A cross-layer optimization is becoming a popular design methodology for the IP based next generation wireless network. We begin by investigating a cross-layer optimization scheme to enhance the system performance in wireless networks. By applying cross-layer optimization methodology to WiBro distributed network, the WiBro systems are expected to gain significant performance improvement and resource utilization enhanced. For further study we highlight some open challenges and new opportunities for cross-layer design.
Recently, cross-layer design approach has been greatly attracting researchers' attention as an alternative for improving the performance of wireless data networks. The main reason why cross-layer approaches are particularly well suited for wireless networks is that there exists direct coupling between physical layer and upper layers. Therefore, with cross-layer approach, the protocol designers try to exploit the interaction between layers and promote adaptability at all layers, based on information exchange between layers. In this article we focus on the cross-layer engineering for high data-rate mobile Internet services through cellular networks. First, the general considerations in cross-layer engineering are outlined. Then, we discuss the common approach in literatures, which mainly deals with adaptability in physical and medium access control layer. Finally, we show that the cross-layer engineering taking account of all layers is more adequate for the mobile Internet services cellular network.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제4권3호
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pp.324-340
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2010
Video streaming service over wireless networks is a challenging task because of the changes in the wireless channel conditions that can occur due to interference, fading, and station mobility. To provide an efficient wireless video streaming service, the rate adaptation scheme should improve wireless node performance and channel utilization. Moreover, the quality adaptation scheme should be considered at the streaming application. To meet these requirements, we propose a new cross-layer design for video streaming over wireless networks. This design includes the rate and quality adaptation schemes. The rate adaptation scheme selects the optimal transmission mode and resolves the performance anomaly problem. Based on performance improvement by the proposed rate adaptation scheme, our quality adaptation scheme improves the quality of video streaming. Through performance evaluations, we prove that our cross-layer design improves the wireless channel utilization and the quality of video streaming.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권11호
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pp.5360-5376
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2017
In this paper, we study the cross-layer design for the AMC/HARQ-based wireless networks, and propose a new dynamic transmission-mode selection scheme to improve system spectrum efficiency. In the proposed scheme, dynamic thresholds for transmission-mode selection in each packet transmission and retransmission are jointly designed under the constraint of the overall packet error rate. Comparing with the existing schemes, the proposed scheme is inclined to apply higher modulation order at the first several (re)transmissions, which corresponds to higher-rate transmission modes thus higher average system spectrum efficiency. We also extend the cross-layer design to MIMO (Multi-input Multi-output) communication scenarios. Numerical results show that the proposed new dynamic transmission-mode selection scheme generally achieves higher average spectrum efficiency than the conventional and existing cross-layer design.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제1권1호
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pp.50-64
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2012
Quality of Service (QoS) and fairness considerations are undoubtedly essential parameters that need to be considered in the design of next generation scheduling algorithms. This work presents a novel game theoretic cross-layer design that offers optimal allocation of wireless resources to heterogeneous services in Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) networks. The method is based on the Axioms of the Symmetric Nash Bargaining Solution (S-NBS) concept used in cooperative game theory that provides Pareto optimality and symmetrically fair resource distribution. The proposed strategies are determined via convex optimization based on a new solution methodology and by the transformation of the subcarrier indexes by means of time-sharing. Simulation comparisons to relevant schemes in the literature show that the proposed design can be successfully employed to typify ideal resource allocation for next-generation broadband wireless systems by providing enhanced performance in terms of queuing delay, fairness provisions, QoS support, and power consumption, as well as a comparable total throughput.
