Sheikh, Sajid M.;Wolhuter, Riaan;Engelbrecht, Herman A.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.5
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pp.2499-2522
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2017
Multi-hop networks are a low-setup-cost solution for enlarging an area of network coverage through multi-hop routing. Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) is frequently used in multi-hop networks. Multi-hop networks face multiple problems, such as a rise in contention for the medium, and packet loss under heavy-load, saturated conditions, which consumes more bandwidth due to re-transmissions. The number of re-transmissions carried out in a multi-hop network plays a major role in the achievable quality of service (QoS). This paper presents a statistical, analytical model for the end-to-end delay of contention-based medium access control (MAC) strategies. These strategies schedule a packet before performing the back-off contention for both differentiated heterogeneous data and homogeneous data under saturation conditions. The analytical model is an application of Markov chain theory and queuing theory. The M/M/1 model is used to derive access queue waiting times, and an absorbing Markov chain is used to determine the expected number of re-transmissions in a multi-hop scenario. This is then used to calculate the expected end-to-end delay. The prediction by the proposed model is compared to the simulation results, and shows close correlation for the different test cases with different arrival rates.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.5
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pp.251-259
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2014
In this paper, we propose Low Energy Service Discovery (LESD) protocol for common discovery mode of IEEE 802.15.8 Peer Aware Communications (PAC). In order to minimize power consumption, Basic Repetition Block (BRB) is defined. Device is able to select operating mode and synchronize other devices through it. Proposed MAC procedure is Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) based on overhearing technique. Even if device has not been received response signal since transmitted request signal, it is able to discover other devices of same group through the overhearing technique. IEEE 802.15.8 PAC has required that performances of common discovery mode are presented about discovered devices during the simulation time, discovery latency and average power consumption. By considering the number of devices per group and channel environment, two scenarios are evaluated through system level simulation and the simulation results of proposed scheme are compared with CSMA/CA in same simulation conditions. As a result, proposed scheme is able to get high energy efficiency of devices as well as increase the number of discovered devices during simulation time when the longer the number of devices is distributed over a limited area.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.11B
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pp.974-979
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2004
In the IEEE 802.1 Ib, DCF provides contention based services and PCF provides contention free services for QoS suppof. DCF uses CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/collision Avoidance) as an access protocol. In this paper, an enhanced PCF, which gives weights to channels with heavy traffic load, was proposed. The weight is depending on the partial queue length information from STAs. NS-2 simulation results show that the proposed scheme is an promising approach for enhancing the PCF.
In this paper, the directional carrier sense multiple access/collision avoidance (CSMA/CA) protocol in the immediate acknowledgement mode for IEEE 802.15.3c is analyzed under saturation environments. For the analysis, a sensing region and an exclusive region with a directional antenna are computed probabilistically and a Markov chain model in which the features of IEEE 802.15.3c and the effects of using directional antennas are incorporated is analyzed. An algorithm to find the maximal number of concurrently transmittable frames is proposed. The system throughput and the average transmission delay are obtained in closed forms. The numerical results show the impact of directional antennas on the CSMA/CA media access control (MAC) protocol. For instance, the throughput with a small beamwidth of antenna is more than ten times larger than that for an omnidirectional antenna. The overall analysis is verified by a simulation. The obtained results will be helpful in developing an MAC protocol for enhancing the performance of mmWave wireless personal area networks.
Ullah, Fasee;Abdullah, Abdul Hanan;Abdul-Salaam, Gaddafi;Arshad, Marina Md;Masud, Farhan
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.12
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pp.5835-5854
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2017
The implementation of IEEE 802.15.6 in Wireless Body Area Network (WBAN) is contention based. Meanwhile, IEEE 802.15.4 MAC provides limited 16 channels in the Superframe structure, making it unfit for N heterogeneous nature of patient's data. Also, the Beacon-enabled Carrier-Sense Multiple Access/Collision-Avoidance (CSMA/CA) scheduling access scheme in WBAN, allocates Contention-free Period (CAP) channels to emergency and non-emergency Biomedical Sensors (BMSs) using contention mechanism, increasing repetition in rounds. This reduces performance of the MAC protocol causing higher data collisions and delay, low data reliability, BMSs packet retransmissions and increased energy consumption. Moreover, it has no traffic differentiation method. This paper proposes a Low-delay Traffic-Aware Medium Access Control (LTA-MAC) protocol to provide sufficient channels with a higher bandwidth, and allocates them individually to non-emergency and emergency data. Also, a Contention Differentiated Adaptive Slot Allocation CSMA-CA (CDASA-CSMA/CA) for scheduling access scheme is proposed to reduce repetition in rounds, and assists in channels allocation to BMSs. Furthermore, an On-demand (OD) slot in the LTA-MAC to resolve the patient's data drops in the CSMA/CA scheme due to exceeding of threshold values in contentions is introduced. Simulation results demonstrate advantages of the proposed schemes over the IEEE 802.15.4 MAC and CSMA/CA scheme in terms of success rate, packet delivery delay, and energy consumption.
