• Journal of Communications and Networks
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• 제17권2호
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• pp.172-183
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• 2015

To provide an efficient link maintenance approach, we propose a cross layer medium access control (LM-MAC) protocol for multichannel cognitive radio ad hoc networks. Link establishment and reliable transmission are two key problems for a perfect link maintenance mechanism. Since the cognitive user (CU) pairs have to reestablish their links each frame, in the proposed MAC protocol, three different access modes are designed to guarantee transmission efficiency in continuous frames. To enhance the transmission reliability, each CU will create a father spectrum list (FSL) after joining in the network. FSL is divided into three groups of sub-channels with different functions to compensate the packet loss caused by the primary users' appearance and the deep fading. Meanwhile, since the transmitter and the receiver will share the same FSL, periodical cooperative sensing is adopted to further optimize the former problem. Finally, compared with the existing opportunistic multichannel (OMC)-MAC protocol, the proposed LM-MAC protocol achieves better system performance in terms of saturation throughput, continuity and access delay.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.39-45
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• 2011

본 논문에서는 무선 인지 애드 혹 네트워크에서 다중 채널 숨겨진 지국 문제(hidden terminal problem)를 해결하고 네트워크 성능을 향상시키기 위하여, 이웃 휴지 노드(idle node)들을 활용하는 효율적인 다중 채널 MAC 프로토콜을 제안한다. 제안된 알고리즘은 각 노드가 단일 송수신기를 갖고, 제어 메시지 교환을 위한 공동 제어 채널을 활용하는 무선 인지 애드 혹 네트워크에 활용될 수 있다. 특히, 제안된 알고리즘에서는 데이터를 교환하고자 하는 통신 노드들이 한 홉(hop) 밖에서 사용되고 있는 데이터 채널에 대한 정보를 가지고 있는 이웃 휴지 노드들을 활용하여 데이터 채널을 선택함으로써 다중 채널 숨겨진 지국 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 시뮬레이션을 통해, 제안된 알고리즘이 중 채널 숨겨진 지국 문제를 최소화하고 2차 사용자간의 데이터 채널 선택시 발생하는 출돌(collision)을 줄임으로써 네트워크의 처리율을 증가시킬 수 있음을 보였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제12권7호
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• pp.2960-2976
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• 2018

The limited storage and computing capacity hinder the development of cognitive radio ad hoc networks (CRAHNs). To solve the problem, a new paradigm of cloud-based CRAHN has been proposed, in which a CRAHN will make use of the computation and storage resources of the cloud. This paper envisions an integrated CRAHN-cloud network architecture. In this architecture, some cognitive radio users (CUs) who satisfy the required metrics could perform as mobile gateway candidates to connect other ordinary CUs with the cloud. These mobile gateway candidates are dynamically clustered according to different related metrics. Cluster head and time-to-live value are determined in each cluster. In this paper, the gateway advertisement and discovery issues are first addressed to propose a hybrid gateway discovery mechanism. After that, a QoS-based gateway selection algorithm is proposed for each CU to select the optimal gateway. Simulations are carried out to evaluate the performance of the overall scheme, which incorporates the proposed clustering and gateway selection algorithms. The results show that the proposed scheme can achieve about 11% higher average throughput, 10% lower end-to-end delay, and 8% lower packet drop fractions compared with the existing scheme.

• Journal of Communications and Networks
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• 제16권2호
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• pp.155-161
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• 2014

Mobility can lead to continual loss of data and service interruptions during communications in multi-hop cognitive radio networks. Mobility of primary users (PUs) or cognitive users (CUs) requires adjustment of multi-hop communications among CUs to avoid any interference to PUs. To provide durable and reliable data routing that ensures continuous network service, we propose mobility-aware cognitive routing (MCR) for multi-hop cognitive radio networks. MCR examines the risk level of each node against interference regions and selects the most reliable path for data delivery using a Markov predictor. Through simulation, we verify that the proposed scheme can avoid route destruction preemptively and achieve reliable data delivery.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제8권11호
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• pp.3655-3673
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• 2014

