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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.9
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pp.4166-4182
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2018
We consider the Device-to-Device (D2D) communications in cellular networks where each cellular user (CU) shares the same resource with multiple D2D users (DUs). In this paper, we aim to maximize the energy efficiency (EE) of the D2D networks, subject to an interference constraint required by the CU. Since the cellular and D2D communications belong to different networks, we consider to incentivize base station (BS) while assisting the DUs. To this end, we propose a Stackelberg game based interference pricing framework for the considered D2D communications in cellular networks. Unlike most of the existing methods, we use interference pricing framework to jointly address the EE resource allocation problem and the interference management in our networks rather than only improve the EE of the DUs or protect cellular networks. In particular, BS and all the users do not need all channel state information, which is more realistic in practice. In addition, two different pricing strategies are also proposed. Based on the two strategies, we analyze the equilibrium of the game. Moreover, in the first strategy, the upper and lower boundaries of the interference price are obtained. The closed-form expression is gained with a backward induction for the second strategy. Both offer valuable insights to the considered scenarios. Finally, compared with the existing work, the EE of the D2D communications is significantly improved. The advantageous performance of our scheme are demonstrated by the simulation results.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1082-1089
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2011
Most engineered systems are designed with high levels of system redundancies to satisfy required reliability requirements under adverse events, resulting in high systems' LCCs (Life-Cycle Costs). Recent years have seen a surge of interest and tremendous advance in PHM (Prognostics and Health Management) methods that detect, diagnose, and predict the effects of adverse events. The PHM methods enable proactive maintenance decisions, giving rise to adaptive reliability. In this paper, we present a RAP (Resilience Allocation Problem) whose goal is to allocate reliability and PHM efficiency to components in an engineering context. The optimally allocated reliability and PHM efficiency levels serve as the design specifications for the system RBDO (Reliability-Based Design Optimization) and the system PHM design, which can be used to derive the detailed design of components and PHM units. The RAP is demonstrated using a simplified aircraft control actuator design problem resulting in a highly resilient actuator with optimally allocated reliability, PHM efficiency and redundancy for the given parameter settings.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.11
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pp.5209-5228
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2016
Device-to-device (D2D) communication underlaying cellular networks can bring significate benefits for improving the performance of mobile services. However, it hinges on elaborate resource sharing scheme to coordinate interference between cellular users and D2D pairs. We formulate a joint mode selection, link allocation and power control optimization problem for D2D communication sharing uplink resources in a multi-user cellular network and consider the efficiency and the fairness simultaneously. Due to the non-convex difficulty, we propose a three-step scheme: firstly, we conduct mode selection for D2D pairs based on a minimum distance metric after an admission control and obtain some cellular candidates for them. And then, a cellular candidate will be paired to each D2D pair based on fairness. Finally, we use Lagrangian Algorithm to formulate a joint power control strategy for D2D pairs and their reused cellular users and a closed-form of solution is derived. Simulation results demonstrate that our proposed algorithms converge in a short time. Moreover, both the sum rate of D2D pairs and the energy efficiency of cellular users are improved.
An integrated multi-beam satellite and multi-cell terrestrial system is an attractive means for highly efficient communication due to the fact that the two components (satellite and terrestrial) make the most of each other's resources. In this paper, a terrestrial component reuses a satellite's resources under the control of the satellite's network management system. This allows the resource allocation for the satellite and terrestrial components to be coordinated to optimize spectral efficiency and increase overall system capacity. In such a system, the satellite resources reused in the terrestrial component may bring about severe interference, which is one of the main factors affecting system capacity. Under this consideration, the objective of this paper is to achieve an optimized resource allocation in both components in such a way as to minimize any resulting inter-component interference. The objective of the proposed scheme is to mitigate this inter-component interference by optimizing the total transmission power - the result of which can lead to an increase in capacity. The simulation results in this paper illustrate that the proposed scheme affords a more energy-efficient system to be implemented, compared to a conventional power management scheme, by allocating the bandwidth uniformly regardless of the amount of interference or traffic demand.
