KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.11
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pp.3751-3774
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2014
With the rapid development of wireless communication, the confliction between the scarce frequency resources and the low spectral efficiency caused by the stationary spectrum sharing strategies seriously restricts the evolution of the future mobile communication. For this purpose, cognitive radio (CR) emerges as one of the most promising inventions which can overcome the spectrum shortage. As the key technology and main objective of CR, spectrum sharing can make full use of the limited spectrum, alleviate the scarcity of frequency resources and improve the system utilities, playing thereby an important role in improving the system performance of cognitive radio networks (CRNs). In this survey, the spectrum sharing in CRNs is discussed in terms of the sharing process, mainstream sharing technologies and spectrum sharing models. In particular, comparisons of different spectrum sharing strategies are concluded, as well as that of different spectrum sensing schemes in sharing procedure. Moreover, some application examples of the spectrum sharing in CRNs, such as smart grid, public safety, cellular network and medical body area networks are also introduced. In addition, our previous related works are presented and the open research issues in the field of spectrum sharing are stated as well.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.16
no.8
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pp.1606-1612
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2012
Cognitive radio technology enables us to utilize the extra spectrum which is not used by the primary users by sensing the channel condition. To use such an extra spectrum, spectrum allocation is one of the important issues in the cognitive radio networks. The network is dynamic and the available channels are changeable, and the opportunistic channel allocation is required to use the resource efficiently without interference to the primary networks. In this paper, modified proportional fairness scheduling is proposed for cognitive radio networks to satisfy the both fairness and system throughput, and the modified scheduling was designed to reduce the interference to the primary users.
Kim, Jong-Gyu;Nguyen, Khanh-Huy;Lee, Jung-Tae;Hwang, Won-Joo
Journal of Korea Multimedia Society
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v.14
no.12
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pp.1549-1558
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2011
In this paper, we address the problem of bandwidth sharing among multiple primary users and multiple secondary users in a cognitive radio network. In cognitive radio networks, effective spectrum assignment for primary and secondary users is a challenge due to the available broad range of radio frequency spectrum as well as the requisition of harmonious coexistence of both users. To handle this problem, firstly, Bertrand game model is used to analyze a spectrum pricing in which multiple primary users emulate with each other to acquire maximal profit. After that, we employ Cournot game to model the spectrum sharing of secondary users to obtain optimal profit for each user also. Simulation results show that our scheme obtains optimal solution at Nash equilibrium.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.2
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pp.371-388
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2014
Cognitive Radio (CR) has been recently proposed as a promising technology to remedy the problems of spectrum scarcity and spectrum underutilization by enabling unlicensed users to opportunistically utilize temporally unused licensed spectrums in a cautious manner. In Cognitive Radio Ad Hoc Networks (CRAHNs), data routing is one of the most challenging tasks since the channel availability and node mobility are unpredictable. Moreover, the network performance is severely degraded due to large numbers of path failures. In this paper, we propose the Fault-Tolerant Cognitive Ad-hoc Routing Protocol (FTCARP) to provide fast and efficient route recovery in presence of path failures during data delivery in CRAHNs. The protocol exploits the joint path and spectrum diversity to offer reliable communication and efficient spectrum usage over the networks. In the proposed protocol, a backup path is utilized in case a failure occurs over a primary transmission route. Different cause of a path failure will be handled by different route recovery mechanism. The protocol performance is compared with that of the Dual Diversity Cognitive Ad-hoc Routing Protocol (D2CARP). The simulation results obviously prove that FTCARP outperforms D2CARP in terms of throughput, packet loss, end-to-end delay and jitter in the high path-failure rate CRAHNs.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.3
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pp.1279-1300
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2017
In the interweave cognitive networks, the interference from the primary user degrades the performance of the cognitive user transmissions. In this paper, we propose an adaptive cooperation scheme in the interweave cognitive networks to improve the performance of the cognitive user transmissions. In the proposed scheme for the bidirectional communication of two end-source cognitive users, the bidirectional communication is completed through the non-relay direct transmission, the one-way relaying cooperation transmission, and the two-way relaying cooperation transmission depending on the limited feedback from the end-sources. For the performance analysis of the proposed scheme, we derive the outage probability and the finite-SNR diversity multiplexing tradeoff (f-DMT) in a closed form, considering the imperfect spectrum sensing, the interference from the primary user, and the power allocation between the relay and the end-sources. The results show that compared with the direct transmissions (DT), the pure one-way relaying transmissions (POWRT), and the pure two-way relaying transmissions (PTWRT), the proposed scheme has better outage performance. In terms of the f-DMT, the proposed scheme outperforms the full cooperation transmissions of the POWRT and PTWRT.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.49
no.7
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pp.23-31
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2012
Resource allocation, such as joint rate control and scheduling, is an important issue in cognitive radio networks. However, it is difficult to jointly consider the rate control and scheduling problem due to the stochastic behavior of channel availability in cognitive radio networks. In this paper, we propose an asymmetric joint rate control and scheduling technique under reliability constraints in cognitive radio networks. The joint rate control and scheduling problem is formulated as a convex optimization problem and substantially decomposed into several sub-problems using a dual decomposition method. An algorithm for secondary users to locally update their rate that maximizes the utility of the overall system is also proposed. The results of simulations revealed that the proposed algorithm converges to a globally optimal solution.