MANET(Mobile ad hoc networks)은 이동 단말로 구성된 동적인 자가 생성 네트워크를 의미한다. 본 연구에서는 MANET에서 비디오 전송 서비스를 다루고 있는 최근 연구를 보완하기 위한 개선된 cross-layer 접근 방법을 제시하고 있다. 본 연구는 ns-3 시뮬레이션을 통해 수행되며, 시뮬레이션에 소요되는 시간을 감안하여 효율적으로 각 계층의 주요 인자의 상호작용을 동시에 고려하기 위해 통계적 실험계획법을 활용하고자 한다. 제안된 cross-layer 접근 방법은 MANET 프로토콜 계층(물리, 네트워크, 전송 계층)과 응용 계층(비디오 인코더)를 동시에 인자로 다루고 있고, 반응 변수로는 객관적 비디오 품질 지표를 포함한다. 본 연구의 결과는 통제 불가능한 인자의 값에 따라 통제 가능한 인자를 설정하여 최적의 비디오 품질을 제공하는 MANET 비디오 전송 어플리케이션을 설계하는 기초 연구로써 활용될 수 있다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제4권6호
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pp.1006-1022
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2010
In this paper, a cross-layer resource allocation mechanism is proposed for wireless multimedia service. In particular, a game theory based on quality of service (QoS) for multimedia users is introduced to deal with the fairness of network resource allocation in wireless networks. Moreover, the channel states of wireless users are additionally regarded under the cross-layer design in WiMAX environment. In details, the bargaining solution is adopted to discover the efficient and fair resource allocation strategy for multimedia service in considering QoS in the peak signal-to-noise ratio (PSNR) and the channel states in the carrier-to-interface ratio (CINR). The proposed mechanism is illustrated and evaluated by simulation results of transmitting video sequences in WiMAX environment.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권12호
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pp.3071-3095
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2013
Configuring optimization of wireless sensor networks, which can improve the network performance such as utilization efficiency and network lifetime with minimal energy, has received considerable attention in recent years. In this paper, a cross layer optimal approach is proposed for multi-source linear network and grid network under Rayleigh block-fading channels, which not only achieves an optimal utility but also guarantees the end-to-end reliability. Specifically, in this paper, we first strictly present the optimization method for optimal nodal number $N^*$, nodal placement $d^*$ and nodal transmission structure $p^*$ under constraints of minimum total energy consumption and minimum unit data transmitting energy consumption. Then, based on the facts that nodal energy consumption is higher for those nodes near the sink and those nodes far from the sink may have remaining energy, a cross layer optimal design is proposed to achieve balanced network energy consumption. The design adopts lower reliability requirement and shorter transmission distance for nodes near the sink, and adopts higher reliability requirement and farther transmission distance for nodes far from the sink, the solvability conditions is given as well. In the end, both the theoretical analysis and experimental results for performance evaluation show that the optimal design indeed can improve the network lifetime by 20-50%, network utility by 20% and guarantee desire level of reliability.
Mobile Ad Hoc Networks(MANETs) consists of mobile nodes which communicate with each other without any centralized infrastructure. Message broadcasting by flooding for route discovery in MANET can result in high redundant retransmission, contention and collision of broadcasting packet, known as the broadcast storm problem collectively. The cross-layer design is adopted in this paper, which lets routing layer share the received signal strength information at MAC layer. Also this paper proposes a new probabilistic approach that dynamically adjusts the rebroadcasting probability of a node for routing request packets (RREQs) according to the received signal strength. The simulation results show that the proposed approach demonstrates better performance than blind flooding, fixed probabilistic broadcasting approaches.
International Journal of Computer Science & Network Security
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제21권12spc호
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pp.636-642
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2021
Vehicular Ad hoc Networks (VANET's) are gaining popularity in research community with every passing year due to the key role they play in Intelligent Transportation System. Their primary objective is to provide safety, but their potential to offer a variety of user-oriented services makes them more attractive. The biggest challenge in providing all these services is the inherent characteristics of VANET itself such as highly dynamic topology due to which maintaining continuous communication among vehicles is extremely difficult. Here comes the importance of routing solutions which traditionally are designed using strict layered architecture but fail to address stringent QoS requirements. The paradigm of cross-layer design for routing has shown remarkable performance improvements. This paper aims to highlight routing challenges in VANET, limitations of single-layer solutions and presents a survey of cross-layer routing solutions that utilize the information from the MAC layer to improve routing performance in VANET.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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