonnen, die als Basis für folgende Netzwerkoptimierungen dienen.

Topic

Development of a hybrid approach for planning and optimization of IP-based radio access networks

Kind of work:
Diploma Thesis
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
René Scheibe
Status:
finished
Abstract:
The task of this work is to optimize the physical positions of 3G network elements (concentrators, RNCs, SGSNs) and their linkage. Multiple objectives like costs, link delay
and network length have to be considered. As this problem is NP-hard an approximation method based on Simulated Annealing is used. It is shown that acceptable results can already be achieved by a simple heuristic using a mixture of random and distance based link manipulation operations. The resulting topologies are still star-like and a chaining of node Bs is not recognized.

Topic

Resource optimization for UMTS radio systems - Java applet and researches

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Florian Liers
Students:
Steffen Schmidt
Jan Zwanziger
Status:
finished
Abstract:

Topic

E-Learning für Mobilkommunikationssysteme

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Students:
Tobias Rossbach
Philipp Schleizer
Status:
finished
Abstract:

Topic

Cross layer optimization in mobile communication systems

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Students:
Anett Baumbach
Tim Langner
Status:
finished
Abstract:
It’s known that the performance of mobile device applications suffers from wireless network variations. Today’s protocol stack implementations won’t fit the needs of mobile wireless environments. To gain a better performance in wireless applications, cross-layer feedback in the protocol stack would be useful. The contribution carried out by this work is an overview of cross layer related parameters and information shared between the iso-osi layers. It gives also a review of some existing cross layer designs and architectures and lists disadvantages. As a result of this work it should become clear that many ideas of implementing cross layering have been published but most of them are only dealing with special scenarios. However, the effort put into the development of cross layer architectures is the right way to achieve a better interoperability of wired and wireless networks.

Topic

Load distribution in mixed UMTS/GSM/WLAN systems

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Florian Liers
Students:
Torsten Born
Frank Lohse
Tobias Prüger
Status:
finished
Abstract:
The created CRRM algorithm is suffice to the objectives set to it. It provides four different mobile types, a mobility model to handle the movement of the mobiles, a call management system to compute the call events at hand and a radio system containing the features of handover, dropping and blocking.
The CRRM simulator was implemented in JAVA and provides an intuitive user interface, the opportunity to change the elemental values and functions of the algorithm and also a logging function.

Topic

Resource optimization of UMTS radio systems - Development of new algorithms

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Florian Liers
Students:
Sylvia Dobrunz
Andre Geissler
Status:
finished
Abstract:
The algorithm based on automatic control engineering consists of 3 parts: dropping, blocking and CAC-adaption. Depending on the number of calls, that had been dropped, CAC of the tight resource will be lowered. Therefore the blocking of requesting mobiles will increase and their resources can be reserved for active mobiles. CAC ought to improve dropping.
During simulation it turned out, that dropping is still inceasing if a static, defined, maximum value for dropping is exceeded. While using no CAC adaption dropping doesn't show the same behavior like before. Consequently, these simulation results advance the automatic control engineering method, because of lower droppings all way through. As before expected blocking is high. In this algorithm blocking is higher than blocking by using static timeouts or using Simplex.
Call-Setup-Time is shorter using Simplex or static timeouts. The reason is a short retention period of each mobile in each state. Summarized there are improvements in dropping using this algorithm. But, by using it, you should be aware of high blocking
and bad setup times for calls.

Topic

Integration von Quality of Service (RSVP), Sicherheit (AAA) und Mobilität (MIFA)- (in Bearbeitung)

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Dr.-Ing. Ali Diab
Students:
Lu Cai
Stefanie Streichardt
Yi Zhang
Status:
finished
Abstract:

Topic

Implementation of RSVP in Wireless Internet Lab

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Dr.-Ing. Ali Diab
Students:
Alexander Grotkopp
Micheal Menges
Steffen Schmidt
Status:
finished
Abstract:
This work presents interaction between the Ressource reservation protocol (RSVP) and Mobile IP (MIP). RSVP and MIP are briefly described. Additionally, some methods to make it possible to RSVP to interact with MIP are presented. The Implementation of RSVP in wireless network laboratory is described.