The main goal of this paper is to propose and to test a radio protocol based CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) for the purpose of enhancing the existing medical information system. The feature of the new medical information system, Medical Application Radio System(MARS), which operating in real time is the transmission of medical information in bi-direction between the hospital control office and patients mobile stations. MARS monitors patients linked to the network by radio and provides quick alarm, flexible documentation capabilities, asnd fast treatment for the analysis of collected medical data. The existing medical information system, radio telemetry system which transfers the message of patients to the CAP(Central Access Point) unit in one way at the speed of 9.6Kbps and operates a channel frequency bandwidth. To verify the Performance of the proposed system, we have performed the numerical analysis and have implemented a test system which consists of the 2.4Ghz radio transceiver and personal computer.
Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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2008.05a
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pp.564-568
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2008
In this paper, MAC(Medium Access Control) algorithm for the IEEE 802.11 DCF(Distributed Coordination Function) improving the performance is proposed and analyzed mathematically. The MAC of IEEE 802.11 WLAN to control data transmission uses two control methods called DCF and PCF(Point Coordination Function). The DCF controls the transmission based on CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). The DCF shows excellent performance relatively in situation that competition station is less but has a problem that performance is fallen from throughput and delay viewpoint in situation that competition station is increased. This paper proposes an enhanced DCF algorithm that increases the CW to maximal CW after collision and decreases the CW smoothly after successful transmission in order to reduce the collision probability by utilizing the current status information of WLAN. To prove efficiency of proposed algorithm, a lots of simulations are conducted and analyzed.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.4B
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pp.323-332
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2006
In this paper, we consider a WDM based metro ring connecting broadband access networks by using FT-TR (Fixed Transmitter-Tunable Receiver) type access nodes and a new MAC protocol for fair transmission is proposed. The basic channel access scheme is CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) and the transferred optical slot is changed to be empty slot by SS(Source-Stripping) which drops a packet from ring-rotated slot. This empty slot can be either used to send head-of-line packet in buffer or transmitted to next access node. In former cases, there is the improvement of network throughput, but latter case leads unfairness problem of transmission. Thus the proposed MAC protocol exploits the advantages form tow cases. It gives downstream access nodes chance to use empty slots and limits the unconditional usage of empty slots at upstream access nodes with probability as called p-Persistent MAC protocol. We use a numerical analysis to evaluate bandwidth efficiency and maximum node throughput and compares simulation results in terms of node throughput, fairness factor, transfer delay depending on probability. Under two different FT-TR type architectures for metro ring network the proposed MAC protocol is evaluated and compared.
The IEEE 802.11 wireless standard uses the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) as its MAC protocol (during the distributed coordination function period). This protocol is an adaptation of the CSMA/CD of the wired networks. CSMA/CA mechanism cannot guarantee quality of service (QoS) required by the application because orits random access method. In this study, we propose a new MAC protocol that considers different types of traffic (e.g., voice and data) and for each traffic type different priority levels are assigned. To improve the QoS of IEEE 802.11 MAC protocols over a multi-channel CSMA/CA, we have developed a new admission policy for both voice and data traffics. This protocol can be performed in direct sequence spread spectrum (DSSS) or frequency hopping spread spectrum (FHSS). For voice traffic we reserve a channel, while for data traffic the access is random using a CSMA/CA mechanism, and in this case a selective reject and push-out mechanism is added to meet the quality of service required by data traffic. To study the performance of the proposed protocol and to show the benefits of our design, a mathematical model is built based on Markov chains. The system could be represented by a Markov chain which is difficult to solve as the state-space is too large. This is due to the resource management and user mobility. Thus, we propose to build an aggregated Markov chain with a smaller state-space that allows performance measures to be computed easily. We have used stochastic comparisons of Markov chains to prove that the proposed access protocol (with selective reject and push-out mechanisms) gives less loss rates of high priority connections (data and voices) than the traditional one (without admission policy and selective reject and push-out mechanisms). We give numerical results to confirm mathematical proofs.
In IEEE 802.11b, Medium Access Control Sublayer consists of DCF (Distributed Coordination Function) and PCF (Point Coordination Function). DCF provides contention based services and PCF provides contention free services for QoS satisfaction. DCF uses CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) as an access protocol. And PCF uses Polling Scheme. In this paper, a modified New-PCF, which gives weights to channels with heavier traffic load, was suggested. NS-2 simulations were conducted to compare the service performances with original DCF, PCF and the modified New-PCF respectively. Simulation results has shown the increased overall throughput with the proposed New-PCF compared with other cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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