KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권11호
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pp.4436-4452
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2015
The IEEE 802.15.6 standard is introduced to satisfy all the requirements for monitoring systems operating in, on, or around the human body. In this paper, analytical models are developed for evaluating the performance of the IEEE 802.15.6 CSMA/CA-based medium access control protocol for wireless body area networks (WBAN) under unsaturation condition. We employ a three-dimensional Markov chain to model the backoff procedure, and an M/G/1/K queuing system to describe the packet queues in the buffer. The throughput and delay performances of WBAN operating in the beacon mode are analyzed in heterogeneous network comprised of different user priorities. Simulation results are included to demonstrate the accuracy of the proposed analytical model.
Sheikh, Sajid M.;Wolhuter, Riaan;Engelbrecht, Herman A.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권5호
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pp.2499-2522
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2017
Multi-hop networks are a low-setup-cost solution for enlarging an area of network coverage through multi-hop routing. Carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) is frequently used in multi-hop networks. Multi-hop networks face multiple problems, such as a rise in contention for the medium, and packet loss under heavy-load, saturated conditions, which consumes more bandwidth due to re-transmissions. The number of re-transmissions carried out in a multi-hop network plays a major role in the achievable quality of service (QoS). This paper presents a statistical, analytical model for the end-to-end delay of contention-based medium access control (MAC) strategies. These strategies schedule a packet before performing the back-off contention for both differentiated heterogeneous data and homogeneous data under saturation conditions. The analytical model is an application of Markov chain theory and queuing theory. The M/M/1 model is used to derive access queue waiting times, and an absorbing Markov chain is used to determine the expected number of re-transmissions in a multi-hop scenario. This is then used to calculate the expected end-to-end delay. The prediction by the proposed model is compared to the simulation results, and shows close correlation for the different test cases with different arrival rates.
Chen, Shuguang;Sun, Tingting;Yuan, Jingjing;Geng, Xiaoyan;Li, Changle;Ullah, Sana;Alnuem, Mohammed Abdullah
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제7권1호
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pp.1-21
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2013
The release of IEEE 802.15.4e specification significantly develops IEEE 802.15.4. The most inspiring improvement is the enhancement for medium access control (MAC) sublayer. To study the performance of IEEE 802.15.4e MAC, in this paper we first present an overview of IEEE 802.15.4e and introduce three MAC mechanisms in IEEE 802.15.4e. And the major concern here is the Time Slotted Channel Hopping (TSCH) mode that provides deterministic access and increases network capacity. Then a detailed analytical Markov chain model for TSCH carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA-CA) is presented. Expressions which cover most of the crucial issues in performance analysis such as the packet loss rate, energy consumption, normalized throughput, and average access delay are presented. Finally the performance evaluation for the TSCH mode is given and we make a comprehensive comparison with unslotted CSMA-CA in non-beacon enabled mode of IEEE 802.15.4. It can validate IEEE 802.15.4e network can provide low energy consumption, deterministic access and increase network capacity.
차세대 모바일 인터넷의 진화에 따라 2G, 3G, 4G, B4G 이동통신 무선접속네트워크가 공존하게 되며, 기존의 통신 서비스 제공자들은 통합 서비스 제공자로 융합되고, 다수의 가상 서비스 제공자들이 발생하게 될 것으로 예상된다. 이러한 복잡한 미래의 융합 서비스를 제공하기 위해서 미래 인터넷에서는 무선 액세스 네트워크가 융합되고 다양한 서비스 제공자들에 의해 공유되는 무선 네트워크 가상화가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 미래 무선 액세스 네트워크 상에서 여러 서비스 제공자들의 다양한 무선 액세스 기술들이 유연하게 통합 운영될 수 있는 무선 액세스 네트워크 가상화를 위한 망 구조와 가상화 시나리오에 대해서 고찰한다. 본 논문에서 도출된 차세대 이동통신 네트워크를 위한 무선 액세스 망 구조 및 가상화 시나리오는 앞으로 무선 액세스 네트워크 가상화 알고리즘 개발을 위한 기틀 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권9호
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pp.2118-2135
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2012
With the rapid development of heterogeneous emerging wireless technologies and numerous types of mobile devices, the need to support robust mobile video streaming based on the seamless handover in Future Internet is growing. To support the seamless handover, several IP-based mobility management protocols such as Mobile IPv6 (MIPv6), fast handover for the MIPv6 (FMIPv6), Hierarchical MIPv6 (HMIPv6) and Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6) were developed. However, MIPv6 depreciates the Quality-of-Service (QoS) and FMIPv6 is not robust for the video services in heterogeneous emerging wireless networks when the Mobile Node (MN) may move to another visited network in contrast with its anticipation. In Future Internet, the possibility of mobile video service failure is more increased because mobile users consisting of multiple wireless network interfaces (WNICs) can frequently change the access networks according to their mobility in heterogeneous wireless access networks such as 3Generation (3G), Wireless Fidelity (Wi-Fi), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMax) and Bluetooth co-existed. And in this environment, seamless mobility is coupled according to user preferences, enabling mobile users to be "Always Best Connected" (ABC) so that Quality of Experience is optimised and maintained. Even though HMIPv6 and PMIPv6 are proposed for the location management, handover latency enhancement, they still have limit of local mobility region. In this paper, we propose a robust mobile video streaming in Heterogeneous Emerging Wireless Systems. In the proposed scheme, the MN selects the best-according to an appropriate metric-wireless technology for a robust video streaming service among all wireless technologies by reducing the handover latency and initiation time when handover may fail. Through performance evaluation, we show that our scheme provides more robust mechanism than other schemes.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제8권8호
