Diversity-multiplexing tradeoff (DMT) is an efficient tool to measure the performance of multiple-input and multiple-output (MIMO) systems and cooperative systems. Recently, cooperative multicast system with wireless network coding stretched tremendous interesting due to that it can drastically enhance the throughput of the wireless networks. It is desirable to apply DMT to the performance analysis on the multicast system with wireless network coding. In this paper, DMT is performed at the three proposed wireless network coding protocols, i.e., non-regenerative network coding (NRNC), regenerative complex field network coding (RCNC) and regenerative Galois field network coding (RGNC). The DMT analysis shows that under the same system performance, i.e., the same diversity gain, all the three network coding protocols outperform the traditional transmission scheme without network coding in terms of multiplexing gain. Our DMT analysis also exhibits the trends of the three network coding protocols' performance when multiplexing gain is changing from the lower region to the higher region. Monte-Carlo simulations verify the prediction of DMT.
Pahlavani, Peyman;Derhami, Vali;Bidoki, Ali Mohammad Zareh
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.1
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pp.52-67
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2011
Network coding is a newly developed technology that can cause considerable improvements in network throughput. COPE is the first network coding approach for wireless mesh networks and it is based on opportunistic Wireless Network Coding (WNC). It significantly improves throughput of multi-hop wireless networks utilizing network coding and broadcast features of wireless medium. In this paper we propose a new method, called FENC, for opportunistic WNC that improves the network throughput. In addition, its complexity is lower than other opportunistic WNC approaches. FENC utilizes division and conquer method to find an optimal network coding. The numerical results show that the proposed opportunistic algorithm improves the overall throughput as well as network coding approach.
The network coding mechanism has attracted much attention because of its advantage of enhanced network throughput which is a desirable characteristic especially in a multi-hop wireless network with limited link capacity such as the device-to-device (D2D) communication network of 5G. COPE proposes to use the XOR-based network coding in the two-hop wireless network topology. For multi-hop wireless networks, the Distributed Coding-Aware Routing (DCAR) mechanism was proposed, in which the coding conditions for two flows intersecting at an intermediate node are defined and the routing metric to improve the coding opportunity by preferring those routes with longer queues is designed. Because the routes with longer queues may increase the delay, DCAR is inefficient in delivering real-time multimedia traffic flows. In this paper, we propose a network coding-aware routing protocol for multi-hop wireless networks that enhances DCAR by considering traffic load distribution and link quality. From this, we can achieve higher network throughput and lower end-to-end delay at the same time for the proper delivery of time-sensitive data flow. The Qualnet-based simulation results show that our proposed scheme outperforms DCAR in terms of throughput and delay.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.4
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pp.800-818
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2013
Supporting video streaming over multi-hop wireless networks is particularly challenging due to the time-varying and error-prone characteristics of the wireless channel. In this paper, we propose a joint optimization scheme for video streaming over multi-hop wireless networks. Our coding scheme, called Joint Source/Network Coding (JSNC), combines source coding and network coding to maximize the video quality under the limited wireless resources and coding constraints. JSNC segments the streaming data into generations at the source node and exploits the intra-session coding on both the source and the intermediate nodes. The size of the generation and the level of redundancy influence the streaming performance significantly and need to be determined carefully. We formulate the problem as an optimization problem with the objective of minimizing the end-to-end distortion by jointly considering the generation size and the coding redundancy. The simulation results demonstrate that, with the appropriate generation size and coding redundancy, the JSNC scheme can achieve an optimal performance for video streaming over multi-hop wireless networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.7
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pp.3470-3493
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2019
IEEE 802.11s-based infrastructure Wireless Mesh Networks (iWMNs) are envisaged as a promising solution to provide ubiquitous wireless Internet access. The limited network capacity is a problem mainly caused by the medium contention between mesh users and the mesh access points (MAPs), which gets worst when the mesh clients employ the Transmission Control Protocol (TCP). To mitigate this problem, we use wireless network coding (WNC) in the MAPs. The aim of this proposal is to take advantage of the network topology around the MAPs, to alleviate the contention and maximize the use of the network capacity. We evaluate WNC when is used in MAPs. We model the formation of coding opportunities and, using computer simulations, we evaluate the formation of such coding opportunities. The results show that as the users density grows, the coding opportunities increase up to 70%; however, at the same time, the coding delay increments significantly. In order to reduce such delay, we propose to adaptively adjust the time that a packet can wait to catch a coding opportunity in an MAP. We assess the performance of moving-average estimation methods to forecast this adaptive sojourn time. We show that using moving-average estimation methods can significantly decrease the coding delay since they consider the traffic density conditions.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.6
