Joshi, Gyanendra Prasad;Nam, Seung Yeob;Acharya, Srijana;Kim, Sung Won
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.3
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pp.911-923
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2014
Ad hoc cognitive radio wireless sensor networks allow secondary wireless sensor nodes to recognize spectrum opportunities and transmit data. Most existing protocols proposed for ad hoc cognitive radio wireless sensor networks require a dedicated common control channel. Allocating one channel just for control packet exchange is a waste of resources for channel-constrained networks. There are very few protocols that do not rely on a common control channel and that exchange channel-negotiation control packets during a pre-allocated time on the data channels. This, however, can require a substantial amount of time to access the channel when an incumbent is present on the channel, where the nodes are intended to negotiate for the data channel. This study examined channel access delay on cognitive radio wireless sensor networks that have no dedicated common control channel.
Traffic management is a highly beneficial mechanism for satisfying quality-of-service requirements and overcoming the resource scarcity problems in networks. This paper introduces an optimal connection admission control mechanism to decrease the packet loss ratio and end-to-end delay in cognitive radio sensor networks (CRSNs). This mechanism admits data flows based on the value of information sent by the sensor nodes, the network state, and the estimated required resources of the data flows. The number of required channels of each data flow is estimated using a proposed formula that is inspired by a graph coloring approach. The proposed admission control mechanism is formulated as a semi-Markov decision process and a linear programming problem is derived to obtain the optimal admission control policy for obtaining the maximum reward. Simulation results demonstrate that the proposed mechanism outperforms a recently proposed admission control mechanism in CRSNs.
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.
The exponential growth in wireless services has resulted in an overly crowded spectrum. The current state of spectrum allocation indicates that most usable frequencies have already been occupied. This makes one pessimistic about the feasibility of integrating emerging wireless services such as large-scale sensor networks into the existing communication infrastructure. Cognitive radio is an emerging dynamic spectrum access technology that can be used for flexibly and efficiently achieving open spectrum sharing. Cognitive radio is an intelligent wireless communication system that is aware of its radio environment and that is capable of adapting its operation to statistical variations of the radio frequency. In ad hoc cognitive radio networks, a common control channel (CCC) is usually used for supporting transmission coordination and spectrum-related information exchange. Determining a CCC in distributed networks is a challenging research issue because the spectrum availability at each ad hoc node is quite different and dynamic due to the interference between and coexistence of primary users. In this paper, we propose a novel CCC selection protocol that is implemented in a distributed way according to the appearance patterns of primary systems and connectivity among nodes. The proposed protocol minimizes the possibility of CCC disruption by primary user activities and maximizes node connectivity when the control channel is set up. It also facilitates adaptive recovery of the control channel when the primary user is detected on that channel.
Cognitive radio technology can allow secondary users (SUs) to access unused licensed spectrums in an opportunistic manner without interfering with primary users (PUs). Spectrum sensing is a key technology for cognitive radio (CR). However, few studies have examined energy-efficient spectrum sensing in cognitive radio sensor networks (CRSNs). In this paper, we propose an energy-efficient cooperative spectrum sensing nodes selection scheme for cluster-based cognitive radio sensor networks. In our proposed scheme, false alarm probability and energy consumption are considered to minimize the number of spectrum sensing nodes in a cluster. Simulation results show that by applying the proposed scheme, spectrum sensing efficiency is improved with a decreased number of spectrum sensing nodes. Furthermore, network energy efficiency is guaranteed and network lifetime is substantially prolonged.
A priority-based data communication approach, developed by employing cognitive radio capacity for sensor nodes in a wireless terrestrial sensor network (TSN), has been proposed. Data sensed by a sensor node-an unlicensed user-were prioritized, taking sensed data importance into account. For data of equal priority, a first come first serve algorithm was used. Non-preemptive priority scheduling was adopted, in order not to interrupt any ongoing transmissions. Licensed users used a nonpersistent, slotted, carrier sense multiple access (CSMA) technique, while unlicensed sensor nodes used a nonpersistent CSMA technique for lossless data transmission, in an energy-restricted, TSN environment. Depending on the analytical model, the proposed wireless TSN environment was simulated using Riverbed software, and to analyze sensor network performance, delay, energy, and throughput parameters were examined. Evaluating the proposed approach showed that the average delay for sensed, high priority data was significantly reduced, indicating that maximum throughput had been achieved using wireless sensor nodes with cognitive radio capacity.
