KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.11
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pp.4436-4452
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2015
The IEEE 802.15.6 standard is introduced to satisfy all the requirements for monitoring systems operating in, on, or around the human body. In this paper, analytical models are developed for evaluating the performance of the IEEE 802.15.6 CSMA/CA-based medium access control protocol for wireless body area networks (WBAN) under unsaturation condition. We employ a three-dimensional Markov chain to model the backoff procedure, and an M/G/1/K queuing system to describe the packet queues in the buffer. The throughput and delay performances of WBAN operating in the beacon mode are analyzed in heterogeneous network comprised of different user priorities. Simulation results are included to demonstrate the accuracy of the proposed analytical model.
In this paper, we study the problem of selfish behavior of secondary users (SUs) based on cognitive radio (CR) with the presence of primary users (PUs). SUs are assumed to contend on a channel using the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) and PUs do not consider transmission of SUs, where CSMA/CA protocols rely on the random deference of packets. SUs are vulnerable to selfish attacks by which selfish users could pick short random deference to obtain a larger share of the available bandwidth at the expense of other SUs. In this paper, game theory is used to study the systematic cheating of SUs in the presence of PUs in multichannel CR networks. We study two cases: A single cheater and multiple cheaters acting without any restraint. We identify the Pareto-optimal point of operation of a network with multiple cheaters and also derive the Nash equilibrium of the network. We use cooperative game theory to drive the Pareto optimality of selfish SUs without interfering with the activity of PUs. We show the influence of the activity of PUs in the equilibrium of the whole network.
In this paper, MAC algorithm for the IEEE 802.11 DCF improving the performance is proposed and analyzed by simulation. The MAC of IEEE 802.11 WLAN to control data transmission uses two control methods called DCF(Distributed Coordination Function) and PCF(Point Coordination Function). The DCF controls the transmission based on CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), that decides a random backoff time with the range of CW(Contention Window) for each station. Normally, each station increase the CW to double after collision, and reduces the CW to the minimum after successful transmission. 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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.4
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pp.989-1005
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2012
In this paper, throughput of IEEE 802.11 carrier-sense multiple access (CSMA) with collision-avoidance (CA) protocols in non-saturated traffic conditions is presented taking into account the impact of imperfect channel sensing. The imperfect channel sensing includes both missed-detection and false alarm and their impact on the utilization of IEEE 802.11 analyzed and expressed as a closed form. To include the imperfect channel sensing at the physical layer, we modified the state transition probabilities of well-known two state Markov process model. Simulation results closely match the theoretical expressions confirming the effectiveness of the proposed model. Based on both theoretical and simulated results, the choice of the best probability detection while maintaining probability of false alarm is less than 0.5 is a key factor for maximizing utilization of IEEE 802.11.
Chen, Shuguang;Sun, Tingting;Yuan, Jingjing;Geng, Xiaoyan;Li, Changle;Ullah, Sana;Alnuem, Mohammed Abdullah
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.1
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pp.1-21
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2013
The release of IEEE 802.15.4e specification significantly develops IEEE 802.15.4. The most inspiring improvement is the enhancement for medium access control (MAC) sublayer. To study the performance of IEEE 802.15.4e MAC, in this paper we first present an overview of IEEE 802.15.4e and introduce three MAC mechanisms in IEEE 802.15.4e. And the major concern here is the Time Slotted Channel Hopping (TSCH) mode that provides deterministic access and increases network capacity. Then a detailed analytical Markov chain model for TSCH carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA-CA) is presented. Expressions which cover most of the crucial issues in performance analysis such as the packet loss rate, energy consumption, normalized throughput, and average access delay are presented. Finally the performance evaluation for the TSCH mode is given and we make a comprehensive comparison with unslotted CSMA-CA in non-beacon enabled mode of IEEE 802.15.4. It can validate IEEE 802.15.4e network can provide low energy consumption, deterministic access and increase network capacity.
Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society
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v.28
no.2
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pp.75-89
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2003
Media Access Control (MAC) Protocol in IEEE 802.11 Wireless LAN standard supports two types of services, synchronous and asynchronous. Synchronous real-time traffic is served by Point Coordination Function (PCF) that implements polling access method. Asynchronous nonreal-time traffic is provided by Distributed Coordination Function (DCF) based on Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) protocol. Since real-time traffic is sensitive to delay, and nonreal-time traffic to error and throughput, proper traffic scheduling algorithm needs to be designed. But it is known that the standard IEEE 802.11 scheme is insufficient to serve real-time traffic. In this paper, real-time traffic scheduling and admission control algorithm is proposed. To satisfy the deadline violation probability of the real time traffic the downlink traffic is scheduled before the uplink by Earliest Due Date (EDD) rule. Admission of real-time connection is controlled to satisfy the minimum throughput of nonreal-time traffic which is estimated by exponential smoothing. Simulation is performed to have proper system capacity that satisfies the Quality of Service (QoS) requirement. Tradeoff between real-time and nonreal-time stations is demonstrated. The admission control and the EDD with downlink-first scheduling are illustrated to be effective for the real-time traffic in the wireless LAN.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.4B
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pp.391-398
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2011
In this paper, we propose a MAC protocol for visible light wireless LAN using LED light. The proposed MAC protocol has a function of automatic direction optimization for LED transceiver. There is periodical time slot for broadcasting and registration in the proposed MAC protocol. We used polling method for data transfer in the protocol since visible light is hard to detect carrier and collision by other mobile stations; thus we cannot use CSMA/CD method in visible light LAN. We also amended the MAC frame of IEEE 802.11 to propose a revised version for visible light wireless LAN using LED light. We investigate the performance of the proposed MAC protocol. When the bit rate of physical layer is 100 Mb/s, the net data throughput using the proposed MAC protocol is estimated to 94.386 Mb/s.