The key concept of NOMA among 5G network technologies is to set the power allocation coefficient for each node. In this study, we implemented the algorithm that calculates the uplink/downlink power allocation coefficients which is the key concept of NOMA technology through analysis of minimum SNR required for successful decoding at the receiver, based on Full Duplex NOMA relay system. The performance comparison between the proposed algorithm and the existing power allocation methods is performed and the performance is confirmed in terms of ergodic sum capacity and outage probability.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.6
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pp.2527-2545
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2016
Measuring the similarity of given samples is a key problem of recognition, clustering, retrieval and related applications. A number of works, e.g. kernel method and metric learning, have been contributed to this problem. The challenge of similarity learning is to find a similarity robust to intra-class variance and simultaneously selective to inter-class characteristic. We observed that, the similarity measure can be improved if the data distribution and hidden semantic information are exploited in a more sophisticated way. In this paper, we propose a similarity learning approach for retrieval and recognition. The approach, termed as LDA-FEK, derives free energy kernel (FEK) from Latent Dirichlet Allocation (LDA). First, it trains LDA and constructs kernel using the parameters and variables of the trained model. Then, the unknown kernel parameters are learned by a discriminative learning approach. The main contributions of the proposed method are twofold: (1) the method is computationally efficient and scalable since the parameters in kernel are determined in a staged way; (2) the method exploits data distribution and semantic level hidden information by means of LDA. To evaluate the performance of LDA-FEK, we apply it for image retrieval over two data sets and for text categorization on four popular data sets. The results show the competitive performance of our method.
Environmental issues and the need to reduce energy consumption for lowering operating costs have pushed power efficiency to become one of the major issues of current research in the field of wireless networks. This paper addresses a number of multiple input multiple output (MIMO) precoding and scheduling techniques across the PHY and MAC layers that can operate under a reduced link budget and collectively improve the transmit power efficiency of a base station, while maintaining the same levels of service. Different MIMO transmission and precoding schemes proposed for LTE, achieving varying degrees of multiuser diversity in both the time, frequency as well as the space domain, are examined. Several fairness-aware resource allocation algorithms are applied to the considered MIMO schemes and a detailed analysis of the tradeoffs between power efficiency and quality of service is presented. This paper explicitly examines the performance of a system serving real-time, VoIP traffic under different traffic loading conditions and transmit power levels. It is demonstrated that by use of efficient scheduling and resource allocation techniques significant savings in terms of consumed energy can be achieved, without compromising QoS.
Thermoeconomics or exergoeconomics can be classified into the three fields of cost estimating, cost optimization, and internal cost analysis. The objective of cost estimating is to estimate each unit cost of product and allocate each cost flow of product such as electricity or hot water. The objective of optimization is to minimize the input costs of capital and energy resource or maximize the output costs of products under the given constraints. The objective of internal cost analysis is to find out the cost formation process and calculate the amount of cost flow at each state, each component, and overall system. In this study, a new thermoeconomic methodology was proposed in the three fields. The proposed methodology is very simple and obvious. That is, the equation is only each one, and there are no auxiliary equations. Any energy including enthalpy and exergy can be applied and evaluated by this equation. As a new field, the cost allocation methodology on cool air or hot air produced from an air-condition system was proposed. Extending this concept, the proposed methodology can be applied to any complex system.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.35
no.2
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pp.21-29
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2012
Person characteristics and the perception of organization climate affect on the performances associated with causes of job stress, and may induce various types of human errors. For incidence, a person's adaptation to organizational traits can influence on a person's performance with tasks assigned as well as job satisfaction, a change of occupation, etc. There are several evaluation methods such as an aptitude test to evaluate the suitability of department allocation. However, only person's traits such as an aptitude has been associated with department allocation and job assignment for the personnel management. This paper shows not only an evaluation result on the job-stress of the workers in nuclear power plants (NPPs), but also the relationships between the job-stress and the coincidences of group-personal, team-personal traits. Then, we systematically deduct a basic information on the factors to be considered to manage the organizational traits and job stress. We expect this result can contribute to enhance the organizational management against to the human errors as well as for the promotion of safety and efficiency of NPPs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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