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pp.2946-2962
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2017
An improved energy-efficient compressed network coding method is proposed for the data communication in the wireless sensor networks (WSNs). In the method, the compressed sensing and network coding are jointly used to improve the energy efficiency, and the two-hop neighbor information is employed to choose the next hop to further reduce the number of the transmissions. Moreover, a new packet format is designed to facilitate the intermediate node selection. To theoretically verify the efficiency of the proposed method, the expressions for the number of the transmissions and receptions are derived. Simulation results show that, the proposed method has higher energy efficiency compared with the available schemes, and it only requires a few packets to reconstruct measurements with reasonable quality.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.48
no.10
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pp.29-34
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2011
We present a network coding scheme which is designed for improving throughput in multi-hop wireless network with multi-radio multi-channel. The co-channel interference and unreliability of wireless transmissions cause the wireless network to reduce throughput. In wireless network, multi-radio multi-channel technology shows benefit to cut down channel interferences and contentions. And network coding can reduce the complexity of scheduling and improve throughput by increasing usage of links in wireless network. In this paper, we propose a method of channel assignment and transmission scheduling in intra-session network coding that efficiently improve throughput for multi-hop wireless network by using mathematical modeling and linear programming. Moreover, we evaluate the performance of the intra-session network coding scheme by using AMPL with CPLEX. The simulation results show that intra-session network coding can achieve better throughput than traditional routing.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.9
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pp.4205-4227
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2018
Network Coding (NC) is an approach recently investigated for increasing the network throughput and thus enhancing the performance of wireless mesh networks. The benefits of NC can further be improved when routing decisions are made with the awareness of coding capabilities and opportunities. Typically, the goal of such routing is to find and exploit routes with new coding opportunities and thus further increase the network throughput. As shown in this paper, in case of proactive routing the coding awareness along with the information of the measured traffic coding success can also be efficiently used to support the congestion avoidance and enable more encoded packets, thus indirectly further increasing the network throughput. To this end, a new proactive routing procedure called Congestion-Avoidance Network Coding-Aware Routing (CANCAR) is proposed. It detects the currently most highly-loaded node and prevents it from saturation by diverting some of the least coded traffic flows to alternative routes, thus achieving even higher coding gain by the remaining well-coded traffic flows on the node. The simulation results confirm that the proposed proactive routing procedure combined with the well-known COPE NC avoids network congestion and provides higher coding gains, thus achieving significantly higher throughput and enabling higher traffic loads both in a representative regular network topology as well as in two synthetically generated random network topologies.
Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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2011.07a
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pp.310-313
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2011
Broadcasting nature of wireless communications makes it possible to apply opportunistic network coding (OPNC) by overhearing transmitted packets from a source to sink nodes. However, it is difficult to apply network coding to the topology of multiple relay and sink nodes. We propose to use relay node selection, which finds a proper node for network coding since the OPNC alone in the topology of multiple relays and sink nodes cannot guarantee network coding gain. The proposed system is a novel combination of wireless network coding and relay selection, which is a key contribution of this paper. In this paper, with the consideration of channel state and potential network coding gain, we propose relay node selection techniques, and show performance gain over the conventional OPNC and a channel-based selection algorithm in terms of average system throughput.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.17
no.10
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pp.2281-2287
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2013
Network Coding(NC) is a new paradigm for network communication. In network coding, intermediate nodes create new packets by algebraically combining ingress packets and send it to its neighbor node by broadcast manner. Network Coding has rapidly emerged as a major research area in information theory due to its wide applicability to communication through real networks. Network coding is expected to improve throughput and channel efficiency in the wireless multi-hop network. Prior researches have been carried out to employ network coding to wireless ad-hoc network. In our study, intermediate nodes identify one-hop bidirectional flows for network coding decision. We expect that the proposed scheme shall improve decoding success rate of network coded packet. From the simulation, the proposed network coding scheme achieved better performance in terms of coding gain and packet delivery rate than traditional network coding scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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