Ali, Bakhtiar;Zamir, Nida;Ng, Soon Xin;Butt, Muhammad Fasih Uddin
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.4
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pp.1594-1617
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2018
In this paper, we consider a spectrum access scenario which consists of two groups of users, namely Primary Users (PUs) and Secondary Users (SUs) in Cooperative Cognitive Radio Networks (CCRNs). SUs cooperatively relay PUs messages based on Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF) cooperative techniques, in exchange for accessing some of the spectrum for their secondary communications. From the literatures, we found that the Conventional Distributed Algorithm (CDA) and Pragmatic Distributed Algorithm (PDA) aim to maximize the PU sum-rate resulting in a lower sum-rate for the SU. In this contribution, we have investigated a suit of distributed matching algorithms. More specifically, we investigated SU-based CDA (CDA-SU) and SU-based PDA (PDA-SU) that maximize the SU sum-rate. We have also proposed the All User-based PDA (PDA-ALL), for maximizing the sum-rates of both PU and SU groups. A comparative study of CDA, PDA, CDA-SU, PDA-SU and PDA-ALL is conducted, and the strength of each scheme is highlighted. Different schemes may be suitable for different applications. All schemes are investigated under the idealistic scenario involving perfect coding and perfect modulation, as well as under practical scenario involving actual coding and actual modulation. Explicitly, our practical scenario considers the adaptive coded modulation based DF schemes for transmission flexibility and efficiency. More specifically, we have considered the Self-Concatenated Convolutional Code (SECCC), which exhibits low complexity, since it invokes only a single encoder and a single decoder. Furthermore, puncturing has been employed for enhancing the bandwidth efficiency of SECCC. As another enhancement, physical layer security has been applied to our system by introducing a unique Advanced Encryption Standard (AES) based puncturing to our SECCC scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.10
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pp.4957-4976
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2016
This paper investigates the error performance of the amplify-and-forward (AF) relaying systems in the context of full-duplex (FD) communication. In addition to the inherent self-interference (SI) due to simultaneous transmission and reception, coexistent FD terminals may cause crosstalk. In this paper, we utilize the information exchange via the crosstalk channel to construct a particular distributed space-time code (DSTC). The residual SI is also considered. Closed-form pairwise error probability (PEP) is first derived. Then we obtain the upper bound of PEP in high transmit power region to provide more insights of diversity and coding gain. The proposed DSTC scheme can attain full cooperative diversity if the variance of SI is not a function of the transmit power. The coding gain can be improved by lengthening the frame and proper power control. Feasibility and efficiency of the proposed DSTC are verified in numerical simulations.
Interest about social security has recently increased in favor of safety for infrastructure. In addition, advances in computer vision and pattern recognition research are leading to video-based surveillance systems with improved scene analysis capabilities. However, such video surveillance systems, which are controlled by human operators, cannot actively cope with dynamic and anomalous events, such as having an invader in the corporate, commercial, or public sectors. For this reason, intelligent surveillance systems are increasingly needed to provide active social security services. In this study, we propose a core technique for intelligent surveillance system that is based on swarm robot technology. We present techniques for invader enclosing using swarm robots based on multiple distributed object environment. The proposed methods are composed of three main stages: location estimation of the object, specified object tracking, and decision of the cooperative behavior of the swarm robots. By using particle filter, object tracking and location estimation procedures are performed and a specified enclosing point for the swarm robots is located on the interactive positions in their coordinate system. Furthermore, the cooperative behaviors of the swarm robots are determined via the result of path navigation based on the combination of potential field and wall-following methods. The results of each stage are combined into the swarm robot-based invader-enclosing technique on multiple distributed object environments. Finally, several simulation results are provided to further discuss and verify the accuracy and effectiveness of the proposed techniques.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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1998.03a
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pp.127-130
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1998
In this paper, we propose a method of cooperative control(T-cell modeling) and selection of group behavior strategy(B-cell modeling) based on immune system in distributed autonomous robotic system(DARS). Immune system is living body's self-protection and self-maintenance system. Thus these features can be applied to decision making of optimal swarm behavior in dynamically changing environment. For the purpose of applying immune system to DARS, a robot is regarded as a B cell, each environmental condition as an antigen, a behavior strategy as an antibody and control parameter as a T-call respectively. The executing process of proposed method is as follows. When the environmental condition changes, a robot selects an appropriate behavior strategy. And its behavior strategy is stimulated and suppressed by other robot using communication. Finally much stimulated strategy is adopted as a swarm behavior strategy. This control scheme is based of clonal selection and idiotopic network hypothesis. And it is used for decision making of optimal swarm strategy. By T-cell modeling, adaptation ability of robot is enhanced in dynamic environments.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.10
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pp.2411-2429
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2013
