To complete the "anywhere" mobile service there should not be shaded areas. However, it is never economical to deploy BS's (Base Stations) in a low population density area due to the low resource utilization. We propose a design technique to install RS's(Relay Stations) which are cheaper than BS's and find the condition in which the proposed technique is acceptible. The proposed design technique aims to allocate the frequency and time resources to RS's to minimize the transmission rate degradation due to interferences between RS's as well as to maximize the parallelism in transmission. We showed by simulation that the proposed technique achieves cost benefits when the expected traffic is less than 20.32 percent of the total BS capacity. The proposed technique is compatible with the IEEE 802.16j, thus can be extended to multi-hop configuration.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.18
no.1
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pp.57-62
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2014
The benefits of infrastructure support are shown by analyzing a throughput scaling law of an erasure network in which multiple relay stations (RSs) are regularly placed. Based on suitably modeling erasure probabilities under the assumed network, we show our achievable network throughput in the hybrid erasure network. More specifically, we use two types of physical models, a exponential decay model and a polynomial decay model. Then, we analyze our achievable throughput using two existing schemes including multi-hop transmissions with and without help of RSs. Our result indicates that for both physical models, the derived throughput scaling law depends on the number of nodes and the number of RSs.
Kailas, Aravind;Thanayankizil, Lakshmi;Ingram, Mary Ann
Journal of Communications and Networks
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v.10
no.2
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pp.213-220
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2008
This paper analyzes a broadcasting technique for wireless multi-hop sensor networks that uses a form of cooperative diversity called opportunistic large arrays (OLAs). We propose a method for autonomous scheduling of the nodes, which limits the nodes that relay and saves as much as 32% of the transmit energy compared to other broadcast approaches, without requiring global positioning system (GPS), individual node addressing, or inter-node interaction. This energy-saving is a result of cross-layer interaction, in the sense that the medium access control (MAC) and routing functions are partially executed in the physical (PHY) layer. Our proposed method is called OLA with a transmission threshold (OLA-T), where a node compares its received power to a threshold to decide if it should forward. We also investigate OLA with variable threshold (OLA-VT), which optimizes the thresholds as a function of level. OLA-T and OLA-VT are compared with OLA broadcasting without a transmission threshold, each in their minimum energy configuration, using an analytical method under the orthogonal and continuum assumptions. The trade-off between the number of OLA levels (or hops) required to achieve successful network broadcast and transmission energy saved is investigated. The results based on the analytical assumptions are confirmed with Monte Carlo simulations.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.2A
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pp.134-141
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2010
In this paper, we propose a scheduling algorithm to improve the performance of IEEE 802.16 based wireless mesh networks using directional antenna. The performance is presented in terms of throughput of system and delay between each node by varying number of users. The result show that proposed scheduling algorithm improving the performance by reducing the delay of mesh network system. Our work may be useful as a guideline to control the fairness between SSs for multi-hop systems such as multi-hop relay and mesh networks.
A home healthcare system based wireless sensor network, which can continuously monitor and manage the elderly's electrocardiogram(ECG) signal at any space at home without space limit is proposed. The communication coverage of wireless network is expended by multi-hop wireless sensor network. In order to send the elderly's ECG data wirelessly, a small size ECG sensor node was designed to forward the ECG data over multi-hop relay network. The packet acquired by mobile ECG node is transmitted through wireless intermediate nodes to base station for analyzing the packet reception rate. Modified minimum cost forwarding(MMCF) protocol and flooding protocol are designed and implemented to check the transmission efficiency of a packet in a wireless sensor network. The developed MMCF protocol shows an advantage of high reception rate by reduced network traffic.
IEEE 802.16j MR networks introduce RSs (Relay Stations) within the IEEE 802.16 system in order to enhance the data throughput and extend the coverage. However, the current standardization defines that the BS (Base Station) controls MS's (Mobile Station's) handover, not only it induces the large signaling overhead but also handover latency could increase. In this paper, we propose a handover protocol in the MR networks where the high capability RSs that can process the MS's control functions are deployed. First, we classify the handover scenarios for the MR networks with the high capability RSs. Then, we define the MAC handover procedure, corresponding MAC management messages and the transmission routes for the proposed messages so that an 802.16e MS can perform seamless handover without noticing it is attached to an MR network. The simulation results show that the proposed handover protocol not only reduces the MAC management message overhead transferred through the wireless links compared to IEEE 802.16j/D1, which is the current standard for MR networks, but also performs the rapider and more secure MS handover than IEEE 802.16e and IEEE 802.16j/D1.