Topic

MBMS - ptp- vs. ptm optimization using Java applets

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Students:
Matthias Köhler
Maik Luxa
Christoph Schellnack
Status:
finished
Abstract:

Topic

Study of modeling approaches for the High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) channel in UMTS

Kind of work:
Project Work
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Florian Liers
Students:
Matthias Köhler
Maik Luxa
Christoph Schellnack
Status:
finished
Abstract:
This paper deals with the High-Speed Downlink Packet Access
(HSDPA), a packet switched data service in the CDMA-Downlink
of UMTS which reaches up to 14.4 Mbps under ideal conditions. The text describes the architecture of HSDPA and delivers an insight into mechanisms and improvements used for it. Especially the modifications in architecture (MAC-hs) and data transmission (AMC) as well as the introduction of new radio channels (HS-DSCH) and a data
retransmission mechanism (hybrid-ARQ) will be described. In the second chapter a model which is able to estimate the consumption of radio ressources and the actual data throughput of HSDPA will be described. This model will also consider influences on the throughput as the number of active mobiles and radio conditions.

Topic

UMTS Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS)

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Students:
Lu Cai
Yi Zhang
Status:
finished
Abstract:

Topic

QoS in hybrid networks

Kind of work:
Student research project
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Alexander Grotkopp
Status:
finished
Abstract:
Sowohl im eigenen Netz als auch über die Netzgrenzen hinaus wird die Qualitätssicherung (QoS) der Datenübertragung zunehmend wichtiger, vor allem im Hinblick auf Echtzeitdienste und die zunehmende Mobilisierung. Die ersten Schritte auf diesem Gebiet wurden bereits durch die Einführung der QoS-Protokolle in den jeweiligen Datennetzen getan. Auch gibt es schon einige Ideen wie man einen qualitativ hochwertigen Datentransfer durch mehrere Netze
bewerkstelligen kann. In dieser Arbeit wurden zwei Möglichkeiten vorgeschlagen Quality of Service (QoS) in hybriden Netzen umzusetzen. Leider können nach wie vor einige Probleme der netzübergreifenden Kommunikation nur bedingt als gelöst angesehen werden. So kommt es zum Beispiel grundsätzlich zu einer Überreservierung von Ressourcen, so dass zu Gunsten der Übertragungsqualität Bandbreite in den Netzknoten verschenkt wird. Außerdem lassen sich auf Grund der unterschiedlichen Arbeitsweisen der Netze einige Parameter schlecht oder gar nicht abschätzen, wodurch es bei ungünstigem Verkehrsaufkommen durchaus zu Verletzungen der QoS-Vereinbarungen kommen
kann.

Topic

Optimal placement of anchor points in telecommunication networks - I-MPLS as an example of use

Kind of work:
Diploma Thesis
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Florian Liers
Status:
finished
Abstract:
The growing number of users of mobile communication systems and increasing requirements for the quality of service of wireless access networks requires an efficient mobility management within the network. This is especially true for packet switched networks serving and managing a high number of mobile equipment permanently connected. A suitable placement of the mobility functionality within a wireless access network accelerates the signalling process in case of handovers. This reduces the probability for loosing packets. However the micro mobility components, refered to as anchor points, slow down the regular packet forwarding. First of all this increases the delay of the user traffic and secondly it slows down the signalling process for the
handovers, which does not participate on the gain of the micro mobility functionality.
This Diplomarbeit presents a method, which allows the calculation of an optimal placement of the micro mobility functionality within an existing telecommunication network. The model bases on the topology of the network and its traffic data. The optimisation considers the durations of the signalling processes and the delay of the user traffic. The whole optimisation process was automated for the optimisation tool TRIAS from IDEO Laboratories and is particularly applicable for large telecommunication networks. Real access networks with more than 350 nodes are used to demonstrate the applicability. The validation of the optimisation was done with the network simulator NS2 and the new micro mobility protocol I-MPLS. Additionally the Diplomarbeit analyses the sensibility of the optimal result concerning the variation of the traffic data and the optimisation parameter. Based on the asserted importance of such an analysis, local and global sensibility measurements are presented.