In this paper, we extend the case of information exchange error mitigation for the distributed orthogonal space-time block code (DOSTBC) for two transmit antennas to distributed quasi-orthogonal space-time block code (DQOSTBC) for four transmit antennas. A rate 1 full-diversity DQOSTBC for four transmit antennas is designed. The code matrix changes according to different information exchange error cases, so full diversity is maintained even if not all information exchange is correct. We also perform analysis of the pairwise error probability. The performance analysis indicates that the proposed rate 1 DQOSTBC outperforms rate 1/2 DOSTBC for four transmit antennas at the same transmission rate, which is confirmed by the simulation results.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics S
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v.34S
no.8
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pp.56-64
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1997
In distributed autonomous robotic systems, each robot must behaves by itself according to the its states and environements, and if necessary, must cooperates with other orbots in order to carray out a given task. Therefore it is essential that each robot has both learning and evolution ability to adapt the dynamic environments. In this paper, the new learning and evolution method based on reinforement learning having delayed reward ability and distributed genectic algorithms is proposed for behavior learning and evolution of collective autonomous mobile robots. Reinforement learning having delayed reward is still useful even though when there is no immediate reward. And by distributed genetic algorithm exchanging the chromosome acquired under different environments by communication each robot can improve its behavior ability. Specially, in order to improve the perfodrmance of evolution, selective crossover using the characteristic of reinforcement learning is adopted in this paper, we verify the effectiveness of the proposed method by applying it to cooperative search problem.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.1
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pp.102-122
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2017
Nanotechnology has provided a set of tools that the engineers can use to design and manufacture integrated nano devices, which are capable of performing sensing, computing, data storing and actuation. One of the main hurdles for nano devices has been the amount of power that it can generate for transmission of data. In this paper, we proposed cooperative nano communication in the Terahertz (THz) Gap frequency band to increase the range of transmission. Outage probability (OP) performances for the proposed cooperative nano communication networks in the THz band (0.1 - 10THz) have been evaluated for the following scenarios; A) A single decode-and-forward (DF) relay over independent identically distributed (i.i.d.) Rayleigh fading channels, B) DF multi-relay network with best relay selection (BRS) over i.i.d. Rayleigh fading channels, and C) DF multi-relay network with multiple hops with BRS over i.i.d. Rayleigh fading channels. The results show that the transmission distance can be improved significantly by employing DF relays. Also, it is shown that by increasing the number of hops in a relay the OP performance is marginally degraded. The analytical results have been verified by Monte-Carlo simulation.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.10
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pp.5035-5057
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2019
Advancements in nanotechnology and novel nano materials in the past decade have provided a set of tools that can be used to design and manufacture integrated nano devices, which are capable of performing sensing, computing, data storing and actuation. In this paper, we have proposed cooperative nano communication using Power Switching Relay (PSR) Wireless Power Transfer (WPT) protocol and Time Switching Relay (TSR) WPT protocol over independent identically distributed (i.i.d.) Rayleigh fading channels in the Terahertz (THz) Gap frequency band to increase the range of transmission. Outage Probability (OP) performances for the proposed cooperative nano communication networks have been evaluated for the following scenarios: A) A single decode-and-forward (DF) relay for PSR protocol and TSR protocol, B) DF multi-relay network with best relay selection (BRS) for PSR protocol and TSR protocol, and C) DF multi-relay network with multiple DF hops with BRS for PSR protocol and TSR protocol. The results have shown that the transmission distance can be improved significantly by employing DF relays with WPT. They have also shown that by increasing the number of hops in a relay the OP performance is only marginally degraded. The analytical results have been verified by Monte-Carlo simulations.
Cooperative communications (CC) have received a great deal of attention recently as an efficient way to obtain the spatial diversity without physical arrays. Thus, space-time block codes (STBC) which are well-known for use in co-located multi-antenna systems can be still utilized for single-antenna users in a distributed fashion. In this paper, we propose a cooperative signaling structure using the $\frac{3}{4}$-rate STBC and derive closed-form BER expression which takes the effect of network geometry and transmit power constraint into account. A variety of simulated and numerical results demonstrated the cooperation considerably outperforms the direct transmission when partners are located in appropriate positions.
Hu, Hang;Xu, Youyun;Liu, Zhiwen;Li, Ning;Zhang, Hang
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.12
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pp.3061-3080
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2012
To improve the sensing performance, cooperation among secondary users can be utilized to collect space diversity. In this paper, we focus on the optimization of cooperative spectrum sensing in which multiple cognitive users efficiently cooperate to achieve superior detection accuracy with minimum sensing error probability in multiple cross-over cognitive radio networks. The analysis focuses on two fusion strategies: soft information fusion and hard information fusion. Under soft information fusion, the optimal threshold of the energy detector is derived in both noncooperative single-user and cooperative multiuser sensing scenarios. Under hard information fusion, the optimal randomized rule and the optimal decision threshold are derived according to the rule of minimum sensing error (MSE). MSE rule shows better performance on improving the final false alarm and detection probability simultaneously. By simulations, our proposed strategy optimizes the sensing performance for each cognitive user which is randomly distributed in the multiple cross-over cognitive radio networks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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