In this paper, we study an asymmetric two-way relaying network where two source nodes intend to exchange information with the help of multiple relay nodes. A hybrid time-division broadcast relaying scheme with joint relay selection (RS) and power allocation (PA) is proposed to realize energy-efficient transmission. Our scheme is based on the asymmetric level of the two source nodes' target signal-to-noise ratio indexes to minimize the total power consumed by the relay nodes. An optimization model with joint RS and PA is studied here to guarantee hybrid relaying transmissions. Next, with the aid of our proposed intelligent optimization algorithm, which combines a genetic algorithm and a simulated annealing algorithm, the formulated optimization model can be effectively solved. Theoretical analyses and numerical results verify that our proposed hybrid relaying scheme can substantially reduce the total power consumption of relays under a traffic asymmetric scenario; meanwhile, the proposed intelligent optimization algorithm can eventually converge to a better solution.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.6
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pp.2094-2114
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2022
Due to the wide application of fifth generation communication, wireless sensor networks have become an indispensable part in our daily life. In this paper, we analyze physical layer security for two-way relay with energy harvesting (EH), where power splitter is considered at relay. And two kinds of combined methods, i.e., selection combining (SC) and maximum ratio combining (MRC) schemes, are employed at eavesdropper. What's more, the closed-form expressions for security performance are derived. For comparison purposes, this security behaviors for orthogonal multiple access (OMA) networks are also investigated. To gain deeper insights, the end-to-end throughput and approximate derivations of secrecy outage probability (SOP) under the high signal-to-noise ratio (SNR) regime are studied. Practical Monte-Carlo simulative results verify the numerical analysis and indicate that: i) The secure performance of SC scheme is superior to MRC scheme because of being applied on eavesdropper; ii) The secure behaviors can be affected by various parameters like power allocation coefficients, transmission rate, etc; iii) In the low and medium SNR region, the security and channel capacity are higher for cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) systems in contrast with OMA systems; iv) The systematic throughput can be improved by changing the energy conversion efficiency and power splitting factor. The purpose of this study is to provide theoretical direction and design of secure communication.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.11
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pp.5322-5342
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2016
In vehicle-to-vehicle (V2V) networks, where selfishness degrades node activity, countermeasures for collaboration enforcement must be provided to enable application of a sage and efficient network environment. Because vehicular networks feature both high mobility and various topologies, selfish behavior judgment and establishment of a stable routing protocol become intensely challenging. In this paper, a two-phase-based generous cooperative routing protocol (called GEC) is presented for V2V networks to provide resistance to selfishness. To detect selfish behaving vehicles, a packet forwarding watchdog and an average connection rate based on the multipath weight method are used, where evidence is gathered from different watchdogs. Then, multihop relay decisions are made using a generous cooperative algorithm based on game theory. Finally, through buffering of the multiple end-to-end paths and judicious choice of optimal cooperative routes, route maintenance phase is capable of dealing with congestion and rapidly exchanging traffic. Specifically, it is proved that the GEC is theoretically subgame perfect. Simulation results show that for V2V networks with inherently selfish nodes, the proposed method isolates uncooperative vehicles and is capable of accommodating both the mobility and congestion circumstances by facilitating information dissemination and reducing end-to-end delay.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.7C
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pp.435-442
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2011
The MIMO has weak points such as size and cost of systems and the complexity of hardware augment. Thus, the cooperative transmission techniques have been recently discussed briskly and it also solves problems by increase of shadowy area. However, limited cooperation scheme is utilized due to a single-antenna at the destination. The base station is simply equipped with multiple antennas. When the base station has multiple antennas, cooperative diversity and multiplexing schemes can be easily applied in the base station. To guarantee reliability with high throughput, a cooperative hybrid cyclic relay diversity transmission scheme is proposed which can use an arbitrary number of relays without rate loss and a modification of the base station. The presented results show that the proposed schemes can be effectively applied to the existing various MIMO-OFDM communication system.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.34
no.11A
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pp.815-821
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2009
In this paper, we propose a new type of mutually cooperative relaying (MCR) scheme based on a spatially coordinate-interleaved orthogonal design (SCID), in which two cooperative users are spatially multiplexed without bandwidth expansion. It provides not only diversity gain (with order of two) as in the existing MCR scheme, but also additional coding gain. Our simulation results demonstrate that the proposed SCID scheme is useful for improving the uplink performance as long as one user can find another active user as a close neighbor that is simultaneously communicating with the same destination, e.g., a base station in the cellular network.