Rendezvous is a process of two or more cognitive radio nodes gathering on the same channel at the same time for a negotiation to establish data communications. This paper discusses rendezvous issues in cognitive radio networks. It details why rendezvous is an issue in cognitive radio networks and how rendezvous works. It classifies channel access methods, and details sequence-based channel-hopping methods. It surveys existing works on blind rendezvous and compares the proposed algorithms in terms of the maximum time to rendezvous. This paper discusses the properties that an efficient channel-hopping rendezvous algorithm should have and illustrates common issues in the existing rendezvous methods. It also explains open research issues in the rendezvous area.

• 한국정보과학회논문지:정보통신
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• 제35권2호
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• pp.130-138
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• 2008

주파수 상황에 대해 정확히 인지하는 기법은 사용되고 있지 않은 주파수를 활용하는 인지 라디오 시스템에서 중요한 연구 과제 중 하나이다. 본 논문에서는 인지 라디오 ad hoc 네트워크에서 주파수 상황인지 능력을 향상시키기 위한 감지(sensing) 채널 선택 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 각 인지 라디오 사용자가 감지한 정보를 활용함으로써 협동 감지를 실현할 수 있도록, 마스터(master)를 가지는 일종의 클러스터(Cluster)를 이루어 채널 상황 정보를 수집/분석한다. 특히, 라이센스를 가진 사용자의 전송 반경이 한정되어 있다는 점을 활용하여 인지 라디오 사용자들이 각기 다른 주파수 대역을 감지하게 함으로써 좀 더 빠르고 정확하게 주파수 대역의 상황을 인지한다. 제안하는 기법의 성능을 시뮬레이션을 통해 평가하고 마스터 없이 개별적으로 주파수 상황을 인지하는 기법과 클러스터를 이루되 공간적으로 채널이 비어있을 수 있다는 점을 활용하지 않는 기법과 성능을 비교하였다. 시뮬레이션 결과 제안하는 기법이 많은 빈 채널을 확보하면서도 빠른 시간 내에 라이센스 사용자를 발견함으로써 라이센스 사용자와 인지 라디오 사용자의 요구를 동시에 만족시킬 수 있음을 보였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39B권11호
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• pp.730-742
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• 2014

인지무선 애드혹 네트워크(Cognitive Radio Ad-hoc Networks)에서 요구기반 라우팅을 수행할 경우, 경로 탐색 과정에서 발생하는 경로탐색 메시지의 브로드캐스팅은 공통 제어 채널의 과부하를 유발하고 패킷 간의 충돌을 발생시킨다. 이런 현상은 경로탐색의 오버헤드를 증가 시키며, 정확하고 신뢰성있는 경로의 탐색에 제한을 받게 된다. 이로 인하여 신뢰성있는 채널을 찾는 경로가 제한되기 때문에 경로의 생존 시간이 단축되고 경로의 안정성이 감소된다. 본 논문에서는 인지무선 ad-hoc네트워크에서 주사용자의 출현 가능성과 주변 사용자의 상황을 고려하여 패킷 충돌을 감소시키고 경로의 생존시간을 향상 시키는 라우팅 알고리즘을 제안한다. 각 노드는 주기적인 센싱을 통해 주사용자의 사용패턴을 감지하고 채널의 사용 확률과 현재 채널 상태를 알고 있다. 또한 이웃 노드와 메시지 교환을 통해 공통된 채널과 해당 채널의 품질을 파악하여 노드 사이에 링크 레벨을 부여한다. 제안된 방법에서는 링크 레벨을 이용하여 경로 탐색 과정에서 발생하는 제어 메시지의 수를 감소시킨다. 또한 링크의 생존성과 품질을 홉 카운트에 따라 가중치를 부여하여 경로를 선택함으로써 경로의 생존 시간을 향상 시킬 수 있다. 성능 평가를 통해 기존의 방법 보다 제안된 방법을 이용하여 라우팅을 수행할 경우 제어 채널의 오버헤드가 감소되고 경로의 생존시간이 증가하는 것을 확인 할 수 있다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제9권1호
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• pp.331-343
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• 2015

