Cooperative diversity protocols have attracted a great deal of attention since they are thought to be capable of providing diversity multiplexing tradeoff among single antenna wireless devices. In the high signal-to-noise ratio (SNR) region, cooperation is rarely required; hence, the spectral efficiency of the cooperative protocol can be improved by applying a proper cooperation selection technique. In this paper, we present a simple "cooperation selection" technique based on instantaneous channel measurement to improve the spectral efficiency of cooperative protocols. We show that the same instantaneous channel measurement can also be used for relay selection. In this paper two protocols are proposed-proactive and reactive; the selection of one of these protocols depends on whether the decision of cooperation selection is made before or after the transmission of the source. These protocols can successfully select cooperation along with the best relay from a set of available M relays. If the instantaneous source-to-destination channel is strong enough to support the system requirements, then the source simply transmits to the destination as a noncooperative direct transmission; otherwise, a cooperative transmission with the help of the selected best relay is chosen by the system. Analysis and simulation results show that these protocols can achieve higher order diversity with improved spectral efficiency, i.e., a higher diversity-multiplexing tradeoff in a slow-fading environment.
Traffic grooming, in which low-rate circuits are multiplexed onto wavelengths, with the goal of minimizing the number of add-drop multiplexers (ADMs) and wavelengths has received much research attention from the optical networking community in recent years. While previous work has considered various traffic models and network architectures, protection requirements of the circuits have not been considered. In this paper, we consider survivable traffic grooming, or grooming traffic which contains a mix of circuits that need protection and that do not need protection. We assume a unidirectional ring network with all-to-all symmetric traffic with $t\geq1$ circuits between each node pair, of which s require protection. As it turns out, survivable traffic grooming presents a significant tradeoff between the number of wavelengths and the number of ADMs, which is almost non-existent in non-survivable traffic grooming for this type of traffic. We explore this tradeoff for some specific cases in this paper. We also present some new results and solution methods for solving certain non-survivable traffic grooming problems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.8
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pp.3542-3566
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2018
In this paper, we investigate a buffer-aided wireless powered cooperative communication network (WPCCN), in which the source and relay harvest the energy from a dedicated power beacon via wireless energy transfer, then the source transmits the data to the destination through the relay. Both the source and relay are equipped with an energy buffer to store the harvested energy in the energy transfer stage. In addition, the relay is equipped with a data buffer and can temporarily store the received information. Considering the buffer-aided WPCCN, we propose two buffer-aided relaying protocols, which named as the buffer-aided harvest-then-transmit (HtT) protocol and the buffer-aided joint mode selection and power allocation (JMSPA) protocol, respectively. For the buffer-aided HtT protocol, the time-averaged achievable rate is obtained in closed form. For the buffer-aided JMSPA protocol, the optimal adaptive mode selection scheme and power allocation scheme, which jointly maximize the time-averaged throughput of system, are obtained by employing the Lyapunov optimization theory. Furthermore, we drive the theoretical bounds on the time-averaged achievable rate and time-averaged delay, then present the throughput-delay tradeoff achieved by the joint JMSPA protocol. Simulation results validate the throughput performance gain of the proposed buffer-aided relaying protocols and verify the theoretical analysis.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.11
no.4
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pp.229-234
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2013
Diversity-multiplexing tradeoff (DMT) characterizes the fundamental relationship between the diversity gain in terms of outage probability and the multiplexing gain as the normalized rate parameter r, where the limiting transmission rate is give by rlog SNR (here, SNR denote the received signal-to-noise ratio). In this paper, we analyze the DMT and performance of an underwater network with a cooperative relay. Since over an acoustic channel, the propagation delay is commonly considerably higher than the processing delay, the existing transmission protocols need to be explained accordingly. For this underwater network, we briefly describe two well-known relay transmissions: decode-and-forward (DF) and amplify-and-forward (AF). As our main result, we then show that an instantaneous DF relay scheme achieves the same DMT curve as that of multiple-input single-output channels and thus guarantees the DMT optimality, while using an instantaneous AF relay leads at most only to the DMT for the direct transmission with no cooperation. To validate our analysis, computer simulations are performed in terms of outage probability.
In wireless sensor networks (WSNs) duty cycling has been an imperative choice to reduce idle listening but it introduces sleep delay. Thus, the conventional WSN medium access control protocols are bound by the energy-latency tradeoff. To break through the tradeoff, we propose a radio wave sensor called radio frequency (RF) wakeup sensor that is dedicated to sense the presence of a RF signal. The distinctive feature of our design is that the RF wakeup sensor can provide the same sensitivity but with two orders of magnitude less energy than the underlying RF module. With RF wakeup sensor a sensor node no longer requires duty cycling. Instead, it can maintain a sleep state until its RF wakeup sensor detects a communication signal. According to our analysis, the response time of the RF wakeup sensor is much shorter than the minimum transmission time of a typical communication module. Therefore, we apply duty cycling to the RF wakeup sensor to further reduce the energy consumption without performance degradation. We evaluate the circuital characteristics of our RF wakeup sensor design by using Advanced Design System 2009 simulator. The results show that RF wakeup sensor allows a sensor node to completely turn off their communication module by performing the around-the-clock carrier sensing while it consumes only 0.07% energy of an idle communication module.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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v.9
no.1
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pp.1109-1112
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2005
In this paper, we evaluate the performance of pilot channel-aided channel estimation for multicarrier direct-sequence (DS) code division multiple access (CDMA) communication system as proposed by Kondo and Milstein [1]. We investigate the optimum number of pilot channels for various coherence bandwidths and different number of subchannels. Keeping the total transmit bandwidth fixed, an optimum number of total subchannels and pilot channels exists under specific channel and transmitted energy. We show that there is a tradeoff between the number of pilot channels and data subchannels, thereby requiring differing numbers of optimum pilot channels according to channel conditions.
