Multi-hop cellular networks (MCNs), which reduce the transmit power, mitigate the inter-cell interference, and improve the system performance, have been widely studied nowadays. The relay selection scheme is a key technique that achieves these advantages, and inappropriate relay selection causes frequent relay switchings, which deteriorates the overall performance. In this study, we analyze the conditions for relay switching in MCNs and obtain the expressions for the relay switching rate and relay activation time. Two mobile-based relay selection schemes are proposed on the basis of this analysis. These schemes select the relay node with the longest relay activation time and minimal relay switching rate through mobility prediction of the mobile node requiring relay and available relay nodes. We compare the system performances via simulation and analyze the impact of various parameters on the system performance. The results show that the two proposed schemes can obtain a lower relay switching rate and longer relay activation time when there is no reduction in the system throughput as compared with the existing schemes.
We study relay selection in decode-and-forward (DF)-based relay networks consisting of a source, a destination, an eavesdropper, and multiple relays, where each terminal has a single antenna and operates in a half-duplex mode. In these networks, it is desirable to protect the confidential message from the source to the destination against the eavesdropper with the help of a single selected relay. Specifically, we begin by investigating DF-based networks for the scenario instantaneous signal-to-noise ratios (SNRs) related to the eavesdropper are available. For the scenario, we propose relay selection to maximize the secrecy rate of DF-based networks with and without direct-paths, and we derive the exact secrecy outage probabilities in closed-form.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.10
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pp.3945-3964
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2015
Since the decentralized structure and the blindness of a large-scale wireless network make it difficult to collect the real-time channel state or other information from random distributed relays, a fundamental question is whether it is feasible to perform the relay selection without this knowledge. In this paper, a Slotted ALOHA based Greedy Relay Selection (SAGRS) scheme is presented. The proposed scheme allows the relays satisfying the user's minimum transmission request to compete for selection by randomly accessing the channel through the slotted ALOHA protocol without the need for the information collection procedure. Moreover, a greedy selection mechanism is introduced with which a user can wait for an even better relay when a suitable one is successfully stored. The optimal access probability of a relay is determined through the utilization of the available relay region, a geographical region consisting of all the relays that satisfy the minimum transmission demand of the user. The average number of the selection slots and the failure probability of the scheme are analyzed in this paper. By simulations, the validation and the effectiveness of the SAGRS scheme are confirmed. With a balance between the selection slots and the instantaneous rate of the selected relay, the proposed scheme outperforms other random access selection schemes.
Gao, Hongyuan;Zhang, Shibo;Du, Yanan;Wang, Yu;Diao, Ming
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.7
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pp.3501-3523
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2017
It is a classical integer optimization difficulty to design an optimal selection scheme in cooperative relay networks considering co-channel interference (CCI). In this paper, we solve single-objective and multi-objective relay selection problem. For the single-objective relay selection problem, in order to attain optimal system performance of cooperative relay network, a novel quantum differential evolutionary algorithm (QDEA) is proposed to resolve the optimization difficulty of optimal relay selection, and the proposed optimal relay selection scheme is called as optimal relay selection based on quantum differential evolutionary algorithm (QDEA). The proposed QDEA combines the advantages of quantum computing theory and differential evolutionary algorithm (DEA) to improve exploring and exploiting potency of DEA. So QDEA has the capability to find the optimal relay selection scheme in cooperative relay networks. For the multi-objective relay selection problem, we propose a novel non-dominated sorting quantum differential evolutionary algorithm (NSQDEA) to solve the relay selection problem which considers two objectives. Simulation results indicate that the proposed relay selection scheme based on QDEA is superior to other intelligent relay selection schemes based on differential evolutionary algorithm, artificial bee colony optimization and quantum bee colony optimization in terms of convergence speed and accuracy for the single-objective relay selection problem. Meanwhile, the simulation results also show that the proposed relay selection scheme based on NSQDEA has a good performance on multi-objective relay selection.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.5
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pp.2047-2066
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2016
In this paper, we investigate joint power allocation and relay selection (PARS) schemes in non-orthogonal cooperative protocol (NOCP) based cognitive relay networks. Generally, NOCP outperforms the orthogonal cooperative protocol (OCP), since it can provide more transmit diversity. However, most existing PARS schemes in cognitive relay networks focus on OCP, which are not suitable for NOCP. In the context of NOCP, we first derive the joint constraints of transmit power limit for secondary user (SU) and interference constraint for primary user (PU). Then we formulate optimization problems under the aforementioned constraints to maximize the capacity of SU in amplify-and-forward (AF) and decode-and-forward (DF) modes, respectively. Correspondingly, we derive the closed form solutions with respect to different parameters. Numerical results are provided to verify the performance improvement of the proposed PARS schemes.