Topic

Enhanced routing protocols for increasing the performance of MPLS networks

Kind of work:
Student research project
Supervisor:
Dipl.-Ing. René Böringer
Students:
Veronika Windpassinger
Status:
finished
Abstract:

Topic

Security and QoS with Mobile IP

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Ali Diab
Status:
finished
Abstract:
The goal of this work is the investigation of integration between mobile IPv6, Rsvp, IP second and AAA. Therefore, the specifications of MIPv6 (procedures and Authentication), Rsvp, IPSec (different Tunneling Methodes and header) and AAA (concentration on Diameter protocol) must be examined exactly. Additionally, the possibility, these protocols to work with eachother, must be examined.

Topic

QoS integration with Mobile IP

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Ali Diab
Status:
finished
Abstract:
Mobile IP is the standard protocol for mobility support in WLAN. RSVP is standard propocol for QoS support. The goal of the work is the investigation of the proposals, which try to integrate mobile IP with RSVP. The proposals must be specified, classified and compared to each other. The work requires knowledge of mobile IP and RSVP.

Topic

Investigation of interaction between MobileIP and RSVP in the Wireless-Internet-Laboratory

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Dr.-Ing. Ali Diab
Status:
finished
Abstract:
The Wireless Internet laboratory of our chair consists of different components, which realize a wireless internet labor, like mobile node, home agent, foreign agent, VPN gateway, server, different access points and subnetworks. The main point of the study is the investigation of the possibilities for the supply of defined QoS even if the mobile moved between different Subnetzen (Layer3 Handover). The investigated concepts are to be realized and tested in the Wireless Internet laboratory. The work requires good knowledge in Linux.

Topic

Analyse and simulation of HSDPA and RRC algorithms on UMTS system level

Kind of work:
Diploma Thesis
Supervisor:
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Dr.-Ing. Florian Liers
Students:
Philipp Schleizer
Status:
finished
Abstract:
First of all, the Simulator CARMA, that was developed to
compare algorithms for managing UMTS Radio Ressources, particularly the alternation of RRC States, at the department "Integrated HW and SW Systems", is extended by the new Technology HSDPA. Part of this extension is a new interface for scheduling algorithms. Following, the effects of this extension on the already implemented algorithms is analyzed, mainly concerning Connection Setup Times and
achievable Data Throughput. After all, a new scalable algorithm on the base of genetic heuristics is implemented.

Topic

Investigation and practical comparison of different methods for a network based booting process

Kind of work:
Advanced Seminar
Supervisor:
Dipl.-Inf. Holger Kärst
Students:
Knut Schäfer
Mario Schild
Status:
finished
Abstract:
Recherche und praktischer Vergleich verschiedener Methoden für einen netzwerkbasierten Bootvorgang


