KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.9
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pp.2323-2340
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2012
Recent advances in cognitive radio technology have drawn immense attention to higher layer protocols above medium access control, such as transmission control protocol (TCP). Most proposals to improve the TCP performance in cognitive radio (CR) networks have assumed that either all nodes are in CR networks or the TCP sender side is in CR links. In those proposals, lower layer information such as the CR link status could be easily exploited to adjust the congestion window and improve throughput. In this paper, we consider a TCP network in which the TCP sender is located remotely over the Internet while the TCP receiver is connected by a CR link. This topology is more realistic than the earlier proposals, but the lower layer information cannot be exploited. Under this assumption, we propose an enhanced TCP protocol for CR networks called TCP for cognitive radio (TCP-CR) to improve the existing TCP by (1) detection of primary user (PU) interference by a remote sender without support from lower layers, (2) delayed congestion control (DCC) based on PU detection when the retransmission timeout (RTO) expires, and (3) exploitation of two separate scales of the congestion window adapted for PU activity. Performance evaluation demonstrated that the proposed TCP-CR achieves up to 255% improvement of the end-to-end throughput. Furthermore, we verified that the proposed TCP does not deteriorate the fairness of existing TCP flows and does not cause congestions.
Spectrum leasing for cognitive radio (CR) networks is an effective way to improve the spectrum utilization. This paper presents an opportunistic relaying based spectrum leasing for CR networks where the primary users lease their frequency band to the cognitive users. The cognitive users act as relays for the primary users to improve the channel capacity, and this improved capacity is used for the transmission of secondary users' data. We show that the cognitive users can use a significant portion of the communication resource of primary networks while maintaining a fixed target data rate for the primary users. Moreover, the primary network is also benefited by the cooperating cognitive users in terms of outage probability. Information theoretic analysis and simulation results are presented to evaluate the performances of both primary and cognitive networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.3
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pp.1333-1343
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2016
Spectrum sharing in centrally controlled cognitive radio (CR) networks has been widely studied, however, research on channel access for distributively controlled individual cognitive users has not been fully characterized. This paper conducts an analysis of random channel access of cognitive users controlled in a distributed manner in a CR network. Based on the proposed estimation method, each cognitive user can estimate the current channel condition by using its own Markov-chain model and can compute its own blocking probability, collision probability, and forced termination probability. Using the proposed scheme, CR with distributed control (CR-DC), CR devices can make self-controlled decisions based on the status estimations to adaptively control its system parameters to communicate better.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.11
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pp.1976-1996
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2011
Cognitive radio (CR) MAC protocol provides access control of unused spectrum resources without causing interference to primary users. To achieve this goal, in this paper a TDMA based cooperative multi-channel cognitive radio MAC (MCR-MAC) protocol is proposed for wireless ad hoc networks to provide reliable protection for primary users by achieving cooperative detection of incumbent system signals around the communication pair. Each CR node maintains transmission opportunity schedules and a list of available channels that is employed in the neighbor discovery period. To avoid possible signal collision between incumbent systems and cognitive radio ad hoc users, we propose a simple but efficient emergency notification message exchanging mechanism between neighbor CR nodes with little overhead. Our simulation results show that the proposed MCR-MAC can greatly reduce interference with primary users and remarkably improve the network throughput.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.9
no.6
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pp.353-360
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2014
In cognitive radio networks (CRNs), SU (secondary user)'s transmissions are frequently disrupted by PU (primary user)'s transmission. Therefore SU expereiences consecutive retransmission timeout and its exponential backoff, and subsequently, the TCP of SU does not proceed with the transmission even after the disruption is over or the SU succeeds to hold an idle channel. In order to solve this problem, we propose a cross-layer approach called TCP-Freeze-CR. Moreover we consider a practical scenario where either secondary transmitter (ST) or secondary receiver (SR) detects PU's transmission, which results in the need of spectrum synchronization mechanism. All of our proposals are implemented and verified with a real CRN testbed consisting of 6 software radios called USRP. The experimental results illustrate that standard TCP suffers from significant performance degradation and show that TCP-Freeze-CR greatly mitigates the degradation.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.6A
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pp.484-493