Several studies have focused on multimedia transmission over wireless sensor networks (WSNs). In this paper, we propose a comprehensive and robust model to transmit images over cognitive radio WSNs (CRWSNs). We estimate the spectrum sensing frequency and evaluate its impact on the peak signal-to-noise ratio (PSNR). To enhance the PSNR, we attempt to maximize the number of pixels delivered to the receiver. To increase the probability of successful image transmission within the maximum allowed time, we minimize the average number of packets remaining in the send buffer. We use both single- and multi-channel transmissions by focusing on critical transmission events, namely hand-off (HO), No-HO, and timeout events. We deploy our advanced updating method, the dynamic parameter updating procedure, to guarantee the dynamic adaptation of model parameters to the events. In addition, we introduce our ranking method, named minimum remaining packet best channel selection, to enable us to rank and select the best channel to improve the system performance. Finally, we show the capability of our proposed image scrambling and filtering approach to achieve noticeable PSNR improvement.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.3
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pp.247-254
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2014
For wireless multimedia sensor network (WMSN), it is crucial to select appropriate channels to deliver multimedia data stream generated by image and voice sensors periodically or continuously. Although most of previous researches assume that fixed channels are used for wireless sensor networks, they causes limit to support various application areas. In this paper, we apply link-setup algorithms developed for wireless cognitive radio networks for searching common channels between two nodes without common control channels. We also show the algorithm causes serious performance degradation as the total number of used channels increases, and then propose a new link-setup algorithm to resolve the problem. Therefore, the proposed algorithm shows 30 % higher performance compared to existing algorithms.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.11
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pp.4367-4386
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2015
The concept of Internet of Things (IoT) has shed new light on WSN technologies. MAC protocol issues improving the network performance are important in WSNs because of the increase in demand for various applications to secure spectrum resources. Cognitive radio (CR) technology is regarded as a solution to the problems in this future wireless network. In recent years, energy efficiency has become an issue in CR networks. However, few relevant studies have been conducted. In this paper, an energy-efficient non-overlapping channel MAC (ENC-MAC) for CR-enabled sensor networks (CRSNs) is proposed. Applying the dedicated control channel approach, ENC-MAC allows the SUs to utilize channels in a non-overlapping manner, and thus spectrum efficiency is improved. Moreover, the cooperative spectrum sensing that allows an SU to use only two minislots in the sensing phase is addressed to en-hance energy efficiency. In addition, an analytical model for evaluating the performance, such as saturation throughput, average packet delay, and network lifetime, is developed. It is shown in our results that ENC-MAC remarkably outperforms existing MAC protocols.
The primary objective of this work was to discover a solution for the survival of people in an emergency flood. The geographical information was obtained from remote sensing techniques. Through helpline numbers, people who are in need request support. Although, it cannot be ensured that all the people will acquire the facility. A proper link is required to communicate with people who are at risk in affected areas. Mobile sensor networks with field-programmable gate array (FPGA) self-configurable radios were deployed in damaged areas for communication. Ad-hoc networks do not have a centralized structure. All the mobile nodes deploy a temporary structure and they act as a base station. The mobile nodes are involved in searching the spectrum for channel utilization for better communication. FPGA-based techniques ensure seamless communication for the survivors. Timely help will increase the survival rate. The received signal strength is a vital factor for communication. Cognitive radio ensures channel utilization in an effective manner which results in better signal strength reception. Frequency band selection was carried out with the help of the GRA-MADM method. In this study, an analysis of signal strength for different mobile sensor nodes was performed. FPGA-based implementation showed enhanced outcomes compared to software-based algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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