KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권4호
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pp.1390-1405
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2014
This paper investigates optimal relay selection and power allocation under an aggregate power constraint for cooperative wireless sensor networks assisted by amplify-and-forward relay nodes. By considering both transmission power and circuit power consumptions, the received signal-to-noise ratio (SNR) at the destination node is calculated, based on which, a relay selection and power allocation scheme is developed. The core idea is to adaptively adjust the selected relays and their transmission power to maximize the received SNR according to the channel state information. The proposed scheme is derived by recasting the optimization problem into a three-layered problem-determining the number of relays to be activated, selecting the active relays, and performing power allocation among the selected relays. Monte Carlo simulation results demonstrate that the proposed scheme provides a higher received SNR and a lower bit error rate as compared to the average power allocation scheme.
Al-Mishmish, Hameed R.M.;Preveze, Barbaros;Alkhayyat, Ahmed
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권11호
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pp.5335-5353
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2019
The definition of the bandwidth efficiency (BE) of cognitive cooperative network (CCN) is the ratio between a number of the licensed slot(s) or sub-channel(s) used by the unlicensed users to transmit a single data packet from the unlicensed transmitter to unlicensed destination, and from unlicensed relay(s) to unlicensed destination. This paper analyzes and improves the BE in the underlay CCN with a new reactive relay selection under interference and power constraints. In other words, this paper studies how unlicensed cooperative users use the licensed network slot(s) or sub-channel(s) efficiently. To this end, a reactive relay selection method named as Relay Automatic Repeat Request (RARQ) is proposed and utilized with a CCN under interference and power constraints. It is shown that the BE of CCN is higher than that of cooperative transmission (CT) due to the interference and power constraint. Furthermore, the BE of CCN is affected by the distance of the interference links which are between the unlicensed transmitter to the licensed destination and unlicensed relay to the licensed destination. In addition, the BE for multiple relays selection over a CCN under interference and power constraints is also analyzed and studied, and it is shown that the BE of CCN decreases as the number of relays increases.
본 논문은 공평성 제한(fairness constraint)이 존재하는 재생(regenerative) 직교 주파수 분할 다중 접속 (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 중계 네트워크(relay network)에서 새로운 적응 중계기 선택(adaptive relay selection) 기법을 제안한다. 제안된 기법에서 K 개의 중계기 중 시스템 용량(system capacity)을 최대화하는 M 개의 중계기를 선택한다. 선택된 중계기 사이에서는 공평성 제한을 만족하면서 시스템 성능 열화(system performance degradation)를 최소화하도록 부반송파를 재할당(subcarrier reallocation)한다. 그런 다음 보다 향상된 성능을 얻기 위해 워터필링(water-filling) 방법을 통한 적응적 전력할당이 이루어진다. 시스템 용량과 공평성 사이의 트레이드오프(trade-off) 관계를 이용하여 제안된 기법의 개선 방법 또한 연구되었다.
In this paper, the impact of energy constraints on a two-hop network with a source, a relay and a destination under random medium access is studied. A collision channel with erasures is considered, and the source and the relay nodes have energy harvesting capabilities and an unlimited battery to store the harvested energy. Additionally, the source and the relay node have external traffic arrivals and the relay forwards a fraction of the source node's traffic to the destination; the cooperation is performed at the network level. An inner and an outer bound of the stability region for a given transmission probability vector are obtained. Then, the closure of the inner and the outer bound is obtained separately and they turn out to be identical. This work is not only a step in connecting information theory and networking, by studying the maximum stable throughput region metric but also it taps the relatively unexplored and important domain of energy harvesting and assesses the effect of that on this important measure.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제13권3호
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pp.1311-1324
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2019
In the traditional cellular network communication, the cellular user and the base station exchange information through the uplink channel and downlink channel. Meanwhile, device-to-device (D2D) users access the cellular network by reusing the channel resources of the cellular users. However, when cellular user channel conditions are poor, not only D2D user cannot reuse its channel resources to access the network, but also cellular user's communication needs cannot be met. To solve this problem, we introduced a novelty D2D communication mechanism in the downlink, which D2D transmitter users as half-duplex (HD) relays to assist the downlink transmission of cellular users with reusing corresponding spectrum. The optimization goal of the system is to make the cellular users in the bad channel state meet the minimum transmission rate requirement and at the same time maximize the throughput of the D2D users. In addition, i for the purpose of improving the efficiency of relay transmission, we use two-antenna architecture of D2D relay to enable receive and transmit signals at the same time. Then we optimized power of base station and D2D relay separately with consideration of backhaul interference caused by two-antenna architectures. The simulation results show that the proposed HD relay strategyis superior to existing HD and full-duplex (FD) models in the aspects of system throughput and power efficiency.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권2호
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pp.670-683
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2016
Network coding, as a new technique to improve the throughput, is studied combined with multi-relay model in this paper to address the challenges of long distance and power limit in deep space communication. First, an amplify-and-forward relaying approach based on analog network coding (AFNC) is proposed in multi-relay network to improve the capacity for deep space communication system, where multiple relays are introduced to overcome the long distance link loss. The design of amplification coefficients is mathematically formulated as the optimization problem of maximizing SNR under sum-power constraint over relays. Then for a dual-hop relay network with a single source, the optimal amplification coefficients are derived when the multiple relays introduce non-coherent noise. Through theoretic analysis and simulation, it is shown that our approach can achieve the maximum transmission rate and perform better over single link transmission for deep space communication.