International journal of advanced smart convergence
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v.7
no.3
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pp.23-36
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2018
In wireless communication, efficient spectrum usage is an issue that has been an attractive research area for many technologies. Recently new technologies innovations allow compact radios to transmit with power efficient communication over very long distances. For example, Low-Power Wide Area Networks (LPWANs) are an attractive emerging platform to connect the Internet-of-Things (IoT). Especially, LoRa is one of LPWAN technologies and considered as an infrastructure solution for IoT. End-devices use LoRa protocol across a single wireless hop to communicate to gateway(s) connected to the internet which acts as a bridge and relays message between these LoRa end-devices to a central network server. The use of the (ISM) spectrum sharing for such long-range networking motivates us to implement spectrum sensing testbed for cognitive radio network based on LoRa and GNU radio. In cognitive radio (CR), secondary users (SUs) are able to sense and use this information to opportunistically access the licensed spectrum band in absence of the primary users (PUs). In general, PUs have not been very receptive of the idea of opportunistic spectrum sharing. That is, CR will harmfully interfere with operations of PUs. Subsequently, there is a need for experimenting with different techniques in a real system. In this paper, we implemented spectrum sensing for cognitive radio networks based on LoRa and GNU Radio, and further analyzed corresponding performances of the implemented systems. The implementation is done using Microchip LoRa evolution kits, USRPs, and GNU radio.
Kim, Sunwoo;Pyeon, Dohoo;Jang, Ingook;Yoon, Hyunsoo
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.11
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pp.3860-3875
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2014
Cognitive radio networks (CRNs) are composed of mobile users who can use multiple spectrum bands for communication. CRNs allow unlicensed users (called cognitive users) to efficiently utilize unused licensed spectrums without interfering with communications of licensed users (called primary users). The main goals of CRNs are to mitigate spectrum saturation and to improve spectrum utilization. This paper introduces state-of-the-art routing protocols for CRNs and addresses some limitations of these protocols. To resolve the limitations, we suggest a new research direction for routing protocols in CRNs. We implement our protocol to compare with the existing routing protocols for multi-hop CRNs. Our protocol shows good performance compared to the existing routing protocols in terms of network performance and PU protection.
In cognitive radio networks (CRNs), unlicensed users sense the licensed spectrum bands and opportunistically access them without interfering operations of licensed users. Especially, in ad hoc networks, the MAC layer plays an important role in coordinating unlicensed users access to the spectrum and, thus, a number of MAC protocols have been studied recently. In this paper, we comparatively examine MAC protocols in cognitive radio ad hoc networks (CRAHNs). First, we categorize the protocols on the basis of common control channel (CCC) requirements and further review major implementations for each category. Then, we make a qualitative comparison of the protocols in terms of inherent characteristics and performance.
Han, Longzhe;Nguyen, Dinh Han;Kang, Seung-Seok;In, Hoh Peter
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.11
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pp.3775-3788
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2014
With the increasing number of the wireless and mobile networks, the way that people use the Internet has changed substantively. Wireless multimedia services, such as wireless video streaming, mobile video game, and mobile voice over IP, will become the main applications of the future wireless Internet. To accommodate the growing volume of wireless data traffic and multimedia services, cognitive radio (CR) and Information-Centric Network (ICN) have been proposed to maximize the utilization of wireless spectrum and improve the network performance. Although CR and ICN have high potential significance for the future wireless Internet, few studies have been conducted on collaborative operations of CR and ICN. Due to the lack of infrastructure support in multi-hop ad hoc CR networks, the problem is more challenging for video streaming services. In this paper, we propose a Cross-layer Video Streaming Mechanism (CLISM) for Cognitive Radio Ad Hoc Information Centric Networks (CRAH-ICNs). The CLISM included two distributed schemes which are designed for the forwarding nodes and receiving nodes in CRAH-ICNs. With the cross-layer approach, the CLISM is able to self-adapt the variation of the link conditions without the central network controller. Experimental results demonstrate that the proposed CLISM efficiently adjust video transmission policy under various network conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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