A simulation-based approach is proposed to study the protective actions taken by residents during nuclear emergencies using cognitive findings. Human perception-based behaviors are not heavily incorporated in the evacuation study for nuclear emergencies despite their known importance. This study proposes a generic framework of perception-based behavior simulation, in accordance with the ecological concept of affordance theory and a formal representation of affordance-based finite state automata. Based on the generic framework, a simulation model is developed to allow an evacuee to perceive available actions and execute one of them according to Newton's laws of motion. The case of a shadow evacuation under nuclear emergency is utilized to demonstrate the applicability of the proposed framework. The illustrated planning algorithm enables residents to compute not only prior knowledge of the environmental map, but also the perception of dynamic surroundings, using widely observed heuristics. The simulation results show that the temporal and spatial dynamics of the evacuation behaviors can be analyzed based on individual perception of circumstances, while utilizing the findings in cognitive science under unavoidable data restriction of nuclear emergencies. The perception-based analysis of the proposed framework is expected to enhance nuclear safety technology by complementing macroscopic analyses for advanced protective measures.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.3
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pp.924-944
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2014
This paper investigates the power allocation and outage performance of MIMO full-duplex relaying (MFDR), based on orthogonal space-time block codes (OSTBC), in cognitive radio systems. OSTBC transmission is used as a simple means to achieve multi-antenna diversity gain. Cognitive MFDR systems not only have the advantage of increasing spectral efficiency through spectrum sharing, but they can also extend coverage through the use of relays. In cognitive MFDR systems, the primary user experiences interference from the secondary source and relay simultaneously, owing to full duplexing. It is therefore necessary to optimize the transmission powers at the secondary source and relay. In this paper, we propose an optimal power allocation (OPA) scheme based on minimizing the outage probability in cognitive MFDR systems. We also analyse the outage probability of the secondary user in noise-limited and interference-limited environments in Nakagami-m fading channels. Simulation results show that the proposed schemes achieve performance improvements in terms of reducing outage probability.
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.7
no.6
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pp.1379-1397
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2013
We consider a system where a licensed radio spectrum is shared by multiple primary users(PUs) and secondary users(SUs). As the spectrum of interest is licensed to primary network, power and channel allocation must be carried out within the cognitive radio network so that no excessive interference is caused to PUs. For this system, we study the joint beamforming and power allocation problem via game theory in this paper. The problem is formulated as a non-cooperative beamforming and power allocation game, subject to the interference constraints of PUs as well as the peak transmission power constraints of SUs. We design a joint beamforming and power allocation algorithm for maximizing the total throughput of SUs, which is implemented by alternating iteration of minimum mean square error based decision feedback beamforming and a best response based iterative power allocation algorithm. Simulation results show that the algorithm has better performance than an existing algorithm and can converge to a locally optimal sum utility.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.3
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pp.1301-1312
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2020
Using decode-and-forward relaying in the cognitive radio networks, the spectrum efficiency can improve furthermore. The optimization algorithm of the spectrum sensing estimation time is presented for the cognitive relay networks in this paper. The longer sensing time will bring two aspects of the consequences. On the one hand, the channel parameters are estimated more accurate so as to reduce the interferences to the authorized users and to improve the throughput of the cognitive users. On the other hand, it shortens the transmission time so as to decease the system throughput. In this time, it exists an optimal sensing time to maximize the throughput. The channel state information of the sub-bands is considered as the exponentially distributed, so a stochastic programming method is proposed to optimize the sensing time for the cognitive relay networks. The computer simulation results using the Matlab software show that the algorithm is effective, which has a certain engineering application value.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.2
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pp.355-370
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2014
Cooperative spectrum sensing has been considered as a promising approach to improve the sensing performance in distributed cognitive radio networks. However, there may exist some selfish secondary users (SUs) who are unwilling to cooperate. The presence of selfish SUs could cause catastrophic damage to the performance of cooperative spectrum sensing. Following the social perspective, we propose a Social Tie-based Incentive Scheme (STIS) to deal with the selfish problem for cooperative spectrum sensing in distributed cognitive radio networks. This scheme inspires SUs to contribute sensing information for the SUs who have social tie but not others, and such willingness varies with the strength of social tie value. The evaluation of each SU's social tie derives from its contribution for others. Finally, simulation results validate the effectiveness of the proposed scheme.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.9
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pp.1767-1769
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2011
In a CR (cognitive radio) network, channel selection is one of the important issues for the efficient channel utilization. When the CR user exploits the spectrum of primary network, the interference to the primary network should be minimized. In this paper, we propose a spectrum hole prediction based channel selection scheme to minimize the interference to the primary network. To predict spectrum hole, statistic properties of primary user's traffic is used. By using the predicted spectrum hole, channel is selected and it can reduce the possibility of interference to the primary user and increase the efficiency of spectrum utilization. The performance of proposed channel selection scheme is evaluated by the computer simulation.
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.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.9
no.6
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pp.29-35
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2009
An efficient stochastic channel selection algorithm for cognitive radio networks is proposed and analyzed in this paper. With the new algorithm utilizing quality of channels, the stationary level of the channels in idle state and history performance, we can find the best channel for secondary users to transmit data. Moreover, this method not only restricts channel switching of secondary users but also adapts to random resource environment of cognitive radio network. The advantages of the proposed algorithm are demonstrated clearly through computer simulation.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.12
no.2
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pp.97-103
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2014
In spectrum sensing, there is a tradeoff between the probability of missed detection and the probability of a false alarm according to the value of the sensing threshold. Therefore, it is important to determine the sensing threshold suitable to the environment of cognitive radio networks. In this study, we consider a cognitive radio-based ad hoc network where secondary users directly communicate by using the same frequency band as the primary system and control their transmit power on the basis of the distance between them. First, we investigate a condition in which the primary and the secondary users can share the same frequency band without harmful interference from each other, and then, propose an algorithm that controls the sensing threshold dynamically on the basis of the transmit power of the secondary user. The analysis and simulation results show that the proposed sensing threshold control algorithm has low probabilities of both missed detection and a false alarm and thus, enables optimized spectrum sharing between the primary and the secondary systems.
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