In this paper, we propose a packet scheduling algorithm for cellular relay networks by considering relay selection, variation of channel quality, and packet delay. In the networks, mobile users are equipped with not only cellular but also user relaying radio interfaces, where base station exploits adaptive high speed downlink channel. Our proposed algorithm selects a user with good cellular channel condition as a relay station for other users with bad cellular channel condition but can get access to relay link with good quality. This can achieve flexible packet scheduling by adjusting transmission rates of cellular link. Packets are scheduled for transmission depending on scheduling indexes which are calculated based on user's achieved transmission rate, packet utility, and proportional fairness of their throughput. The performance results obtained by using computer simulation show that the proposed scheduling algorithm is able to achieve high network capacity, low packet loss, and good fairness in terms of received throughput of mobile users.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.25
no.1
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pp.65-71
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2022
In this paper, we propose an opportunistic data relay scheme in narrowband multihop combat radio networks. Narrowband networks have physical restrictions on high-speed transmission. Furthermore, the topology changes dynamically due to the jamming of the enemy, signal interference between friendly forces, and movement of network entities. Therefore, the traditional relay scheme that collects topology information and calculates a relay path before transmission is unsuitable for such networks. Our proposed scheme does not collect topology information and transmits data opportunistically. The scheme can cause unnecessary data relaying that is not related to data delivery to the destination node. However, for small networks, the effect of increasing network throughput by not gathering topology information is much greater than the effect of reducing throughput by unnecessary data relays. We demonstrate the performance superiority of the proposed scheme through simulation in the worst case of network topology.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.26
no.1
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pp.103-110
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2021
In this paper, we compare two access control mechanisms for D2D(Device-to-Device) systems in 5G wireless networks and propose an effective access control for 5G D2D networks. Currently, there is no specified access control for 5G D2D networks but there can be two access control approaches for 5G D2D networks. One is the UE-to-Network Relay based access control and the other is the Remote UE(User Equipment) based access control. The former is a UE-to-Network Relay carries out the access control check for 5G D2D networks but the latter is a Remote UE performs the access control check for 5G D2D networks. Through simulation and evaluation, we finally propose the Remote UE based access control for D2D systems in 5G wireless networks. The proposed approach minimizes signalling overhead between the UE-to-Network Relay and the Remote UE and more efficiently performs the access control check, when the access control functionalities are different from the UE-to-Network Relay in 5G D2D networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.2
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pp.389-405
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2014
Outdated Channel State Information (CSI) was proved to have negative effect on performance in two-way relay networks. The diversity order of widely used opportunistic relay selection (ORS) was degraded to unity in networks with outdated CSI. This paper proposed a multiple relay selection scheme for amplify-and-forward (AF) based two-way relay networks (TWRN) with outdated CSI. In this scheme, two sources exchange information through more than one relays. We firstly select N best relays out of all candidate relays with respect to signal-noise ratio (SNR). Then, the ratios of the SNRs on the rest of the candidate relays to that of the Nth highest SNR are tested against a normalized threshold ${\mu}{\in}[0,1]$, and only those relays passing this test are selected in addition to the N best relays. Expressions of outage probability, average bit error rate (BER) and ergodic channel capacity were obtained in closed-form for the proposed scheme. Numerical results and Simulations verified our theoretical analyses, and showed that the proposed scheme had significant gains comparing with conventional ORS.
Multi-hop relay networks have been widely considered as a promising solution to extend the coverage area and to reduce the deployment cost by deploying the relay stations (RSs) in mobile communication systems. Suitable deployment for the RSs is one of the most important features of the demand nodes (DNs) to obtain a high data transmission rate in such systems. Considering a tradeoff among the network throughput, the deployment budget, and the overall coverage of the systems, efficient RS deployment schemes and corresponding algorithms must be developed and designed. A novel cluster-based RS deployment scheme is proposed in this paper to select the appropriate deployment locations for the relay stations from the candidate positions. To make an ideal cluster distribution, the distances between the DNs are calculated when deploying the RSs. We take into account the traffic demands and adopt a uniform cluster concept to reduce the data transmission distances of the DNs. On the basis of the different candidate positions, the proposed scheme makes an adaptive decision for selecting the deployment sites of the RSs. A better network throughput and coverage ratio can be obtained by balancing the network load among the clusters. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the previously known schemes in terms of the network throughput and the coverage ratio. Additionally, a suitable deployment budget can be implemented in multi-hop relay networks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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