Wireless mesh networks can be deployed for various networks from home networking to last-mile broadband Internet access. Wireless mesh networks are composed of mesh routers and mesh clients. In these networks, static nodes form a multi-hop backbone of a large wireless access network that provides connectivity to end-users' mobile terminals. The network nodes cooperate with each other to relay data traffic to its destinations. In order to increase connectivity and better performance, researchers are getting interested in multi-channel and multi-interface wireless mesh networks. In these networks, non-overlapping multiple frequency channels are used simultaneously to increase the aggregate bandwidth available to end-users. Recently, researches have focused on finding suitable channel assignments for wireless network interfaces, equiped in a mesh node, together with efficient routing to improve overall system throughput in wireless mesh networks. This goal can be achieved by minimize channel interference. Less interference among using channels in a network guarantees more aggregated channel capacity and better connectivity of the networks. In this thesis, we propose interference aware channel assignment and routing algorithms for multi-channel multi-hop wireless mesh networks. We propose Channel Assignment and Routing algorithms using Traffic Profiles(CARTP) and Routing algorithms allowing detour routing(CARTP+2). Finally, we evaluate the performance of proposed algorithms in comparison to results from previous methods using ns-2 simulations. The simulation results show that our proposed algorithms can enhance the overall network performance in wireless mesh networks.
In this paper, a tradeoff between the total energy consumption-per-bit and the end-to-end rate under spatial reuse in wireless multi-hop network is developed and analyzed. The end-to-end rate of the network is the number of information bits transmitted (end-to-end) per channel use by any node in the network that is forwarding the data. In order to increase the bandwidth efficiency, spatial reuse is considered whereby simultaneous relay transmissions are allowed provided there is a minimum separation between such transmitters. The total energy consumption-per-bit includes the energy transmitted and the energy consumed by the receiver to process (demodulate and decoder) the received signal. The total energy consumption-per-bit is normalized by the distance between a source-destination pair in order to be consistent with a direct (single-hop) communication network. Lower bounds on this energy-bandwidth tradeoff are analyzed using convex optimization methods. For a given location of relays, it is shown that the total energy consumption-per-bit is minimized by optimally selecting the end-to-end rate. It is also demonstrated that spatial reuse can improve the bandwidth efficiency for a given total energy consumption-per-bit. However, at the rate that minimizes the total energy consumption-per-bit, spatial reuse does not provide lower energy consumption-per-bit compared to the case without spatial reuse. This is because spatial reuse requires more receiver energy consumption at a given end-to-end rate. Such degraded energy efficiency can be compensated by varying the minimum separation of hops between simultaneous transmitters. In the case of equi-spaced relays, analytical results for the energy-bandwidth tradeoff are provided and it is shown that the minimum energy consumption-per-bit decreases linearly with the end-to-end distance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.5
no.2
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pp.247-268
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2011
Due to the application-specific nature of wireless sensor networks, the sensitivity to such a requirement as data reporting interval varies according to the type of application. Such considerations require an application-specific, parameter tuning paradigm allowing us to maximize energy conservation prolonging the operational network lifetime. In this paper, we propose a reporting interval adaptive, sensor control platform for energy-saving data gathering in wireless sensor networks. The ultimate goal is to extend the network lifetime by providing sensors with high adaptability to application-dependent or time-varying, reporting interval requirements. The proposed sensor control platform is based upon a two phase clustering (TPC) scheme which constructs two types of links within each cluster - namely, direct link and relay link. The direct links are used for control and time-critical, sensed data forwarding while the relay links are used only for multi-hop data reporting. Sensors opportunistically use the energy-saving relay link depending on the user reporting, interval constraint. We present factors that should be considered in deciding the total number of relay links and how sensors are scheduled for sensed data forwarding within a cluster for a given reporting interval and link quality. Simulation and implementation studies demonstrate that the proposed sensor control platform can help individual sensors save a significant amount of energy in reporting data, particularly in dense sensor networks. Such saving can be realized by the adaptability of the sensor to the reporting interval requirements.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.8
no.5
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pp.113-119
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2008
Conventional 1-1-1 cooperative protocol offers path-loss gain as advantage of multi-hop and spatial diversity which is equivalent to MIMO system. This protocol is enable to get higher reliability and reduction of power consumption than those of the single-hop or multi-hop. But the 1-1-1 cooperative protocol get only the diversity order 2 and limited path-loss reduction gain because this protocol has a single cooperative relay. We propose 1-2-1 cooperative protocol using two cooperative relays R1, R2. The 1-2-1 cooperative protocol can improve path-loss reduction and increase diversity order 3. Moreover, the cooperative relay R2 attains diversity order 2. The signaling method in transmission uses DF (Decode and Forward) or DR (Decode and Reencode) and 1-2-1 DF/DR cooperative protocol are applied to clustering based wireless sensor networks (WSNs). Simulations are performed to evaluate the performance of the protocols under Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).