Compact routing intends to achieve good tradeoff between the routing path length and the memory overhead, and is recently considered as a main alternative to overcome the fundamental scaling problems of the Internet routing system. Plenty of studies have been conducted on compact routing, and quite a few universal compact routing schemes have been designed for arbitrary network topologies. However, it is generally believed that specialized compact routing schemes for peculiar network topologies can have better performance than universal ones. Studies on complex networks have uncovered that most real-world networks exhibit power-law degree distributions, i.e., a few nodes have very high degrees while many other nodes have low degrees. High-degree nodes play the crucial role of hubs in communication and inter-networking. Based on this fact, we propose two highest-degree landmark based compact routing schemes, namely HDLR and $HDLR^+$. Theoretical analysis on random power-law graphs shows that the two schemes can achieve better space-stretch trade-offs than previous compact routing schemes. Simulations conducted on random power-law graphs and real-world AS-level Internet graph validate the effectiveness of our schemes.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.10
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pp.3810-3830
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2015
In this paper, we investigate the differential game theoretic approach for distributed dynamic cooperative power control in cognitive radio ad hoc networks (CRANETs). First, a payoff function is defined by taking into consideration the tradeoff between the stock of accumulated power interference to the primary networks and the dynamic regulation of the transmit power of secondary users (SUs). Specifically, the payoff function not only reflects the tradeoff between the requirement for quickly finding the stable available spectrum opportunities and the need for better channel conditions, but also reveals the impact of the differentiated types of data traffic on the demand of transmission quality. Then the dynamic power control problem is modeled as a differential game model. Moreover, we convert the differential game model into a dynamic programming problem to obtain a set of optimal strategies of SUs under the condition of the grand coalition. A distributed dynamic cooperative power control algorithm is developed to dynamically adjust the transmit power of SUs under grand coalition. Finally, numerical results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm for efficient power control in CRANETs.
Park, Hyun-Seo;Lee, Yuro;Kim, Tae-Joong;Kim, Byung-Chul;Lee, Jae-Yong
ETRI Journal
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v.44
no.3
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pp.361-378
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2022
In 5G, the required target for interruption time during a handover (HO) is 0 ms. However, when a handover failure (HOF) occurs, the interruption time increases significantly to more than hundreds of milliseconds. Therefore, to fulfill the requirement in as many scenarios as possible, we need to minimize HOF rate as close to zero as possible. 3GPP has recently introduced conditional HO (CHO) to improve mobility robustness. In this study, we propose "ZEro handover failure with Unforced and automatic time-to-execute Scaling" (ZEUS) algorithm to optimize HO parameters easily in the CHO. Analysis and simulation results demonstrate that ZEUS can achieve a zero HOF rate without increasing the ping-pong rate. These two metrics are typically used to assess an HO algorithm because there is a tradeoff between them. With the introduction of the CHO, which solves the tradeoff, only these two metrics are insufficient anymore. Therefore, to evaluate the optimality of an HO algorithm, we define a new integrated HO performance metric, mobility-aware average effective spectral efficiency (MASE). The simulation results show that ZEUS provides higher MASE than LTE and other CHO variants.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.46
no.4
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pp.93-100
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2023
In this paper, an alternative inventory policy that trades off the bullwhip effect at an upstream facility with cost minimization at a current facility, with the goal of reducing system wide total expected inventory costs, when external demand distributjon is autocorrelated, is considered. The alternative inventory policy has a form that is somewhere between one that completely neglects the autocorrleation and one that actively utilizes the autocorrelation. For this purpose, a mathematical model that allows us to evaluate system wide total expected inventory costs for a periodic review system is developed. This model enables us to identify an optimal inventory policy at a current facility that minimizes system wide total expected inventory costs by the best tradeoff of the bullwhip effect at an upstream facility with cost minimization at a current facility. From numerical experiments, it has been found that (i) when the autocorrelation is negative, the optimal policy is one that actively utilizes the autocorrelation, (ii) when the autocorrelation is small and positive, the optimal policy is one that neglects the autocorrelation, and (iii) when the autocorrelation is large and positive, the optimal policy is somewhere between one that actively utilizes the autocorrelation and one that neglect the autocorrelation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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