We propose a distributed medium access control protocol for cognitive radio networks to opportunistically utilize multiple channels. Under the proposed protocol, cognitive radio nodes forecast and rank channel availability observing primary users' activities on the channels for a period of time by time series analyzing using smoothing models for seasonal data by Winters' method. The proposed approach protects primary users, mitigates channel access delay, and increases network performance. We analyze the optimal time to sense channels to avoid conflict with the primary users. We simulate and compare the proposed protocol with the existing protocol. The results show that the proposed approach utilizes channels more efficiently.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권11호
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• pp.2305-2315
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• 2015

무선통신의 발전에 따라 주파수 자원 가치는 더욱 커지고 있다. 또한 정보화 사회 발전에 따라 주파수 자원의 수요가 공급에 비하여 매우 크기 때문에 주파수 부족 현상이 심각한 실정이다. 따라서 사용하지 않는 주파수 자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술로서 최근 Cognitive Radio (CR) 기술이 각광 받고 있다. 본 논문에서는 주파수 홉핑 기반 인지무선 애드 혹 네트워크에서 새로운 out-of-band 주파수 센싱 기법과 동적 채널 엑세스 방법에 대해 제안한다. 제안된 방법에서 CR 멤버노드들은 현재 홉핑 시간의 초반부에 다음 홉핑 채널에 대한 센싱을 수행하고, 제안된 주사용자 감지 신호 방송 기법에 따라 각 노드는 현재 채널에 대한 홉핑 시간 연장여부를 결정한다. 주사용자가 발견되어 잠정적으로 사용하지 않았던 채널이 다시 사용가능한 상태가 되면 해당 채널을 원래의 홉핑 패턴에 포함시키는 채널 복구절차를 수행한다. 본 논문에서는 제안된 동적 주파수 센싱과 홉핑 채널 연장 메커니즘에 대해 다양한 무선 환경에서의 성능평가를 수행하였다. 제안된 방식은 기존 방식에 비하여 채널 효율을 높이고 신뢰할 수 있는 채널 관리를 수행할 수 있음을 확인하였다.

• Journal of Communications and Networks
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• 제16권2호
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• pp.227-237
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• 2014

Throughput scaling laws for two coexisting ad hoc networks with m primary users (PUs) and n secondary users (SUs) randomly distributed in an unit area have been widely studied. Early work showed that the secondary network performs as well as stand-alone networks, namely, the per-node throughput of the secondary networks is ${\Theta}(1/\sqrt{n{\log}n})$. In this paper, we show that by exploiting directional spectrum opportunities in secondary network, the throughput of secondary network can be improved. If the beamwidth of secondary transmitter (TX)'s main lobe is ${\delta}=o(1/{\log}n)$, SUs can achieve a per-node throughput of ${\Theta}(1/\sqrt{n{\log}n})$ for directional transmission and omni reception (DTOR), which is ${\Theta}({\log}n)$ times higher than the throughput with-out directional transmission. On the contrary, if ${\delta}={\omega}(1/{\log}n)$, the throughput gain of SUs is $2{\pi}/{\delta}$ for DTOR compared with the throughput without directional antennas. Similarly, we have derived the throughput for other cases of directional transmission. The connectivity is another critical metric to evaluate the performance of random ad hoc networks. The relation between the number of SUs n and the number of PUs m is assumed to be $n=m^{\beta}$. We show that with the HDP-VDP routing scheme, which is widely employed in the analysis of throughput scaling laws of ad hoc networks, the connectivity of a single SU can be guaranteed when ${\beta}$ > 1, and the connectivity of a single secondary path can be guaranteed when ${\beta}$ > 2. While circumventing routing can improve the connectivity of cognitive radio ad hoc network, we verify that the connectivity of a single SU as well as a single secondary path can be guaranteed when ${\beta}$ > 1. Thus, to achieve the connectivity of secondary networks, the density of SUs should be (asymptotically) bigger than that of PUs.