IEEE 802.11e EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)는 4개의 AC(Access Category)를 이용하여 트래픽에 따른 우선순위를 부여하고 QoS(Quality of Service)를 제공하기 위해 표준화되었다. EDCA는 이진 백오프 알고리즘을 갖는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방법을 이용한다. EDCA에서 패킷 전송에 실패할 경우 경쟁 윈도우 값은 두 배씩 증가 되고, 성공할 경우에는 최소 경쟁 윈도우 값으로 초기화된다. 따라서 경쟁 윈도우 값이 최적의 값을 유지하지 못해 많은 패킷 충돌을 야기하여 네트워크 성능을 감소시킨다. 이 문제를 해결하기 위해 기존에 제안된 논문에서는 패킷 전송 성공 후 경쟁 윈도우 값을 최소 경쟁 윈도우 값이 아닌 채널 혼잡 정도에 따라 계산된 값으로 설정한다. 그러나 이 방법은 트래픽 종류와 상관없이 같은 방법으로 동작하기 때문에 트래픽 종류에 따른 차별적 QoS를 보장하지 않는다. 또한 계산된 경쟁 윈도우 값은 현재 값에 비해 상대적으로 낮은 값을 갖기 때문에 여전히 높은 충돌율을 갖는다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 새로운 프로토콜을 제안한다. 제안된 방법에서는 네트워크의 혼잡 정도를 잘 반영하기 위한 새로운 경쟁 윈도우 계산 알고리즘을 제시한다. 또한 제안된 알고리즘은 트래픽 종류에 따른 QoS 보장을 위해 트래픽 종류에 따른 차별화 파라미터를 이용한다.
IEEE 802.11 무선 랜은 단말들 간의 채널을 공유하기 위해 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 기반의 DCF(Distributed Coordination Function) 프로토콜을 제공한다. DCF는 네트워크상의 단말수가 증가할수록 충돌 확률이 증가하여 전체적인 성능 감소를 야기한다. 이는 네트워크에 있는 모든 단말이 동시에 채널 경쟁을 하기 때문이다. 충돌 확률을 줄이고 성능을 향상시키기 위해 단말을 여러 그룹으로 나누고 각 그룹에 속하는 단말들간 채널 경쟁을 수행하는 가상 그룹 방법이 제안되었다. 그러나 가상 그룹 방법은 각 단말이 독립적으로 그룹 수를 결정하고 자신이 어느 그룹에 속해 동작할지 결정한다. 따라서 단말마다 서로 그룹 수가 다를 수 있고 단말이 하나도 포함되지 않은 그룹이 존재할 수 있다. 즉, 가상 그룹 방법은 단말간 공평성 문제가 있고 오동작 가능성이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 비지톤과 타이머를 이용하여 단말간 동기화를 맞춰 그룹 수 및 자신의 그룹 번호를 독립적으로 결정하는 방법을 제안한다. 그룹 수는 현재 채널 경쟁 수준을 고려하여 결정한다. 단말들의 그룹화를 통해 충돌확률을 줄이고 네트워크 성능을 향상시킨다.
Cognitive radio (CR) has emerged as one of effective methods to enhance the utilization of existing radio spectrum. Main principle of CR is that secondary users (SUs) are allowed to use the spectrum unused by primary users (PUs) without interfering PU's transmissions. In this paper, PUs operate on a slot-by-slot basis and SUs try to exploit the slots unused by PUs. We propose OSA protocols in the single channel and we propose an opportunistic spectrum access (OSA) protocols in the multi-channel cognitive radio networks with one control channel and several licensed channels where a slot is divided into contention phase and transmission phase. A slot is divided into reporting phase, contention phase and transmission phase. The reporting phase plays a role of finding idle channels unused by PUs and the contention phase plays a role of selecting a SU who will send packets in the data transmission phase. One SU is selected by carrier sense multiple access / collision avoidance (CSMA/CA) with request to send / clear to send (RTS/CTS) mechanism on control channel and the SU is allowed to occupy all remaining part of all idle channels during the current slot. For mathematical analysis, first we deal with the single-channel case and we model the proposed OSA media access control (MAC) protocol by three-dimensional discrete time Markov chain (DTMC) whose one-step transition probability matrix has a special structure so as to apply the censored Markov chain method to obtain the steady state distribution.We obtain the throughput and the distribution of access delay. Next we deal with the multi-channel case and obtain the throughput and the distribution of access delay by using results of single-channel case. In numerical results, our mathematical analysis is verified by simulations and we give numerical results on throughput and access delay of the proposed MAC protocol. Finally, we find the maximum allowable number of SUs satisfying the requirements on throughput and access delay.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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