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2009
For the flexible frequency utilization, cognitive radio technique has been prominently considered. The most important requirement in cognitive radio networks is to protect the communications of primary users. Spectrum sensing task by secondary users should be seriously considered in cognitive radio networks, since the spectrum sensing process makes their current quality of service worse. In this paper, we propose the channel sensing scheduling method that keeps the requirements for protecting the primary and guarantee the secondary user's quality of service as possible. The quality of service of secondary user is analyzed in terms of packet delay and loss while the protection-requirements in terms of sensing interval and sensing time predefined. In numerical analysis, we can get appropriate parameters which guarantee QoS in various environment. And simulation results show that this method can improve the performance, delay and the number of transmitted packets against consecutive sensing method.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.9
no.2
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pp.166-171
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2011
This paper investigates the design issues of spectrum sensing in the cognitive radio (CR) networks of opportunistic unlicensed spectrum access. The cognitive radios can perform a communication using the incumbent user spectrum band without the interference caused by the cognitive radio users. In this case, the cognitive radios must know the real-time radio environments of the incumbent user spectrum band using the spectrum sensing, beacon signal, and geo-location database access. Then in this paper, we are going to provide spectrum sensing issues which include the sensing techniques, the regulatory requirements, the analysis of DTV detection threshold, and main considerations associated with the spectrum sensing design in cognitive radio systems. Also, this paper introduces design trade-offs in order to optimize the sensing parameters such as sensing time and sensing complexity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.1
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pp.18-34
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2014
It is widely believed that cognitive radio (CR) networks have an opportunistic nature and therefore can only support best-effort traffics without quality-of-service (QoS) guarantees. In this paper, we propose a centralized CR network that adopts interference averaging techniques to support QoS guaranteed traffics under interference outage constraints. In such a CR network, a CR user adaptively adjusts its transmit power to compensate for the channel loss, thereby keeping the receive signal power at the CR base station (BS) at a constant level. The closed-form system capacity of such a CR network is analyzed and derived for a single cell with one CR BS and multiple CR users, taking into account various key factors such as interference outage constraints, channel fading, cell radius, and locations of primary users. The accuracy of the theoretical results is validated by Monte Carlo simulations. Numerical and simulation results show promising capacity potential for deploying QoS-guaranteed CR networks in frequency bands with fixed primary receivers. Our work can provide theoretical guidelines for the strategic planning of centralized CR networks.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.4
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pp.629-631
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2012
In Cognitive Radio network, spectrum selection scheme is one of a important part to manage idle spectrums efficiently. However, in CR networks, they have to adopt time-varying channel availability to minimize the interference to primary users (PU), and be able to manage spectrum resources efficiently. In this paper, we proposed a modified PF scheduler which can be appropriate to schedule downlink CR users and channels, by considering the fairness and the throughput as well as the primary user characteristics of each channel.
Han, Longzhe;Nguyen, Dinh Han;Kang, Seung-Seok;In, Hoh Peter
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.11
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pp.3775-3788
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2014
With the increasing number of the wireless and mobile networks, the way that people use the Internet has changed substantively. Wireless multimedia services, such as wireless video streaming, mobile video game, and mobile voice over IP, will become the main applications of the future wireless Internet. To accommodate the growing volume of wireless data traffic and multimedia services, cognitive radio (CR) and Information-Centric Network (ICN) have been proposed to maximize the utilization of wireless spectrum and improve the network performance. Although CR and ICN have high potential significance for the future wireless Internet, few studies have been conducted on collaborative operations of CR and ICN. Due to the lack of infrastructure support in multi-hop ad hoc CR networks, the problem is more challenging for video streaming services. In this paper, we propose a Cross-layer Video Streaming Mechanism (CLISM) for Cognitive Radio Ad Hoc Information Centric Networks (CRAH-ICNs). The CLISM included two distributed schemes which are designed for the forwarding nodes and receiving nodes in CRAH-ICNs. With the cross-layer approach, the CLISM is able to self-adapt the variation of the link conditions without the central network controller. Experimental results demonstrate that the proposed CLISM efficiently adjust video transmission policy under various network conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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