Kim, San-Hae;Yang, Mo-Chan;Lee, Je-Yeon;Shin, Yo-An
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.35
no.6A
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pp.555-567
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2010
Unlike single-hop systems, multi-hop systems that use relay nodes assign a part of the overall resources to relay communications. If efficient resource allocation schemes are not adopted, this leads to a loss of resources. Moreover, because we may not be able to guarantee high-link performance due to the adjacent-cell interference in relay-based cellular systems, resource efficiency can be severely decreased. In this paper, we propose efficient resource allocation schemes for downlink relay-based networks in 3GPP (3rd Generation Partnership Project) LTE (Long Term Evolution)-Advanced systems. Unlike conventional schemes that have static resource regions for each data link, the proposed schemes dynamically allocate the resources of each link to resource blocks, by considering the channel state and the capacity of each link. We also propose resource overlapping schemes in which two different links overlap at the same resource region, so as to improve cell or user throughput performance. The proposed resource overlapping schemes do not require additional processes such as interference cancellation in users, thank to considering additional interference from resource overlapping in advance.
If a certain relay node in multi-hop wireless networks might become a malicious node that does not cooperate with other nodes or a selfish node, network throughput will be dramatically decreased. Most of existing ad hoc routing protocols assuming that the nodes will fully cooperate with other nodes do not resolve the problem of network performance degradation due to malicious and selfish nodes. This paper presents the CARE (Cooperative Ad hoc routing protocol based REputation) scheme incorporating the reputation management that can achieve a multi-hop wireless network with high throughput performance. The proposed scheme provides the horizontal cross-layer approach which can identify misbehaving malicious, selfish nodes dropped out of the hop-by-hop based packet processing in the network and then set up an optimal packet routing path that will detour misbehaving nodes. And the vertical cross-layer approach contained in the CARE scheme attempts to improve the quality of routing paths by exploiting the quality of link information received from the MAC layer. Besides, it provides high TCP throughput by exploiting the reputation values of nodes acquired from the network layer into the transport layer. A case study on experiments and simulations shows that the CARE scheme incorporating vertical and horizontal cross-layer approaches yields better performance in terms of the low rate of packet loss, fast average packet delivery time, and high TCP throughput between end-to-end nodes.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.6A
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pp.506-514
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2009
To minimize energy consumption, most of MAC Protocols in WSNs exploit low duty cycling. Among those, RMAC [4] allows a node to transmit a data packet for multiple hops in a single duty cycle, which is made possible by exploiting a control frame named Pioneer (PION) in setting up the path. In this paper, we present a MAC Protocol called Hop Extended MAC (HE-MAC) that transmits the data packet for more multiple hops in a single duty cycle. It employs an EXP (Explorer) frame to set up the multiple hop transmission, which contains the information of the maximum hop that a packet can be transmitted. With the use of the information in EXP and an internal state of Ready to Receive (RTR), HEMAC extends the relay of the packet beyond the termination of the data period by two more hops compared to RMAC. Along with our proposed adaptive sleeping method, it also reduces power consumption and handles heavy traffic efficiently without experiencing packet inversion observed in RMAC. We analytically obtain the packet delivery latency in HE-MAC and evaluate the performance through ns-2 simulations. Compared to RMAC, HE-MAC achieves 14% less power consumption and 20% less packet delay on average for a random topology of 300 nodes.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea CI
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v.44
no.3
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pp.37-42
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2007
This paper reconsiders established power conservation models for ubiquitous sensor networks that use relay nodes instead of direct communication and proposes novel network power consumption model with consideration of the channel level and radio chip level simultaneously. We estimate the effect of minimum hop-count policy in terms of network power consumption through simulation of various situations for low power RF module CC2420. It is observed that maximum RF power and minimum hop-count results in lower energy consumption relatively. Also, in total network energy consumption, which is included re-transmission, minimum hop count policy presents decrease by 33.1% of energy consumption in compare with the conventional model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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