In this paper, we propose the opportunistic non-orthogonal multiple access (NOMA)-based cooperative relaying system (CRS) with channel state information (CSI) available at the source, where CSI for the source-to-destination and source-to-relay links is used for opportunistic transmission. Using the CSI, for opportunistic transmission, the source instantaneously chooses between the direct transmission and the cooperative NOMA transmission. We provide an asymptotic expression for the average achievable rate of the opportunistic NOMA-based CRS under Rayleigh fading channels. We verify the asymptotic analysis through Monte Carlo simulations, and compare the average achievable rates of the opportunistic NOMA-based CRS and the conventional one for various channel powers and power allocation coefficients used for NOMA.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.8
no.2
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pp.41-46
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2008
A bandwidth and power efficient high speed ubiquitous sensor network(USN) for realizing a ubiquitous society is a great challenge for researcher community. In this paper we incorporate a cooperative transmission protocol within a special type of multi-code modulation to meet these requirements. Multi-code(Mc) modulation has been developed for high-speed data transmission over wireless channels. We proposed a new class of orthogonal codes for multi-code modulation which is an orthogonal subset of orthogonal codes(OSOC). Our proposed OSOC structure allows us to use only one relay to cooperate M nodes that effectively reduces the bandwidth and power requirement. This protocol is similar to spread-spectrum(SS) technique that can reduce both broad and narrow band jamming.
In this paper, a cooperative relaying protocol called soft-decision-and-forward (SDF) with multiple antennas in each node is introduced. SDF protocol exploits the soft decision source symbol values from the received signal at the relay node. For orthogonal transmission (OT), orthogonal codes including Alamouti code are used and for non-orthogonal transmission (NT), distributed space-time codes are designed by using a quasi-orthogonal space-time block code. The optimal maximum likelihood (ML) decoders for the proposed protocol with low decoding complexity are proposed. For OT, the ML decoders are derived as symbolwise decoders while for NT, the ML decoders are derived as pairwise decoders. It can be seen through simulations that SDF protocol outperforms AF protocol for both OT and NT.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.12
no.2
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pp.135-141
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2012
In this paper, we propose a novel cooperative routing protocol (NCRP) for wireless networks. The proposed protocol uses cooperative transmission to improve end-to-end outage probability. The broadcast nature ensures that the destination can receive a packet from the source or from the relays and if it cannot correctly decode the packet, the successful relays will start a retransmission. The NCRP protocol can skip some transmissions from the intermediate relays, thereby reducing the total power consumption. Theoretical results are derived and verified by simulation results.
The non-orthogonal multiple access (NOMA) technique offers throughput improvement to meet the demands of the future generation of wireless communication networks. The objective of this work is to further improve the throughput by including an underlay cognitive radio network with an existing multi-carrier NOMA network, using cooperative communication. The throughput is maximized by optimal resource allocation, namely, power allocation, subcarrier assignment, relay selection, user pairing, and subcarrier pairing. Optimal power allocation to the primary and secondary users is accomplished in a way that target rate constraints of the primary users are not affected. The throughput maximization is a combinatorial optimization problem, and the computational complexity increases as the number of users and/or subcarriers in the network increases. To this end, to reduce the computational complexity, a dynamic network resource allocation algorithm is proposed for combinatorial optimization. The simulation results show that the proposed network improves the throughput.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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