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pp.2675-2690
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2014
We study the problem of optimal opportunistic spectrum access with unknown and heterogeneous channel dynamics in cognitive radio networks. There is neither statistic information about the licensed channels nor information exchange among secondary users in the respective systems. We formulate the problem of maximizing network throughput. To achieve the desired optimization, we propose a win-shift lose-stay algorithm based only on rewards. The key point of the algorithm is to make secondary users tend to shift to another channel after receiving rewards from the current channel. The optimality and the convergence of the proposed algorithm are proved. The simulation results show that for both heterogeneous and homogenous systems the proposed win-shift lose-stay algorithm has better performance in terms of throughput and fairness than an existing algorithm.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권3호
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pp.1333-1343
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2016
Spectrum sharing in centrally controlled cognitive radio (CR) networks has been widely studied, however, research on channel access for distributively controlled individual cognitive users has not been fully characterized. This paper conducts an analysis of random channel access of cognitive users controlled in a distributed manner in a CR network. Based on the proposed estimation method, each cognitive user can estimate the current channel condition by using its own Markov-chain model and can compute its own blocking probability, collision probability, and forced termination probability. Using the proposed scheme, CR with distributed control (CR-DC), CR devices can make self-controlled decisions based on the status estimations to adaptively control its system parameters to communicate better.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권6호
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pp.1565-1585
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2012
The characteristics of ad hoc networks, such as the absence of infrastructure, a dynamic topology, a shared wireless medium and a resource-constrained environment pose various security challenges. Most previous studies focused on the detection of misbehavior after it had occurred. However, in this paper we propose a new way of thinking to evade the occurrence of misbehavior. In our scheme, we firstly present a clustering algorithm that employs a powerful analytic hierarchy process methodology to elect a clusterhead for each cluster. The clusterhead in each cluster is then allowed to assign the backoff values to its members, i.e., originators, rather than permitting the originators to choose the backoff values by themselves. Through this media access control layer misbehavior detection mechanism, the misuse of the backoff in the media access control layer in the 802.11 distributed coordination function can be detected.
The 4-20mA analog signal used in the various industrial fields to interface sensor in distributed process control has been replaced with relatively simple digital networks, called "fieldbus, and recently by Ethernet. Significant advances in Internet and computer technology have made it possible to develop an Internet based control, monitoring, and operation scheduling system for heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) systems. The seamless integration of data networks with control networks allows access to any control point from anywhere. Field compatible field devices become so-called "smart" devices, capable of executing simple control, diagnostic and maintenance functions and providing bidirectional serial communication to higher level controller. The most important HVAC of BAS has received nationwide attention because of higher portion of more than 40% in building sector energy use and limited resources. This paper presents the Internet-based monitoring and control architecture and development of LonWorks control modules for AHU (air handling units) of HVAC in viewpoint of configuring BAS network. This article addresses issues in architecture section, electronics, embedded processors and software, and internet technologies.
This paper introduces a new paradigm of physical layer security through channel coding for wireless networks. The well known spread spectrum based physical layer security in wireless network is applicable when code division multiple access (CDMA) is used as wireless air link interface. In our proposal, we incorporate the proposed security protocol within channel coding as channel coding is an essential part of all kind of wireless communications. Channel coding has a built-in security in the sense of encoding and decoding algorithm. Decoding of a particular codeword is possible only when the encoding procedure is exactly known. This point is the key of our proposed security protocol. The common parameter that required for both encoder and decoder is generally a generator matrix. We proposed a random selection of generators according to a security key to ensure the secrecy of the networks against unauthorized access. Therefore, the conventional channel coding technique is used as a security controller of the network along with its error correcting purpose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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