Wang Weidong;Seo Chang-Keun;Jeong Soon-Gyu;Yoo Sang-Jo
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.30
no.11B
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pp.792-803
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2005
Ultra wide band (UWB) technology will be applied in the high rare wireless personal area networks (WPANs) for its high rate, low power, and innate immunity to multipath fading. In this paper, a power aware multi-hop packet relay MAC protocol in UWB based WPANs is proposed and a power aware path status factor (PAPSF), which is derived from SINR and power resource condition of each device, is used to select a suitable relay node. Compared with relaying by piconet coordinator (PNC), which is easily chosen by other ad hoc routing protocol, the new scheme can achieve hi임or throughput, decrease the time required for transmitting high power signal and we can easily distribute the battery power consumption from PNC to other devices in the piconet to prevent the PNC device using up its battery too fast and finally avoid PNC handover too frequently.
Cai, Xuelian;Yuan, Jingjing;Yuan, Xiaoming;Zhu, Wu;Li, Jiandong;Li, Changle;Ullah, Sana
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.7
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pp.1547-1568
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2013
Wireless body area network (WBAN) is an emerging short-range wireless communication network with sensor nodes located on, in or around the human body for healthcare, entertainment and ubiquitous computing. In WBANs, energy is severely constrained which is the prime consideration in the medium access control (MAC) protocol design. In this paper, we propose a novel MAC protocol named Energy-efficient Relay MAC with dynamic Power Control (ERPC-MAC) to save energy consumption. Without relying on the additional devices, ERPC-MAC employs relaying nodes to provide relay service for nodes which consume energy fast. Accordingly the superframe adjustment is performed and then the network topology can be smoothly switched from single-hop to multi-hop. Moreover, for further energy saving and reliability improvement, the dynamic power control is introduced to adjust the power level whenever a node transmits its packets to the coordinator or the relaying node. To the best of the authors' knowledge, this is the first effort to integrate relay, topology adjustment and power control to improve the network performance in a WBAN. Comprehensive simulations are conducted to evaluate the performance. The results show that the ERPC-MAC is more superior to the existing standard and significantly prolongs the network lifetime.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.10
no.11
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pp.5253-5270
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2016
With device-to-device (D2D) communications, an inactive user terminal can be utilized as a relay node to support multi-hop communication so that connective experience of the cell-edge user as well as the capacity of the whole system can be significantly improved. In this paper, we investigate the spectrum sharing for a cooperative relay assisted D2D communication underlying a cellular network. We formulate a joint relay selection and channel assignment problem to maximize the throughput of the system while guaranteeing the quality of service (QoS) requirements of cellular users (CUs) and D2D users (DUs). By exploiting coalition formation game theory, we propose two algorithms to solve the problem. The first algorithm is designed based on merge and split rules while the second one is developed based on single user's movement. Both of them are proved to be stable and convergent. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed algorithms.
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.
Kim, Nam-Soo;An, Beong-Ku;Kim, Do-Hyeon;Lee, Ye-Hoon
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.2B
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pp.69-75
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2008
We propose new routing scheme, Cooperative Diversity-based Routing (CDR)which utilize the cooperative space diversity for power saving and for performance enhancement of wireless ad-hoc networks. The end-to-end performance of the proposed routing, CDR, is analyzed based on the Haenggi's link model. The improved performance is compared with Multi-hop Relay Routing (MRR) by analytical methods. When the required outage probability is $1{\times}10^{-3}$ at the destination node in ad-hoc networks with 7 nodes, we noticed that each node can save power consumption by 21.5 dB in average, by using our proposed CDR compared to MRR.
This work presents a concept and the related analysis of the traffic performance for a wireless broadband system based on fixed relay stations acting as wireless bridges. The analysis focuses on the important performance indicators end-to-end throughput and delay, taking into account the effects of an automated repeat request protocol. An extension to a MAC frame based access protocol like IEEE 802.11e, 802.15.3, 802.16a, and HIPERLAN2 is outlined and taken as basis for the calculations. The system is intended for both dense populated areas as an overlay to cellular radio systems and to provide wide-area broad-band coverage. The two possible deployment scenarios for both dense urban and wide-area environments are introduced. Analytical and validating simulation results are shown, proving the suitability of the proposed concept for both of the mentioned scenarios. It is established that the fixed relaying concept is well suited to substantially contribute to provide high capacity cellular broad-band radio coverage in next generation (NG) cellular wireless broadband systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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