This paper presents an information theoretic outage analysis for physical layer of a cooperative multihop wireless network. Our analysis shows that cooperation by selecting a proper relay at each hop increases the coverage or data rate of the network. In our analysis we consider both symmetric and asymmetric network model. We also investigate the availability of cooperative relay at each hop and show that end-to-end performance of the network depends on the relay selection procedure at each hop. We also verify our analytical results with simulations.
The paper investigates the problem of designing the multiple-antenna relay in a two-way relay network by taking into account the imperfect channel state information (CSI). The objective is to design the multiple-antenna relay based upon the CSI estimates, where the estimation errors are included to attain the robust design under the worst-case philosophy. In particular, the worst-case transmit power at the multiple-antenna relay is minimized while guaranteeing the worst-case quality of service requirements that the received signal-to-noise ratio (SNR) at both sources are above a prescribed threshold value. Since the worst-case received SNR expression is too complex for subsequent derivation and processing, its lower bound is explored instead by minimizing the numerator and maximizing the denominator of the worst-case SNR. The aforementioned problem is mathematically formulated and shown to be nonconvex. This motivates the pursuit of semidefinite relaxation coupled with a randomization technique to obtain computationally efficient high-quality approximate solutions. This paper has shown that the original optimization problem can be reformulated and then relaxed to a convex problem that can be solved by utilizing suitable randomization loop. Numerical results compare the proposed multiple-antenna relay with the existing nonrobust method, and therefore validate its robustness against the channel uncertainty. Finally, the feasibility of the proposed design and the associated influencing factors are discussed by means of extensive Monte Carlo simulations.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권10호
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pp.3321-3341
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2014
This paper investigates the outage performance and optimization for the four-phase two-way transmission network with an energy harvesting (EH) relay. To enable the simultaneous information processing and energy harvesting at the relay, we firstly propose a power splitting-based two-way relaying protocol (PSTWR). Then, we discuss its outage performance theoretically and derive an explicit expression for the system outage probability. In order to find the optimal system configuration parameters such as the optimal power splitting ratio and the optimal transmit power redistribution factor, we formulate an outage-minimized optimization problem. As the problem is difficult to solve, we design a genetic algorithm (GA) based algorithm for it. Besides, we also investigate the effects of the power splitting ratio, the power redistribution factor at the relay, and the source to relay distance on the system outage performance. Finally, extensive simulation results are provided to demonstrate the accuracy of the analytical results and the effectiveness of the GA-based algorithm. Moreover, it is also shown that, the relay position greatly affects the system performance, where relatively worse outage performance is achieved when the EH relay is placed in the middle of the two sources.
최근 모바일 스마트 기기의 급격한 보급과 확산으로 인해 모바일 스마트 기기 간의 멀티미디어 콘텐츠 공유 기술이 확산되고 있다. 이를 위해 계층적으로 구성된 이종 무선 네트워크 상에서 멀티미디어 스트리밍 중계 시 중계 기기와 다수의 멤버 기기들 간의 과도한 네트워크 자원 경쟁으로 인해 재생 화면 정지 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 중계 기기와 멤버 기기의 스트림 데이터 버퍼링을 제어함으로써 과도한 네트워크 점유를 방지하고 버퍼 고갈로 인한 재생 화면 정지 문제를 개선하는 스트리밍 중계 기법을 제안한다. 또한 제안한 중계 기법을 적용한 스트리밍 중계 엔진을 설계하고 구현한다. 제안한 중계 기법의 성능 평가를 위해 스트리밍 중계 시의 화면 정지 횟수와 정지 시간을 측정하여 기존의 중계 엔진과 비교한다. 성능 측정 결과, 본 논문에서 제안하는 미디어 버퍼 제어를 이용한 중계 엔진이 기존의 중계 엔진보다 더 적은 화면 정지 횟수와 정지 시간을 보였으며 이를 통해 멀티미디어 스트리밍 품질을 향상시킬 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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