Moderne Computernetzwerke stellen mit dem Voranschreiten der Technik, der Anzahl und Vielfalt der angeschlossenen Geräte immer größere Anforderungen an die Administration.
In einem großen Unternehmen kann sich die Zahl der verbundenen Geräte schnell auf einige hundert belaufen.
Die Kosten pro Einzelplatz werden dabei unverhältnismäßig groß, da jedes System separat installiert, konfiguriert und gewartet werden muss. Bei einer sehr komplexen und weitreichenden Struktur solcher Netze ist es deshalb ausschlaggebend, die Möglichkeiten einer Kosteneinsparung, Steigerung der Sicherheit und Senkung der Fehleranfälligkeit zu nutzen. Von Vorteil wäre zum Beispiel eine administrative, welche all diese Bereiche weitgehend bündelt.
In den letzten Jahren hat sich eine Technologie entwickelt, welche unter dem Namen Diskless bekannt geworden ist. Es handelt sich dabei um Computer, die über keine fest eingebauten Datenträger verfügen. Da diese Geräte nun keine Möglichkeit haben, ein Betriebssystem zu speichern, müssen sie sich dieses von einer anderen Quelle beschaffen.
Das hierbei angewandte Verfahren, ein Betriebssystem über das Netz von einem entfernten Gerät zu laden und auszuführen, trägt den Namen Netzwerk-Boot.
Es ist leicht zu erkennen, dass diese Möglichkeit mannigfaltige Vorteile gegenüber lokalem Booten bietet. Unter anderem können durch die zentrale Datenhaltung und Softwareverwaltung, ähnlich wie bei einem einzelnen System, quasi beliebig viele Arbeitsplätze ohne erwähnenswerten Mehraufwand parallel administriert werden. Beim nächsten Neustart booten diese nun automatisch mit der aktuellsten Version der Systemdateien. Gleichzeitig kann durch Netzwerk-Boot der Hardwareaufwand und die Ausfallwahrscheinlichkeit jedes einzelnen Arbeitsplatzes verringert werden. An dieser Stelle könnte jeweils mindestens eine Rechnerkomponente(z.B. eine Festplatte und das Diskettenlaufwerk)eingespart werden. Weitergehend könnte man auch günstigere leistungsschwächere)Rechnerkomponenten einsetzen, die eben nur noch die nötige Leistung zur Dateneingabe und -ausgabe, aber eben nicht mehr zur Datenverarbeitung besitzen.
Heutige Zukunftsvisionen einiger Softwarefirmen gehen bereits soweit, gar den privaten Rechner zu Hause von zentralen, möglicherweise firmeneigenen Servern über das Internet, zu booten und mit der jeweilig nötigen Software zu versorgen. Zu erwähnen bleibt noch, dass, anders als das Internet, moderne Firmennetzwerke bereits heute über die nötigen Datenübertragungsraten verfügen, um für Netzwerk-Boot von aktuellen Betriebssystemen keinen möglichen Engpass darzustellen.
Im Laufe der Zeit haben sich nun bis heute verschiedene Standards des Booten vom Netzwerk herauskristallisiert, die weitverbreitet in Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung zur technischen Anwendung kommen. Gegenstand dieser Arbeit soll es im Folgenden sein, vier dieser bekanntesten Möglichkeiten zu beschreiben, miteinander zu vergleichen und dabei etwaige Vor- und Nachteile aufzuzeigen.
Folgende Technologien finden nun in dieser Arbeit Beachtung:


Eine der ältesten Entwicklungen ist NetBoot. Besitzt ein Rechner einen Intel-kompatiblen Prozessor, so kann er mit Hilfe von Netboot ohne Festplatte oder Diskette gestartet werden. Auf Basis des Internetprotokolls TCP/IP werden die Standardprotokolle BootP, DHCP und TFTP genutzt, um ein Linux, ein FreeBSD oder auch eine DOS/Windows-Variante zu starten.


Eine weitere Möglichkeit bietet Etherboot. Hierbei handelt es sich um ein freies Softwarepaket, mit dessen Hilfe sich BootROMs erstellen lassen, um eine breite Auswahl verfügbarer Betriebssysteme zu booten. Auch hier wird das Internetprotokoll TCP/IP genutzt, um über die Protokolle DHCP und TFTP zu booten.


Eine dritte Technologie ist unter dem Namen Preboot Execution Environment (kurz PXE) bekannt. Es handelt sich um eine Entwicklung von Intel und Systemsoft. Diese Spezifikation setzt auf die Protokolle IP, UDP, DHCP und TFTP.


Novell ist mit seinen Remote Program Load (kurz RPL) ebenfalls in den Bereich des Netzwerk-Boot vorgedrungen. Das Konzept basiert auf der Idee, eine Bootdiskette von einem NetWare-Rechner zu beziehen.